某金融城超高层塔楼结构设计

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1、某金融城超高层塔楼结构设计　　1工程概况　　广州某金融城项目位于广州市黄埔大道南侧、棠下涌东侧，包括A、B、C三座塔楼，其中A栋塔楼是集商业、办公为一体的超高层写字楼，其地下4层，地上69层，屋面高301.5m，幕墙高320m，带3层高15m的裙房，地面以上建筑面积约14.2万m2。　　图1塔楼效果图　　地下室主要功能为车库，裙楼部分为商业，塔楼1-3层为通高大堂，4层以上主要为行政办公。办公层层高4.2m，11、22、33、44、55层和67层为避难及设备层。　　建筑外立面边线为曲线，4～11层整体轮廓向外

2、倾斜，12层以上建筑整体外轮廓逐步内缩。平面近似矩形，但四角是圆弧，其中东南角圆弧较大，并随高度变化。为了适应建筑的外立面，外框柱沿高度向里或向外倾斜，倾斜角度从0.6度到2.9度不等。由于上部功能的需要，核心筒在高区楼层部分墙肢取消。　　（a）中低区建筑平面图（b）高区建筑平面图　　图2建筑标准层平面图　　工程场地基岩为白垩系的泥质粉砂岩、粗砂岩。建筑场地类别为Ⅱ类，由于场地局部存在液化砂土层和淤泥质土类软弱土层，场地划分为对建筑抗震不利地段。由于设置了4层地下室，软弱土层已被挖除，底板下基本为中、微风化岩

3、层。　　2设计参数　　该工程设计基准期为50年，结构安全等级为二级，抗震设防类别为乙类，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，小震计算时反应谱的形状参数按规范，6S以后取平段，地震影响系数最大值按照安评取0.084；中大震：采用规范地震动参数进行中大震下的性能目标验算，6S以后取平段。　　设计地震分组为第二组，场地类别为Ⅱ类。通过与规范风荷载对比，风洞试验底部剪力及倾覆弯矩大于规范值，因此采用风洞试验的数据作为设计依据。　　3结构体系及结构布置　　3.1方案选型　　结合建筑平面功能、立面造型、抗

4、震（风）性能要求、施工周期以及造价合理等因素，本工程塔楼A的结构受力体系分别由外框架+伸臂桁架+腰桁架与核心筒组成，共同构成多道设防结构体系，提供结构必要的重力荷载承载能力和抗侧刚度（详图3）。　　重力荷载通过楼面水平构件传递给核心筒和外框柱，最终传递至基础。施工阶段不考虑伸臂桁架的作用，伸臂桁架采用后封闭施工；水平荷载产生的剪力和倾覆弯矩由外框架（包括伸臂桁架与腰桁架）与核心筒共同承担。其中剪力主要由核心筒承担，倾覆弯矩由外框架与核心筒共同承担。外框柱采用钢管混凝土柱，楼面梁采用钢梁，考虑施工方便快速，经济

5、性合理，楼板采用钢筋桁架组合楼板。　　地下室底板下微风化的基岩较浅；未来规划的地铁线距离地下室西侧约10米，地铁基坑比本地下室深约10米。综合考虑相关因素，本项目塔楼柱及裙楼柱采用以微风化岩层为持力层的人工挖孔桩，桩长约12米，持力层为微风化泥质粉砂岩/粗砂岩，其中裙楼桩径为1200mm，塔楼外框柱下基础为单柱单桩，桩径2800mm～3000mm，核心筒下根据荷载分布布桩，桩主要布置在墙下，桩径2600mm～3600mm；裙楼及纯地下室以均布式锚杆解决整体抗浮问题。　　3.2伸臂和腰桁架设置　　为了分析各加强

6、层对结构整体刚度的贡献，进行了伸臂桁架的敏感性计算分析，在不设置伸臂桁架时，结构的刚度和剪重比不满足规范要求。根据计算结果，伸臂对提高整体刚度效果显著。根据项目功能和实际情况，最终选择在33层、44层设置了X向伸臂和腰桁架，55层设置了腰桁架。此时，结构的刚重比和位移角均能较好地满足规范要求。　　4结构超限情况及抗震性能目标　　该工程采用带加强层的钢管混凝土柱+钢梁框架-混凝土核心筒结构，结构高度301.5m，超过混和结构190m适用高度58%，且存在Ⅰ类扭转不规则、楼板局部不连续、刚度突变不规则项，同时存在

7、框架柱倾斜（小于3°）和局部跨层柱。故需经抗震超限专项审查。具体判断如表3所示。　　该工程为重点设防类建筑，采用结构抗震性能设计方法进行补充分析和论证，依据《高层建筑混凝土结构设计规程》确定抗震设防性能目标为C级相应的抗震性能水准。其中核心筒剪力墙、框架柱、伸臂及腰桁架为关键构件，要求腰桁架在中震下保持弹性，伸臂桁架按中震抗剪弹性，正截面不屈服进行复核。而伸臂层、腰桁架层楼板满足中震不屈服的性能目标。　　5结构计算与分析　　本工程设计采用结构抗震性能设计方法进行分析和论证。设计中采用2个不同的力学模型的空间结

8、构分析程序SAT-SAUSAGE进行结构大震下的动力弹塑性时程分析。计算结果如表5。　　通过ABAQUS和PKPM-SAUSAGE两个程序的计算，大震下结构最大层间位移角为1/151，最大剪重比在4.46%～5.62%之间，约为小震剪重比的4.5～5倍，体现了较好的耗能能力。分析结果表明，大震下剪力墙基本完好，仅局部出现轻度～中度的受压损坏；加强层腰桁架和伸臂均未出现塑性应变，剪力墙仅在44层加强层