第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文2014年 高层超高层建筑结构设计调平法探究 傅学怡，吴兵，邸博，孟美莉 （深圳大学建筑设计研究院，深圳，518060) 摘要：高层超高层建筑在重力荷载作用下结构竖向构件差异变形将引起重力荷载向下传递过程中的转移及结构构件附加内 力，不利于结构受力及抗震、抗风.
研究提出超高层建筑重力荷载作用下水平构件较接调平设计新方法.
理论分析与典型算 例（总高度500n，平面55m×55m、112层巨型钢斜撑外框架劲性钢筋混凝土核心简结构体系）计算结果表明，以往分析方法只采 用水平构件刚接计算模型，水平构件始终参与竖向构件竖向变形协调，重力荷载作用下竖向构件即使采取多次调整截面计算， 仍难以做到全楼各层各竖向构件压应力水平均匀一致.
提出主动自觉调平设计新方法，设计前期将水平构件较接，不参 与竖向构件重力荷下变形协调，重力荷载一次施加，在此基础上适当调整竖向构件截面及结构布置，能比较迅速地尽量使 结构在重力荷载作用下各楼层竖向构件（包括各片墙及柱）竖向变形一致，在此基础上再将水平构件刚接，进入整体结构分 析设计，从而可大大减小及消除重力荷载作用下竖向构件差异变形导致的较大结构内力，利于结构安全、经济、合理，对高 层及超高层建筑结构设计有重要意义.
关键词：水平构件较接：竖向构件截面调整：重力荷载：压应力水平 1引言 高层及超高层结构在重力荷载下，竖向构件压应力水平不同，导致竖向构件竖向变形存在差异，与之 相邻的水平构件参与竖向构件的变形协调，以至于仅在结构重力荷载下，结构构件（包括水平构件及相连 竖向构件）可能产生较大附加内力，不利于结构受力及抗震、抗风.
重力荷载作用下结构竖向构件差异变 形主要由两部分组成，一部分是竖向构件短期弹性差异变形，另一部分是混凝土收缩、徐变等长期效应所 引起的差异变形累积“.
其中，长期差异变形累积与短期弹性结构竖向构件压应力水平差异密切相关，故 控制重力荷载作用下结构竖向构件短期弹性压应力水平均匀一致，减小竖向构件差异变形，对高层建筑结 构设计尤为重要.
目前国内外对此间题的主要处理方法一般基于水平构件刚接模型，重力荷载施工模拟加载，有的工程 或考虑混凝土收缩、徐变以及施工过程等结构时变特性，进行结构竖向构件变形的分析与控制.
由于结构 水平构件参与竖向构件的变形协调，即使采用多次调整竖向构件截面积布置，难以做到全楼各层各竖向构 件压应力水平均匀一致.
本文研究提出水平构件较接竖向构件调平新方法，该方法适用于不同计算平台， 方便易用高效，对高层及超高层建筑结构设计有重要意义.
2调平法 2.1分析方法概述 初步设计前期，在整体结构模型中，先令结构水平构件全部较接，一次施加全部重力荷载，查看全楼 各层各点竖向变形，适当调整竖向构件截面及结构布置，尽量使该铰接结构全楼各层各竖向构件（墙与墙、 墙与柱、柱与柱）在重力荷载作用下竖向变形均匀一致，在此基础上，按原结构要求，水平构件刚接，进 作者简介：博学怡（1945-)，男，学土，研究员
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文2014年 行后续的结构抗震、抗风设计.
分析方法易于实现建筑重力荷载下结构竖向构件受力直接，能较主动自觉 减小和消除重力荷载作用下下竖向构件差异变形面产生的较大结构内力（框架梁、连梁、剪力墙、柱的剪 力、弯矩），利于结构安全、经济、合理：也利于建筑楼面平整，同时，可避免一侧竖向变形较大而使结构 产生较大水平变形引起的倾斜，保证建筑物正常使用.
若理想调平，都可以不作结构重力荷载下施工模拟.
2.2分析流程 开始 图1为水平构件铰接调平法的分析流程图.
首先，结构水平构件 全部铰接：然后一次施加重力荷载：调整结构竖向构件截面尺寸及结 建立整体结构有限元模型 构布置，尽量消除结构调平竖向变形差：最后，结构水平构件恢复刚 接，进行整体结构设计.
结构水平构件全部胶接 → 2.3可行性分析 重力荷般一次加 一级筒体框架结构、框架剪力墙结构重力荷载代表值作用下，底 部筒体剪力墙墙肢轴压比限值0.5：底部框架柱水平荷载最不利工况下 反复调整竖向构件截面 轴压比限值0.7，对于大部分高层超高层结构，地震或风荷载引起的外 尺寸及结构布置 框柱附加轴压比一般在0.2左右，故在不考虑水平地震和风荷载作用， 尽量消除差异变形 仅重力荷载代表值作用下可控制外框柱轴压比限值也为0.5，即重力荷 → 载下，内筒剪力墙及框架柱竖向构件轴压比可以取得一致.
对于中上 结构水平构件恢复刚接 进入整体结构分析设计 部筒体剪力墙、框架柱轴压比限值，分别取0.3和0.5时，也可使结构 在重力荷载作用下墙-墙、墙~柱、柱与柱之间的压应力水平可以取得 墙束 一致.
