第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文2014年 长沙世茂塔楼结构设计 刘灿，陆道渊，路海臣，黄良，李敏，童建歆，赵凯 （华东建筑设计研究总院.
上海200002） 提要：长沙世茂塔楼采用圆钢管混凝土外框柱-混凝土核心筒混合结构体系.
本文介绍了基础形式、塔楼结构体系以及结 构计算的主要结果，另外对结构的嵌固端、弱连接连廊以及圆钢管混凝土梁柱节点等主要结构特点进行了闸述.
最后对人 工挖孔桩的施工注意事项进行了说明.
美键字：超高层：混合结构体系：人工挖孔桩：圆钢管混凝土柱；嵌固端：弱连接连廊； 1、 工程概况 长沙世茂滨江项目D-8-2地块位于湘江西侧，岳麓大道以北，靠近湘江二桥.
项目地上总建筑面积约 148 371平方米，由一栋超高层酒店兼办公综合体及其配建多层裙楼组成.
综合体塔楼结构高度为216.400 米，建筑高度为241.000米.
地下3层.
裙房地上4层，地下3层：土0.00绝对标高为44.500，底板面标 高-14.300m.
酒店塔楼和裙房地下连成整体.
上部结构综合体、裙房及住宅各自独立，采用连廊连接.
图 1.
塔楼功能包括办公、酒店，办公层层高4.0m，酒店层层高3.8m，设备/难层层高为7.5m和5.75m.
建筑剖面图见图2.
本工程塔楼采用圆钢管混凝土外框柱-混凝土核心筒混合结构体系，与裙楼在首层以上设防震缝断开.
塔楼的设计使用年限为50年，主要构件的耐久性设计使用年限为100年：抗震设防类别为重点设防类（乙 类建筑）.
本工程抗震设防烈度为6度，设计地震分组为第一组，按规范的设计基本地震加速度0.05g.
图1建筑效果图 图3桩型布置图
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 2、基础与地下室设计 工程场地地形呈台阶状，中间高，四周低，整体呈南高北低的地势.
场地内埋藏的土层从上到下为人 工填土层，第四系坡积层、第四系上更新统冲积层、第四系残积层，下伏基岩为元古界板岩.
塔楼地下室埋深14m，采用桩筏基础（图3），桩型为带扩大头的人工挖孔桩，有效桩长平均为27m， 桩身混凝土设计强度等级为C40：筏板厚度核心筒区域为3.5m，外围2m，混凝土设计强度等级为C40.
桩端以7-2层中风化板岩为持力层，入岩深度取桩端全面进入持力层不小于2m.
桩的尺寸以及单桩 承载力见下表1，单桩承载力仅考虑桩端阻力.
桩型见图4. 桩布置外围框架柱下一柱一桩，核心筒内在竖向力大的核心筒外墙下布置椭圆形大直径桩，在竖向力 较小的核心筒内墙内均匀布置直径较小的桩，同时保证桩布置整体平衡和局部平衡.
该布置方案传力直接、 桩之间的间距满足《建筑桩基技术规范》的要求，是一个经济合理的方案.
A型 x B型 图2建筑剖面图 图5塔楼结构计算模型 图4桩型示意 表1工程桩桩型 编号 桩身直径 扩大头直径 单桩承载力 (mm) (mm） 特征值（KN） 桩型 3400 4900 78300 A型 2 3200 4600 66400 A型 2800 4400 97750 2100 3500 B型 2300 3200 32000 A型 4200 6000 113000 A型 3、 上部结构体系 该工程为风荷载起控制作用.
《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010)中4.2.2的规定：承载力 计算时，基本风压应按基本风压值的1.1倍采用：位移计算时，基本风压可按50年重现期的风压值采用， 50年一遇的基本风压为w=0.35kN/m²，地面粗糙度类别为C类.
结构整体刚度控制需要满足三个方面的要求：①结构在侧向力下的层间位移限值：②结构的整体稳定 （刚重比），主要控制在风荷载或者水平地震作用下，重力荷载产生的二阶效应不致过大，以免引起结构
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 的失稳、倒塌：③最小基底剪力（剪重比）.
考虑环带桁架施工不便、结合满足建筑功能要求，确定采用 不带加强层的双重抗侧力结构体系即钢管混凝土柱-钢梁框架钢筋混凝土核芯筒，以抵抗风和地震产生的 水平作用.
详见图5塔楼结构计算模型与图6塔楼标准层结构布置图.
塔楼办公标准层 塔楼酒店标准层 图6塔楼标准层结构布置图 塔楼核芯筒从承台面向上伸延至大厦顶层，贯通建筑物全高，容纳了主要的垂直交通，并承担竖向及 水平荷载.
核芯筒平面基本呈三角形，位置居中，质心与刚心基本一致.
核芯筒采用钢筋混凝土剪力墙结 构.
