浅谈某超高层建筑结构设计及技术分析

浅谈某超高层建筑结构设计及技术分析

摘要：随着高层建筑在我国的迅速发展，建筑高度的不断增加，建筑类型与功能的愈来愈复杂，结构体系的更加多样化，高层及超高层建筑结构设计也越来越成为结构工程师设计工作的主要重点和难点之所在。本文结合苏州某复杂超高层建筑结构设计的探讨，明确了对复杂高层建筑结构整体及构件分析应综合考虑，并对新技术和新材料的应用作了简要的介绍，以供同行参考借鉴。

关键词：超高层建筑；结构设计；难点分析；新技术

1工程概况

“欧华中心”位于苏州工业园中央区星都街与苏华路交叉口东南角地块，地处金鸡湖与中央公园东西向景观主轴南侧。南临相门塘，西依星都街，北接城市地铁主干道苏华路。项目定位为苏州新城中央区商务中心。该项目建成后将使工业园中心区得到国际化提升，成为苏州国际都市化的标志性建筑之一。

“欧华中心”项目用地面积8491.65m2，总建筑面积约95600㎡，其中地下三层建筑面积19100㎡，地上建筑面积76500㎡。

地上建筑由1栋超高层建筑和4层裙楼组成。（见图1）

图1 总平面图

1.1建筑设计

“欧华中心”地面三十六层，地下三层。

地下一～二层除北侧设置少量商业用房外，主要为设备及机动车、非机动车库。地下三层为机动车库。

地面裙房一～四层为商业用房；商务主楼六～二十层为办公用房；二十二～三十六层为酒店及公寓式酒店。五、二十一层为避难层。

商务主楼平面为长方形。核心体位于中部，电梯根据楼层的不同分区收分。核心体中部在酒店区域形成通高中庭，提供住店客人明亮及新奇的内部环境。

1.2造型设计

建筑造型现代、简洁。

主楼在进深方向上分解为三部分，通过实、虚、实的组合使楼体形体感增强，同时建筑元素以竖向线条为母题，使楼体感觉更为挺拔。裙房延续了主楼的竖向线条，与主楼在建筑语汇上统一。

2结构设计

2.1上部结构设计

主楼为综合楼，第1层商业为商业部分层高5.7m，第2～4层为商业部分层高为5m，第5层避难（设备）层层高4.8m，第6～20层为办公区层高为3.9m，第21层避难（设备）层层高4.8m，第22～35层为酒店部分层高为3.3m，第36层层高4.5m，顶层高度4.5m。基础埋置深度大于建筑高度的1/18，结构体系为钢管混凝土混合框架——钢骨混凝土核心筒结构。考虑到核心筒中电梯井周围设置剪力墙，核心筒宽度约10米，约为总高度的1/15，满足规范要求，裙房以上高宽比约为3.5，结构的几个重要控制值均在规范允许的范围内，平面不规则及超长处设置后浇带分开，使得结构平面简单、规则，刚度和承载力分布均匀；竖向体型均匀，属A级高度钢筋混凝土超高层结构。

2.2地下室结构设计

地下室体量大，平面刚度又相差悬殊，结合建筑的功能在主楼与裙房间设置施工后浇带，可有效减少结构的不均匀沉降和平面尺寸过大而产生的温度裂缝，又避免了设置沉降（温度）缝后建筑构造复杂使用面积减少等不足。在地下室部分构件混凝土中掺加混凝土微膨胀剂，减少混凝土的收缩和徐变，以减少温度应力及结构裂缝的产生。地下室抗渗强度等级P8，防水等级为二级。

2.3地基基础设计

核心筒下拟采用桩筏基础，其余采用柱下、剪力墙下桩基独立承台，电梯井下局部厚筏承台的结构体系。使上部荷载与桩基形成自平衡体系，在满足竖向承载力的同时也能较好地控制变形。各承台之间用连系梁连接，地下室底板采用刚性防水板，在地下停车位较大的空间处增加梁，减小板的挠度。所有连梁的刚度和板的厚度通过局部承载和地下水浮力计算确定。

2.4结构分析

结构分析程序：整体计算采用中国建筑科学研究院 PKPM系列软件（2008年5月版），对于超高层建筑结构同时用中国建筑科学研究院PMSAP进行复核，钢结构节点设计采用同济大学MTS建筑钢结构设计系统。

