杭州某超高层办公楼结构布置及斜柱设计

王宇纬 周建炉 王佳 金鑫 马跃

摘要：杭州某办公楼建筑高度145 m，结构高度130 m，结构存在斜柱等较多不规则项，属于超限高层建筑。结构采用钢框架（矩形钢管混凝土柱）+钢筋混凝土核心筒结构体系。文章对结构采取合适的抗震性能目标，针对结构的斜柱超限项，进行抗震性能化设计，并采取合理的措施对结构进行加强。结构合理、可靠，满足预期抗震性能目标。

[作者简介]王宇纬（1989—），男，硕士，工程师，从事结构设计工作。

1 工程概况

本工程位于杭州市余杭区未来科技城，由2栋高层塔楼组成，两塔楼标准层一致，仅下部裙房有差别，但体型基本相似，本文以1#塔楼为例进行介绍。1#塔楼功能为商务办公，建筑高度145 m，结构高度130 m，地上建筑面积约7×104 m3。地上29层以办公为主，地下3层地下室以车库为主，结构模型及建筑效果图如图1所示。1#楼建筑使用人数约6 500人，为标准设防类（丙类建筑），主楼结构安全等级为二级，结构重要性系数为1.0。

抗震设防烈度为6级，核心筒抗震等级为二级，框架抗震等级为三级，场地类别为Ⅱ类。塔楼结构嵌固端为地下室顶板。地震作用及阻尼比见表1，本工程基本风压选取50年重现期的风压值（0.45 kN/m2）进行计算，承载力计算时风荷载的增大系数取1.1。地面粗糙度类别为C类。

2 结构布置及特点

结构体系采用钢框架-钢筋混凝土核心筒结构，采用钢管混凝土柱，核心筒自下而上尺寸无突变。结构竖向抗侧力构件上、下连续贯通。最大高宽比（按主要屋面标高130 m计算）为4.7，小于规范限值7;核心筒高宽比为12.9，略大于规范限值12。结构总高度小于对应体系高度限值（200 m）。

楼盖采用钢梁+钢筋桁架楼承板体系。裙房2层～5层楼板中部开大洞，其他层楼板均较为完整。标准层结构长66.6 m，宽28.2 m，长宽比较大，长向迎风面较大，同时核心筒位置偏离中心，平面较不规则，塔楼模型位移比小于1.4，大于1.2。标准层平面布置如图2所示。

塔楼西侧6～9层由于建筑立面造型，需要通过斜柱转换3颗柱子，上有21层楼，斜柱方案中斜柱采用矩形钢管混凝土柱，斜柱区域受力较复杂。

结构存在斜柱等较多不规则项，属于超限高层建筑[1]，综合考虑，抗震性能目标选用“C”，即多遇地震下结构达到性能水准“1”的要求，设防烈度地震下达到性能水准“3”的要求，預估罕遇地震下达到性能水准“4”的要求[2-4]，斜柱及相应拉梁定义为关键构件，对斜柱进行抗震性能化设计。

3 斜柱设置

塔楼西侧见图3、图4，在6～9层之间设置斜柱，斜率约1∶1.7，上、下部楼层采用直柱。斜柱采用钢管混凝土柱，截面为800 mm×800 mm×30 mm（内灌C60混凝土），钢材为Q420C，与斜柱相连斜柱顶底楼拉梁为H650×400×60×60，钢材为Q420C。

4 斜柱设计

斜柱及拉梁为关键构件，对于斜柱的设计策略：

（1）设计斜柱及其顶底拉梁构件时，不考虑楼板的有利作用，保证斜柱和拉梁在竖向荷载作用下满足承载力设计要求;同时验算中震组合下斜柱及拉梁满足抗剪弹性，抗弯不屈服。控制斜柱和水平拉梁的利用率不超过0.8。同时拉梁伸至核心筒，核心筒内设型钢，保证传力有效性。

（2）斜柱顶底楼板设计，按照弹性分析楼板应力水平进行设计并作构造上加强。

软件验算结果见图5，从图中可以看到，斜柱及横梁在竖向荷载作用及中震组合下利用率均小于0.8，能保证结构安全可靠。

根据楼板有限元分析结果，对于斜柱区域楼板加强措施：楼板厚度加至150 mm厚，楼板配置双层双向钢筋12@100 mm，该措施能保证楼板中震不屈服，斜柱上、下层结构楼板也适当加强构造措施。

5 结论

（1）对该塔楼的项目概况、结构布置及相应特点进行了介绍，本项目塔楼为超限高层。

（2）结构存在斜柱等较多不规则项，抗震性能目标选用C，斜柱及斜柱相关拉梁定义为关键构件。

（3）斜柱采用矩形钢管混凝土结构形式，以提高结构的抗震性能。严格控制斜柱和拉梁的应力比，按考虑楼板失效的小震弹性（含风荷载）、考虑楼板失效的中震不屈服进行包络设计，以保证足够的安全度。

（4）斜柱区域楼板为保证中震不屈服，楼板厚度加至150 mm厚，楼板配置双层双向钢筋12@100 mm。

（5）通过以上工作，斜柱、斜柱相关拉梁、相关区域楼板能够满足C目标，结构合理、可靠、安全。能做到小震不坏、中震可修、大震不倒。

参考文献

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点：建质[2015]67号[S].

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 高层建筑混凝土结构技术规程：JGJ 3-2010[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑抗震设计规范：GB 50011-2010[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[4] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 组合结构设计规范：JGJ1 38-2016[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.

[5] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 钢结构设计标准：GB 50017-2017[S].北京：中国建筑工业出版社，2017.