第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 巨型框架与框筒双重结构体系设计 李霆，陈焰周，肖飞 （中南建筑设计院股份有限公司，武汉430071） 提要：合肥滨潮时代广场C1栋超高层建筑平面具有"凹"形不规则平面，对结构抗震不利.
为改善结构抗震 性能，本工程结构采用了“巨型钢框架圆钢管混凝土柱钢框架梁（桁架）钢筋（钢骨）混凝土核心筒"组 合而成的新型双重抗侧力结构体系，取得较好的效果.
结构体系中的“巨型钢框架"由“凹"形的两肢端桁架柱及 两肢之间的跨层连体析架梁构成，提高了结构的抗扭刚度.
本文系统介绍了该工程的结构体系特点、整体计算 结果、设计中遇到的主要设计间题与解决办法.
关键词：超高层结构：“凹"形平面：巨型框架 1工程概况 滨湖时代广场C-01地块工程东临合肥市南北主动脉徽州大道，北靠城市南门户方兴大道，西接西 藏路：南面为烟墩路.
由C1~C7，C9塔楼、商业裙房，休闲会所组成（图1）.
其中C1栋为一栋集办 公、酒店于一体的超高层多功能建筑，地上建筑面积116847.1m²，地下建筑面积18100m².
地下3层， 地上56层，建筑高度241.50m，主楼轴线平面尺寸为49.5mx49.5m，平面基本柱网尺寸为9.0m×13.5m、 4.5m×13.5m、9.0m×11.25m. C1栋地下2～3层为机房，地下1层为商场仓库.
地上1～5层为酒店的商务中心，包含餐饮、会 议、娱乐、健身等.
6~37层（16和27层为避难层）为高档办公：38层为避难层：39～56层为酒店功 能，其中39~54层为各类型客房，55层为高级餐厅.
本工程的一大特点是在6层、17层、28层、38层、50层设有长22.5米，宽18米的空中花园，空 中花园通高分别为：10层、10层、10层、10层和4层.
在标准层平面为"凹"形，结构效果图见图1， 建筑剖面见图2 办公及酒店层结构平面布置见图3，结构正立面见图4.
建筑结构安全等级为二级，结构设计使用年限为50年，建筑抗震设防类别为标准设防类（丙类）， 抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.10g，Ⅱ类场地，场地特征周期 为0.39s.
风荷载在结构舒适度验算时采用10年重现期风压0.25kN/m²，阻尼采用0.01：在结构位移计算时采 用50年重现期风压0.35kN/m²：结构承载力计算时采用50年重现期风压的1.1倍，另外考虑风力相 互干扰的群体效应系数1.1，阻尼比均采用0.02.
地面粗糙度为C类.
作者跨介：李露（1964-)，男，硕士.
教授级高级工程师
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 本工程场地属于稳定、均匀和良好的建筑场地.
C1栋采用人工挖孔扩底桩基础，整体承台（筏板）.
桩基持力层为桩端持力层为④层中风化砂质泥岩，人工挖孔桩的极限端阻力标准值Qpk=6000kPa.
本工程主楼为混合结构，采用“巨型钢框架圆钢管混凝土柱钢框架梁（桁架）钢筋（钢骨）混 凝土核心筒"组成的新型结构体系.
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）的规定，混合 结构在7度地震区B级最大适用高度为180m，工程高度超过规范限值34%.结构平面大部分楼层为"凹” 形，形成平面不规则.
因而该工程为高度与规则性均超限的复杂高层建筑结构.
图1（a）滨潮时代广场C-01地块效果图 图1（b）滨湖时代广场C1栋现场照片 111 图3（a）办公楼层结构布置图 图3(b)酒店楼层结构布置图 图3（c）空中花园层结构布置图 2结构体系和布置 2.1结构体系 C1塔楼平面多为"凹"形，属于典型的平面不规则结构.
一般情况下，这种不规则结构的质量、刚度以 及承载力不均匀，在地震作用下整体抗震性能差，容易因局部突变和扭转效应而形成薄弱部位.
计算分析表明，当采用一般框架一核心筒结构体系，对"凹"形两肢未采取加强措施时，结构较多楼层 扭转位移比不满足规范要求，下部有较多楼层层间位移角超过1.4，详见图8.
结构在第二阶X向振形下， 结构"凹"形两肢的X向位移明显大于结构整体相应位置的位移，两肢的局部振动比较明显（图5）.
