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场地类别(某带大悬挑的办公塔楼结构设计)

桁架,悬臂,核心场地类别(某带大悬挑的办公塔楼结构设计)

发布时间：2020-12-06加入收藏来源：互联网点击：

转自建筑结构《某带大悬挑的办公塔楼结构设计》作者：陈曦

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［摘要］ 某办公塔楼采用钢筋混凝土核心筒-大悬挑结构体系，塔楼3 层的外围框架柱缺失，导致4 ～ 13 层核心筒外侧均为悬挑结构，最大悬挑尺寸为19. 2m。采用钢筋混凝土核心筒作为竖向抗侧力体系，在4 层和9 层设置悬臂桁架与环带桁架组成的悬挑转换体系，将上部楼层荷载传递给核心筒。对结构进行了抗震性能化设计，对核心筒关键部位采取了设置钢板、型钢柱、型钢梁等加强措施，大震动力弹塑性时程分析结果表明核心筒具有优良的抗震性能。对悬挑转换体系进行了专项分析，具体包括: 核心筒环通钢梁的设计; 楼板刚度对悬臂桁架、环带桁架受力和变形的影响规律; 对悬挑转换部位楼板进行应力分析，并采取后浇带和铺设钢板的措施; 大悬挑关键节点分析等。结果表明，悬挑转换体系具有较高的安全储备。并针对悬挑转换结构的特点，给出了可行的施工方案。

［关键词］ 钢筋混凝土核心筒-大悬挑结构; 悬挑转换体系; 悬臂桁架; 环带桁架; 抗震性能化设计

1 工程概况

华阳街道28 街坊J1-3 地块新建项目位于上海市长宁区，是由办公塔楼和商业裙房组成的融合艺术、文化和绿色为一体的综合性商业建筑群。为了将地块上部办公区域与下部商业、人文社区自然地分隔，建筑师取消了办公塔楼3 层的外围框架柱，保证了下部空间在视觉上的连贯性与整体通透性。地上建筑面积为66 679m2，地下建筑面积为44 160m2。办公塔楼地上13 层，地下3 层，结构总高度为58. 5m，首层和2 层的层高为5. 1m，3 层层高为5. 3m，其余各层层高均为4. 3m。采用钢筋混凝土核心筒-大悬挑结构体系，核心筒是单重竖向抗侧力体系，采用悬臂桁架与环带桁架组成悬挑转换体系，将4～13 层悬挑楼面的竖向荷载传递给核心筒。1～2 层核心筒外围裙房采用混凝土框架。

大悬挑的超限高层建筑核心筒外的竖向构件均不连续的情况并不多见，一般悬挑结构的体型非常规整，呈矩形对称分布，悬挂桁架可以贯通形成自平衡体系［1-3］，本项目结构平面呈梯形，悬臂桁架的角度须兼顾外围框架柱，无法贯通核心筒，增加了设计难度。本文以办公塔楼为例，对结构体系、分析要点和加强措施作了详细介绍，并给出了施工可行性建议，以期给今后类似的工程提供借鉴。

2 结构体系和受力特点

由于3 层外围框架柱缺失，导致4 ～ 13 层核心筒外侧均为悬挑楼层，最大悬挑尺寸19. 2m。为保证结构体系的成立，采用承载能力强、刚度大的钢筋混凝土核心筒作为竖向抗侧力体系; 设置2 道由悬臂桁架与环带桁架组成的悬挑转换体系，将上部楼层的竖向荷载传递给核心筒; 4 ～ 13 层的钢框架和底部两层的混凝土框架是附属结构体系，主要承受自身竖向荷载。塔楼结构形式定义为钢筋混凝土核心筒-大悬挑结构，按剪力墙结构控制整体指标。塔楼结构体系组成见图2。

2. 1 悬挑转换体系

本工程悬挑楼层多、悬挑跨度大，因此在塔楼的4 层和9 层设置2 道悬挑转换体系，具体组成如下:1) 从核心筒周边伸出14 道V 形悬臂桁架，上部钢框架柱支承在悬臂桁架端部，将竖向荷载传递给核心筒。2) 沿悬臂桁架外围设置环带桁架，加强悬臂桁架的整体性，各方向环带桁架的悬挑端相交，支撑起上部楼层的角部楼面。3) 在核心筒内设置环通的水平钢梁，平衡大悬挑产生的水平力，保证悬挑结构传力可靠。4) 在悬臂桁架上弦杆、下弦杆楼面设置交叉水平支撑，加强上部钢框架的整体抗扭刚度、确保悬挑转换体系整体稳定。表1 列出了悬挑转换体系构件的主要截面，除交叉水平支撑的钢材采用Q345B，其余构件的钢材均采用Q390GJ。

