赵 统

(广东省建筑设计研究院,广东 广州 510010)



禅城绿地金融中心T3塔楼超限高层结构设计

赵 统

(广东省建筑设计研究院,广东 广州 510010)

以禅城绿地金融中心T3塔楼结构设计为例，通过对风洞试验和规范值的比较，介绍了结构的抗风设计与抗震性能的设计方法，并简要介绍了一种新型的钢管混凝土柱与混凝土梁连接的节点形式，有效减小了构件的节点尺寸。

高层建筑，抗震性能，钢管混凝土，梁柱节点，风洞试验

1 工程概况

禅城绿地金融中心T3塔楼项目位于佛山市禅城区，为超高层办公楼，地下2层，地上48层，总建筑高度206.1 m，建筑长、宽方向尺寸均为43.5 m，主要层高4.1 m。

工程安全等级为一级，抗震设防烈度为7度，Ⅱ类场地，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值为0.10g，特征周期0.35 s，抗震设防分类为乙类。

场地50年一遇基本风压0.50 kN/m2，场地粗糙度类别C类，承载力计算时按基本风压的1.1倍采用。

2 结构体系

塔楼属于超高层结构，结构体系采用框架—核心筒结构；结构长、宽方向尺寸均为43.5 m，高宽比为4.73；核心筒尺寸约为23.3 m×19.2 m，核心筒高宽比10.7。

结构标准层如图1所示。外围框架柱柱距9.0 m，由于景观需要，在角部未设置框架柱；为减少柱截面尺寸、增加建筑使用面积，框架柱采用钢管混凝土柱。底部钢管直径1 300 mm、壁厚25 mm；至34层减少直径1 000 mm、壁厚20 mm；34层以上采用钢筋混凝土柱，柱直径为1 000 mm～800 mm。

底部核心筒主要厚度为800 mm、混凝土强度等级C60，结构顶部减少至500 mm、混凝土强度等级为C40。经计算，剪力墙角部在中震下出现拉力，为保证剪力墙的延性，在剪力墙角部设置型钢。

连接外框架柱和内核心筒的框架梁跨度10.50 m，主要框架截面为500×700；避难层主要框架截面为500×900。外围框架梁跨度9.0 m，为加强外围框架的整体刚度，在不影响建筑使用功能的情况下，框架梁截面取500×900，通过计算比较发现，适当增加外框架梁的高度能有效的提高框架—核心筒结构的抗扭刚度。

核心筒内楼板厚度140 mm，核心筒外楼板厚度120 mm。

3 抗风设计

工程为大型综合体中的一栋单塔，周边还存在其他塔楼干扰。根据《高规》4.2.4条及《建筑结构荷载规范》8.3节，需要进行风洞试验取得建筑物的表面风荷载、体形系数、顺风向风振影响、横风向风振作用等试验值，并将试验值与规范值进行比较。经过对楼层剪力、基底剪力、基底倾覆弯矩的比较，按规范计算的风荷载效应均大于风洞试验，因此设计时仍按规范的风荷载进行设计。

4 结构抗震性能设计

工程依据JGJ 3—2010高层建筑混凝土结构技术规程进行性能化设计，性能目标为C。多遇地震(小震)下满足第1抗震性能水准的要求，设防地震(中震)下满足第3抗震性能水准的要求，罕遇地震(大震)下满足第4抗震性能水准的要求。

小震下采用SATWE和Midas Building 两个软件分别进行计算，并补充弹性时程分析。表1为两种软件主要计算结果。从表1可以看出，结构的各项整体指标均能很好的满足规范设计要求，说明结构虽然是超高限高层结构，但由于结构体系选择得当、结构整体高宽比和剪力墙高宽比合理，整个结构能很好的满足各项设计指标。