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第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 针对本塔楼自身的建筑特点，主体结构采用"巨型钢框架圆钢管混凝土柱钢框架梁（桁架）钢筋 （钢骨）混凝土核心筒"组成的结构体系（图6、7） 241500 28.60 2 _20.2650) 167.8gI[39F) UAQE) 120.00) () 图6结构体系的构成 (2) 2.1.g(01) 52.800(F) S0(x) _27.600(9F) 图7 结构计算模型 图2建筑剖面图 图4 结构正立面图 “巨型钢框架"在"凹"形的两肢端形成，各肢端钢管混凝土柱之间设置柱间跨层巨型支撑，形成"巨 型钢框架”的巨柱：两肢之间的跨层连体桁架作为"巨型钢框架”的梁.
采用上述结构体系后，结构的各层扭转均满足规范要求（如图8）：结构质量如表1，结构周期统计 如表2，结构未出现两肢的局部振动，结构的前三阶振形如图9.
核心筒剪力墙为整体结构提供了大部分的抗侧刚度和抗扭刚度，周边钢梁与钢管混凝土柱刚性连接， 构成塔楼的第二道抗侧力防线，形成双重抗侧力体系.
本结构框架与核心筒的水平抗侧力分担比如图10.
采用SATWE与Midas/Building程序算得两个方向的结构刚重比如表3，两款软件计算的结果接近， 结构刚重比EJd/GH²≥1.4，满足高规（5.4.4)的整体稳定验算要求.
结构刚重比EJd/GH<2.7 应该考虑重力 二阶效应. 表1结构质量统计表 SATWE Midas/Bui 1ding 相差 建筑物总质量（0.5倍活荷载折减后）（t） 200092. 734 202067 978 0. 99% 活裁产生的总质量（0.5倍活荷载折减后）（t） 19148. 875 20098 438 恒载产生的总质量（t） 180943 859 181969. 541 第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 表2结构周期统计表 SATWE计算结果 Midas/Building 计算结果 周期（s） 扭转周期/平动周期 周期（s） 扭转周期/平动周期 1（第一平动周期） 195 0.5784 5.5486 0.5607 2（第二平动周期） 5.0440 0.6437 4.9720 0.6257 3（第一扭转周期） 3.2469 3.1110 4 1.4641 1.4167 5 1.3269 1.2888 6 1.1005 1.0298 表3结构刚重比 SATWE计算结果 Midas/Buildingi计算结果 X向刚重比 EJd/GH 2.65 2.85 Y向刚重比EJd/GH 2.28 2.35 2 图8（a）X向层间扭转位 图8（b）Y向层间扭转位移 图10（a）X向竖向构件抗侧力 图10（b)Y向竖向构件抗侧力 移比 比 分担率 分担率 2.2结构布置 楼面钢梁单向布置，与外围框架柱之间采用刚接，与核心筒之间采用较接. 外框架周边的梁采用H 型钢梁，典型截面高度900mm：外框架与核心筒之间的楼面梁在办公楼层采用轻型钢桁架梁：其中上下 翼缘均采用T型钢，腹杆采用双角钢（如图11），相当于将H型钢的腹板格构化，设备管道（风管、 电缆桥架等）均从中部穿越，也就是结构利用了设备的高度，以满足穿越设备管道和建筑净高的要求. 框架与核心筒之间的楼面梁在酒店层采用H型钢梁，典型截面高600~700mm. 塔楼标准层结构平面布 置见图3. 核心筒剪力墙外周墙体厚度在1100mm到400mm之间变化，其余内墙厚度分别为600mm、400mm和 300mm，随高度逐渐减小，在外围主要墙肢端部设置型钢柱，楼层处沿墙体设置暗梁. 圆钢管混凝土柱的 截面随高度增加在C1500mm到c900mm之间变化. 第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 图5未形成巨型框架时X 第一振型 第二振型 第三振型 向振型 图9C1栋前三阶振型 图11轻型钢桁架梁 核心筒内采用钢筋混凝土梁板，核心筒与框架柱之间楼板采用采用钢筋桁架模板上的混凝土板. 主楼钢管混凝土柱的钢管、型钢混凝土梁的型钢、钢框架梁、支撑、腰桁架及跨层桁架，均采用 Q345GJ-C：其它钢构件采用Q345B：次要钢构件采用Q235B：其中厚度≥40mm钢板采用Z向性能钢. 钢筋采用热轧钢筋HRB400. 地上主楼结构混凝土强度等级分层变化表4. 表4混凝土强度等级分层变化表 混凝土强度等级 C60 C55 C45 C40 C35 简体剪力墙 1~15F 16F~25F 26F~35F 36F~45F 46F 以上 主楼 钢管混凝土柱 1-顶 梁、板 2~35F 36F 以上 2.3节点设计 立面斜撑与柱连接节点受力较大，通过设置双竖向节点板将斜撑与柱相连，上下斜撑的水平分力通 过竖向节点板直接平衡，同向的竖向分力通过节点板传至钢管柱. 图12为立面斜撑与柱、外框梁连接节 点详图（图4中的①、②节点）.