图1调平法分析流程图 3调平法典型算例 3.1结构概况 算例采用巨型钢斜撑外框架劲性钢筋混凝土核心筒结构体系，地面以上112层，主体结构屋盖高度 500m，结构高宽比为500/（55-6）=10.2，7度一组抗震设防，场地类别I类.
结构主要抗侧力体系如图2 所示，标准层结构平面如图3所示.
初步设计时筒体内外墙、外框巨柱截面尺寸及型钢率按表1～2确定， 整体结构有限元计算模型如图4所示.
3.2调平设计 按前述调平法，将结构水平构件（筒框梁）全部铰接，此时筒体墙肢与外框巨柱重力荷载下受力直接， 筒框梁不参与竖向构件变形协调.
根据初步设计截面重力荷载下竖向构件压应力水平以及差异变形情况， 调整竖向构件截面尺寸，使全楼各层各竖向构件压应力水平趋于均匀一致，尽可能减小结构竖向构件差异 变形量.
调平后结构筒体内外墙、外框巨柱截面尺寸及含钢率如表3～4所示.
重力荷载代表值作用下简体 内外墙及外框巨柱轴压比沿高度分布如图5所示.
由图5可见，调平后，内筒外框竖向构件轴压比较为接 近.
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014 年 4750 抗力体系=核心筒图巨型料排架 00095 图2结构抗侧力体系构成图 图3结构平面布置图 图4整体结构有限元模型 表1调平前筒体内外墙截面尺寸（mm） 表2调平前巨柱截面尺寸（mm） 楼层号 外墙厚度（型钢率） 内墙厚度（型钢率） 楼层号 截面尺寸（型钢率） 101~112 600 400 102~112 3000x3000 (4. 0%) 77~100 800 500 83~101 3400x3400 (4. 0%) 9L~69 900 600 29~9 1000(1. 0%) 700 (1. 0%) 64~82 4000x4000 (5. 0%) 35~55 1200 (2. 0%) 800 (1. 0%) 4400x4400 (5. 0%) 26~34 1400(2. 5%) 800 (1. 5%) 11~32 5000x5000 (6. 0%) 1~25 1600 (3. 5%) 1000 (2. 0%) 1~10 5600x5600 (6. 0%) 表3调平后筒体内外墙截面尺寸（mm） 表4调平后巨柱截面尺寸（mm） 楼层号 外墙厚度（含钢率） 内墙厚度（含钢率） 楼层号截面尺寸（含钢率） 77~112 500 400 102~112 3000x3000(3. 5%) 69~76 600 400 62~68 800 400 83~101 3600x3600 (3. 5%) 56~61 900 500 64~82 4000x4000 (4. 0%) 49~55 1000 500 48~63 4500x4500(4. 0%) 43~48 1100 600 33~47 4800x4800 (5. 0%) 35~42 1200 (1. 0%) 600 11~32 5400x5400 (6. 0%) ~9 1300 (1. 0%) 700 1~10 6000x6000 (6. 0%) 19~25 1400 (2. 0%) 700(1. 0%) 13~18 1450 (2. 0%) 700(1. 5%) 1~12 1500 (3. 5%) 800(1. 5%) 3.3计算结果分析 考虑施工模拟，重力荷载代表值（1.2DSQ1.2SD0.7L）作用下，调平前后筒体角点与框架柱的相对 竖向变形沿高度分布如图6所示.
由图6可见，调平前筒体墙肢与外框巨柱重力荷载下最大相对竖向变形 为16.56mm：采用本文方法，调平后，最大相对竖向变形减小为3.06mm.
调平前后筒体墙肢P1与P2相对竖向变形沿高度分布如图7所示.
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 nemE Ast 图5重力荷载作用下结构竖向构件轴压比沿高度分布曲线 （1）筒框梁端剪力、弯矩 恢复结构水平构件刚接，重力荷载代表值一次作用下，调平前后筒框梁梁端剪力、弯矩沿高度分布如 图8所示.
由图8可见，调平后，筒框梁重力荷载下梁端剪力、弯矩较调平前显著减小.
19 1e e 9 9 降瓶内列图对警向变形（m） 增较L及和对向变形（rm） 9.15 电2 035 33 图6调平前后筒框内外相对竖向变形沿高度分布曲线 图7调平前后筒框墙肢P与P.相对竖向变形沿高度分布曲线 120 130 te 1 3 90 04 54 4) 99 药力 (G8) (kim) （a）梁端剪力 （b）梁端弯矩 图8调平前后筒框梁梁端剪力及弯矩沿高度分布曲线 （2）内筒墙肢及连梁剪力、弯矩 重力荷载代表值作用下，墙肢P、P及连梁S剪力、弯矩沿高度分布如图9~图11所示.
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 (20 请平价 18 13 平 4) 1500 29ee 力（n） *0 6800 （a）墙肢剪力 图9调平前后墙肢P剪力及弯矩沿高度分布曲线 （b）墙肢弯矩 调价 saae WTE R. (000 期力（) 2000 ( 10000 （a）墙肢剪力 （b）墙肢弯矩 图10调平前后墙肢P剪力及弯矩沿高度分布曲线 调平 力（N） 1009 0 E (bin) (00) 000 （a）梁端剪力 （b）梁端弯矩 图11调平前后连梁S.梁端剪力及弯矩沿高度分布曲线 （3）框架柱剪力、弯矩 重力荷载代表值作用下，巨柱Z剪力、弯矩沿高度分布如图12所示.