表1 小震下结构主要计算结果

中震下，根据性能目标C的要求对不同构件进行中震弹性和中震不屈服计算，主要计算结果如表2所示。

表2 中震下结构主要破坏情况

从表2可以看出，中震弹性下，剪力墙以及钢管混凝土等重要竖向构件能满足抗剪承载力中震弹性的要求，说明结构的重要构件在中震作用下有足够的承载力。框架梁和连梁则出现部分抗弯屈服，消耗一部分地震能量。计算还表明，中震下剪力墙局部出现拉应力，因此在施工图阶段在相应位置增设型钢，提高剪力墙的抗震承载力。

大震下的弹塑性分析采用ABAQUS软件进行计算，混凝土采用GB 50010—2010混凝土结构设计规范附录C提供的受拉、受压应力—应变关系作为混凝土滞回曲线的骨架线，钢材采用等向强化二折线模型和Mises屈服准则。

根据提供的安评报告，对罕遇地震验算选择一组人工波和二组天然波作为非线性动力时程分析的地震输入，三向同时输入，地震波计算持时取40 s；罕遇地震条件下水平向PGA调整为220gal，竖向调整为143gal。

大震下的结构安全评估主要从整体指标和构件性能两个方面来判断。地震波作用下，结构X向最大层间位移角为1/134；Y向最大层间位移角为1/197，均满足大震弹塑性层间位移角1/50的要求。表3为大震计算下构件破坏的主要结果。分析结果表明，在地震作用下，主体结构具备较好的承载能力和变形能力，能够达到性能目标C的设计要求。通过分析找出了结构潜在的抗震薄弱环节，并采取了相应的抗震措施予以加强，有效的保证结构的抗震性能。

表3 大震下结构主要破坏情况

5 钢管混凝土柱节点

塔楼外框竖向构件为钢管混凝土柱，框架梁为钢筋混凝土梁，钢管混凝土柱与梁节点是设计构造重点。本工程采用加抗弯剪牛腿的梁柱节点，钢管环板由计算确定，一般宽度为100 mm。在合理地配置钢牛腿、箍筋和腰筋后，形成牢固而安全可靠的劲性结构刚性节点区，刚性节点区能够将梁产生的弯矩、剪力传递给钢管混凝土柱，形成一个具有良好内力重分布能力的刚性区，钢筋混凝土框架梁与钢管混凝土柱节点的连接主要通过由柱伸出的钢牛腿与梁搭接，形成传力的过渡区，梁纵筋只需与牛腿搭接，锚入刚性节点区内而不需要焊接，减少了现场焊接工作，提高了施工的效率和速度。与目前使用较多的钢管混凝土梁柱节点相比，取消了笨重的混凝土环梁，减小了水平环板和竖向环板的宽度，节点区简洁精干，方便了设备管道的通过,施工方便。钢管混凝土柱与混凝土梁连接节点大样见图2。

6 结语

工程采用SATWE软件和Midas Building对结构进行整体分析，两者的计算结果基本一致。结构的周期、层间位移角、扭转位移比等参数均满足抗震设计要求，表明该结构设计合理。通过详细的性能设计，找出结构在地震作用下的薄弱环节，在后期设计中针对这些环节进行构造加强和计算分析，有效的保证了结构的抗震能力。工程采用新的钢管混凝土柱节点形式，通过构造措施，保证节点的安全和有效传递荷载。同时，有效的减小了构件的节点尺寸。

[1] JGJ 3—2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[2] GB 50009—2012，建筑结构荷载规范[S].

[3] 陈向荣，赵 统.禅城绿地金融中心超限设计可行性报告[R].广州:广东省建筑设计研究院,2014.

High-rise structural design of T3 tower of Chancheng Green Land Financial Center

Zhao Tong

(GuangdongArchitecturalDesign&ResearchInstitute,Guangzhou510010,China)

Taking the design for T3 tower of Chancheng Green Land Financial Center as the example, according to the comparison of the wind cave test and regular value, the paper introduces the wind resistance design for the structure and the seismic design, and introduces the joint forms for the new steel pipe concrete column and concrete beam connection, so as to reduce the joint sizes of the components effectively.

high-rise building, seismic performance, steel pipe concrete, beam and column joint, wind measurement test

1009-6825(2016)18-0048-02

2016-04-17

赵 统(1984- ),男,硕士，工程师

TU973

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