悬挑转换体系平面布置见图3，XHJ1 ～ XHJ14代表悬臂桁架，HHJ1 ～ HHJ4 代表环带桁架，GL1 ～GL2 代表内部环通钢梁。标准层结构平面布置见图4，悬臂桁架XHJ1 立面见图5，塔楼结构剖面见图6。为了使2 道悬挑转换体系相互独立工作，保证竖向荷载传递路线清晰，采取构造措施释放8 层柱底的竖向位移，8层柱底节点见图7。

2. 2 竖向抗侧力体系

由于外围框架柱不落地，核心筒是整个结构唯一的竖向抗侧力体系，并承担上部悬挑楼层的竖向荷载。核心筒平面尺寸为25. 2m×( 8. 4 ～ 25. 2) m，高宽比: X 向为( 58. 5 /25. 2 ) ～ ( 58. 5 /8. 4 ) ，即

图6 塔楼结构剖面示意图

2. 32～6. 96，Y 向为58. 5 /25. 2 = 2. 32。核心筒周边剪力墙厚度由下到上为700～500mm，次要剪力墙墙厚为200～300mm，四角端柱截面为1 000×1 000，其他端柱截面为700×700，混凝土强度等级从下到上为C60～ C40。为加强整体性，核心筒内部楼板厚度为150mm，梁板混凝土强度等级为C35。

2. 3 附属结构体系

上部钢框架体系的钢梁与钢柱刚接、与核心筒铰接，钢柱截面为800 × 30，钢梁典型截面为HN600×200×11×17，钢材强度为Q345B。底部两层钢筋混凝土框架裙房的圆柱截面为900，梁截面为500×900，混凝土强度等级为C30。

3 主要设计参数

3. 1 荷载作用

办公塔楼设计使用年限为50 年，安全等级为二级，抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7 度，设计基本地震加速度峰值为0. 10g，设计地震分组为第二组，场地类别为Ⅳ类［4］。50 年一遇基本风压为0. 55 kN/m2，地面粗糙度类别为C 类。考虑大悬挑结构风荷载增大效应，体型系数μs为1. 4，承载力设计时风荷载效应放大系数取1. 1。

3. 2 抗震等级

办公塔楼抗震等级见表2，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》( JGJ 3—2010) ［5］( 简称高规) ，剪力墙结构抗震等级为三级。由于本工程核心筒的重要性，将其抗震等级提高到二级，关键部位构造措施按一级; 悬挑转换体系的抗震等级按一级。

3. 3 抗震性能设计目标

办公塔楼整体按照C 级性能目标进行设计，在此基础上，对核心筒、悬挑转换体系和关键节点的性能目标进行提高，具体见表3。

4 结构整体分析

本工程采用YJK 软件( 2. 0. 0 版) 进行弹性分析，并采用ETABS 软件( 2018 版) 作为对比软件，保证力学分析的可靠性。大震动力弹塑性时程分析使

由于本工程的特殊性，整体分析具有以下特点:

1) 办公塔楼为大悬挑结构，总体上质量偏向于结构上部，又是核心筒单重竖向抗侧力体系，弹性分析时考虑P-Δ 效应; 2) 由于上部悬挑楼层较多，对竖向地震作用敏感，竖向地震作用取反应谱分析和10%重力荷载代表值的包络值; 中震、大震作用下，均需计算以竖向地震作用效应为主的组合; 3) 由于3 层核心筒外围框架柱缺失，指定结构底部1 ～ 3 层为薄弱层，地震内力放大1. 25 倍，指定核心筒自上而下承担全部地震剪力。

4. 1 小震和风荷载作用下整体分析

小震弹性分析的阻尼比为0. 04，周期折减系数为0. 90，场地特征周期为0. 9s，连梁刚度折减系数为0. 7。风荷载作用下连梁刚度折减系数为1. 0。小震和风荷载作用下的结构整体指标见表4，两种软件的计算结果基本吻合且满足高规要求。结构前2 阶振型分别为Y 向平动和X 向平动，第3 振型为扭转，第1 扭转周期与第1 平动周期之比为0. 76，结构前3 阶振型见图8。小震下结构最大层间位移角为1 /1 415( X 向) ，最大层间位移比位于首层，是由地上2 层裙房楼板开洞引起。说明核心筒抗扭能力强，侧向刚度足够大。

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