核芯筒的混凝土等级由低区到高区分别采用C60、C50、C40，提高构件抗压、抗剪承载力的同时，可 有效降低结构自重及地震质量.
外墙的墙体厚度为1200mm~400mm.
塔楼核芯筒外采用钢梁钢筋桁架楼 承板.
核心筒外楼板厚度为110mm~130mm：核芯筒内采用钢筋混凝土楼板，板厚为150mm.
楼面钢梁的跨度为10~11m，楼面梁与核心筒墙为铰接，与外框柱为刚接，楼面梁与核心筒铰接节点 详图7.
外围框架柱采用圆钢管混凝土柱，本工程所用的圆钢管混凝土柱的最大直径为1400mm，钢管内壁厚 为30mm.
钢管内设置栓钉保证外包钢管和内部混凝土的共同作用.
钢管内混凝土采用微膨胀混凝土，保 证钢管内混凝土浇捣密实.
/ 上=m 图7主/次梁与混凝土墙体较接典型节点 4、结构计算主要结果 在设计中使用了SATWE软件进行分析和设计，用杆单元模拟柱和梁，用壳单元模拟剪力墙，用膜单元 模拟楼板.
结构阻尼比取4%，结构计算的主要指标见表2.
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 表2结构计算的主要指标 项目 SATWE 周期 振型 结构基本自振 T1 6.07 Y向 周期/s T2 5.63 X向 T3 3.50 扭转 地震作用下 x 1/1494 最大层间位移角 1/1432 风荷载作用下 X 1/1140 最大层间位移角 Y 1/1052 地震作用下 x 12221 基底剪力/kN 11474 风荷载作用下 X 16057 基底剪力/kN Y 15043 结构总重量/t 172046 结构的主振型以平动为主，以扭转为主的第一振型周期与以平动为主的第一振型周期比为0.58.
结构 要求，首层的最大层间位移角不大于规程限值的40%时，该楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与该 楼层平均值比值可以适当放松，但不应大于1.6，满足规范的要求.
结构的楼层剪重比最小值为0.67，满足 规范的要求.
结构的楼层刚度比为1.64，满足规范稳定性要求，需考虑结构的P-A效应.
5、结构设计特点 5.1结构嵌固端 常规为了减少结构计算高度，将嵌固端设置到土0.000层，需要满足《抗规》的规定：①地下室的抗 侧刚度大于嵌固层以上楼层抗侧刚度的2倍以上，②本层楼板没有大开洞.
根据相关研究得出，土体的侧 向约束刚度较弱，土体对塔楼地下室结构的约束作用很小，本工程土层水平抗力系数的比例系数（M值） 取3，考虑较少土约束作用.
M值越大表示土对结构的约束作用越强，一般可取2.5-100之间.
本工程有 条件将嵌固端设置到土0.000层.
根据规范规定，地下室的抗侧刚度可以考虑地上结构周边外延20m的范 围内，本工程塔楼外围20m范围内部分为地下室外墙，可以提供较大刚度.
另外在建筑允许的范围内，如 建筑楼梯周边等位置适量增设地下室墙体.
详图8下室竖向结构布置图.
由于室外地坪覆土等需要，楼板 有高差，采取框架梁加腋的构造做法（图9）有利于水平力传递.
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文2014年 图8地下室竖向结构布置图 图9梁加胶构造做法 5.2弱连接连廊布置 塔楼与裙房之间在3层~5层用弱连接连廊连接.
图10.
历次震后观察，连廊的破坏在地震中较为常 见，且具备下面特点： （1）当连廊与两边主体结构的连接形式采用刚接时，在地震中場落少一点，但一旦拉断坠落，与连 廊连接的主体结构也破坏严重.
（2）当连廊与两边主体结构的连接形式采用滑移支座时，连廊较为容易塌落，两边主体结构一般无 影响.
（3）当连廊搁置在主体结构的牛腿上，连廊更常塌落，设计时应该保证连廊与主体可靠连接.
本工程连廊设计考虑塔楼与裙房的总高度相差大，靠主楼一侧采用滑移支座：图11.
而靠裙房一端采 用盆式铰接支座，支座与主体结构可靠连接.
而滑移量以及支座受力提高到大震弹性的情况考虑.
AA 图10空中连廊位置示意 图11连廊钢梁与钢管砼柱滑移连接节点详图 5.3圆钢管混凝土梁柱节点 圆钢管混凝土柱的外围钢管对管内混凝土形成三向约束作用，具备较高的承载能力和延性，且施工质 量容易保证.
钢管混凝土与梁连接的节点区是薄弱环节，需要特别关注.
图12为钢筋混凝土叠合柱与混 凝土梁的连接节点做法.
在梁柱连接位置需要设置牛腿保证剪力的有效传递，且在圆钢管柱内需要在梁钢 筋的相应位置设置隔板保证梁内拉压应力的有效传递.
图为钢管混凝土柱与钢梁的固结节点.