2.5主要结构材料

填充墙砌体采用新型轻质墙体材料，其强度不低于Mu3.0，砌筑砂浆不低于M5.0，混凝土强度等级竖向构件C55～C30，楼板C40～C30，钢筋采用HPB235（Ⅰ级）与HRB400（Ⅲ级），钢材采用Q345B、C与Q235B。

3关键技术与侧重点分析

3.1关键技术问题与特殊技术

3.1.1对超高层建筑，对比分析计算、全面衡量，采用了新型的结构形式：钢管混凝土混合框架——钢骨混凝土核心筒的混合结构；

3.1.2三层地下室，共12.8m，基础埋置深度大于总建筑高度的1/18，基底深度大，加强抗浮计算与措施，温度和沉降后浇带的设置。

3.1.3地下室抗浮措施主要为抗浮计算合理确定底板厚度和设置抗拔桩。

3.1.4施工特殊要求以及其它需要说明的问题。

a）三层地下室基坑支护，合理的施工组织设计，基坑地下水排水，地下室跨雨季施工措施，地下室施工后浇带，防水处理等等方面应注意满足规范及设计要求；

b）超高层混合结构的施工，施工难度大，工种及穿插配合较多，核心筒与钢框架变形差的控制；

c）合理设置施工堆载和控制施工荷载。

3.2侧重点分析

该项目有三个侧重点：

3.2.1本工程建筑体量较大，建筑抗震设防类别为重点设防类（乙类），据《建筑工程抗震设防分类标准》，应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施(即按抗震设防烈度为7度的要求加强其抗震措施)，根据规范要求，应采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算。

3.2.2筒体尺寸较小，整个建筑结构刚度较小，周期较大，从建筑功能上考虑，可以在21层避难层做一个加强层，可以使结构周期大大减小，但是增加加强层之后，加强层下面一层同加强层的侧向刚度比值略小于0.4，形成一个薄弱层，竖向布置超限，需要做超限分析，最终考虑取消加强层。

3.2.3桩位布置

主楼面积较小，筒体下及主楼其他柱下桩取不同长度，均采取后注浆，减小筒体下筏板面积，减小筏板配筋；有三层地下室，考虑水浮力对桩基的有利影响；裙房抗拔短桩布置在基础梁下，作为基础梁计算模型的有利集中力，并控制基础梁的挠度，同时减小基础梁配筋量。

4新技术的推广和应用

为执行国家建筑技术经济政策，积极推广建设部推广的建筑十大新技术，根据本工程的实际情况，在保证工程总造价不超出投资限额的情况下积极推广使用建筑新技术和新材料，本工程采用以下新技术新材料：

4.1使用高强度钢筋。楼层梁采用HRB400钢和HRB335钢。采用高强度钢筋，充分利用钢筋的抗拉性能，减少钢筋用量，减小构件配筋率，节约工程造价，总体经济效益明显。

4.2竖向钢筋接驳采用埋弧对焊或机械连接，可保证钢筋的连接接头的质量。

4.3采用高强和高性能混凝土。下部楼层柱及剪力墙混凝土强度等级采用C55；地下室底板、外侧墙及后浇带采用微膨胀抗渗混凝土，以增加混凝土的抗裂性能，取得较好的防水效果。

4.4砌体采用新型轻质墙砌体材料，减轻结构自重，减少地震作用，降低基础造价。

5结束语

总而言之，对于超高层建筑物来说，合理安全的结构设计是最基本的要求。为保证复杂高层建筑结构的安全性及经济性，在结构设计时应注重以下几个方面：首先重视概念设计，确定合理的结构方案，采取有针对性的技术措施；第二，应保证结构分析计算准确性和设计指标的合理性；第三，重视中震和大震下的结构安全性能；第四，关注舒适度及施工过程的影响及可实施性。

参考文献：

《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068－2001

《建筑抗震设防分类标准》GB50223-2008

《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002

《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010

《钢结构技术规范》GB50017-2003

《混凝土结构设计规范》GB50010-2002

《建筑抗震设计规范》GB50011-2001(2008年版）

《高层民用建筑钢结构结构技术规程》JGJ99-98

《矩形钢管混凝土结构技术规程》CECS 159:2004

《钢骨混凝土结构技术规程》YB 9082-2006

《高层建筑钢—混凝土混合结构设计规程》CECS 230：2008

《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008

《地下工程防水技术规范》GB5018-2001

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。