杨丹1 刘钝1
1 中信建筑设计研究总院有限公司，武汉 430014
[摘要] 本介绍了超高层塔楼的结构平面布置和竖向布置，根据建筑高度和结构特点，塔楼采用框架+钢筋混凝土核心筒结构体系。针对框架-核心筒结构可能采用的四种结构形式进行对比分析和结构试算，塔楼采用钢管混凝土框架+钢梁+钢筋混凝土核心筒的结构体系较为合理。
[关键词] 超高层 结构设计 方案比较
1 工程概况
本项目位于湖北省武汉市，由一栋超限高层塔楼、裙房及地下室组成。地下设五层地下室，总深度为21.4m，裙房高度为23.2m。办公塔楼是集办公、酒店为一体的超高层建筑，塔楼高度约为246.9m，幕墙顶标高约为259.9m。
本项目塔楼单体计容建筑面积约12万m2，超过8万 m2，主楼抗震设防类别为重点设防（乙类）[1],主楼及地下室结构安全等级为一级，地基基础设计等级为甲级。抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅲ类。重现期50 年的基本风压为0.35kN/m2，地面粗糙度为C 类。由于建筑高度超过200m，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》( JGJ 3—2010)［2］( 简称《高规》) 的相关要求，本项目需采用风洞试验以确定风荷载取值。
2结构设计
2.1平面布置
塔楼平面轴线尺寸49.4m×48m，呈切角三角形，核心筒 24.65m×21.2m。外框柱距9.0m，平面进深12m，中高、高区外框柱收进后，平面最大进深10.3m。三角部弧线处理，柱子尺寸尽量优化，减少对视线阻挡，使临角房间具有最好的采光和观景效果，房间布局更灵活，提高建筑空间价值。结构布置见图1。
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图1 塔楼低区与高区平面布置图
2.2 竖向布置
塔楼地上57层，地下5层，建筑高度246.9m。1—4层为商业，5—36层为办公，37—57层为酒店客房，电梯分为低区、高区、顶层酒店区三个区。首层层高7.0m，办公区标准层层高4.2m，酒店客房区标准层层高3.9m，顶层酒店层高4.5m。塔楼结构组成见图2。
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图2 塔楼结构组成
本工程无转换层，结构竖向构件连续，由于底层层高较高，结构设计将底层外围剪力墙加厚，加大底层外框柱的截面尺寸，使结构的侧向刚度接近，钢筋混凝土墙体侧向刚度自下而上逐渐变小，均匀变化，属于规则类型。根据计算结果，侧向刚度满足《高规》3.5.2条要求；结构楼层受剪承载力底层与上层比值大于0.80，满足《高规》关于3.5.3条的规定。竖向布置中无过大的外挑和内收，外挑和收进尺寸均满足《高规》第3.5.5条规定，结构竖向设计框架柱、剪力墙截面均匀变化。
3结构体系研究
根据本工程建筑方案特点，并借鉴国内已建成的200多米超高层综合大楼结构体系（见图3），本项目比较合理的结构体系应为框架+钢筋混凝土核心筒结构体系。根据建筑功能要求并结合结构受力的需要在结构标准层利用电梯井、楼梯间等位置设置剪力墙核心筒。结构竖向构件基本连续，中间楼层局部存在穿层柱，在中高区采用斜柱实现平面变化。设计中通过合理配置内核心筒、外框架柱，楼面梁、板，使各组成部分能够充分发挥的作用，协同工作，结构刚度和承载力分布均匀，能保证做到结构性能优越、稳定性好、经济合理。
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图3 各结构体系在不同高度超高层建筑中的分布
3.1 结构体系方案比选
针对框架+钢筋混凝土核心筒体系可能出现的几种形式进行对比分析，具体参数见下表1和表2。
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通过表1和表2数据的对比分析，得出以下结论： ①方案一：虽然本方案在用钢量及造价上比方案三略高，但柱子截面小，特别是对酒店客房的布置有利，且施工方便，施工速度比其他方案的施工速度快20%~30%。 ②方案二：在实际工程中使用较少，不采纳。 ③方案三：型钢混凝土柱截面尺寸及整体经济指标均在合理范围内，也是目前较多采用的结构布置形式，但该方案柱子截面较大，施工（特别是梁柱节点处）较为困难。 ④方案四：钢筋混凝土柱截面大，对建筑功能和效果有一定的影响，一般不建议采用。
通过以上分析，本工程采用钢管混凝土框架+钢梁+钢筋混凝土核心筒的方案，见图4。
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图4 钢管混凝土框架+钢梁+钢筋混凝土核心筒示意
3.2楼盖方案比选
对标准层楼盖体系进行了3个方案对比，为保证楼面净高，次梁控制高度最高为550mm。由于核心筒的布置不对称，原则上不允许在连梁上搭次梁，因此单、双次梁方案比较时，部分柱网范围内仍采用单次梁方案。方案比选结论如下：①无次梁大板方案楼盖混凝土用量增加20.8%，经济性较差，不予采纳。②单次梁方案与双次梁方案的材料用量基本一致。③单次梁方案较双次梁方案在建筑使用方面及施工便捷方面均有明显优势，考虑到楼板采用钢筋桁架楼承板，故在办公区域采用双次梁方案，在酒店客房部分根据客房布置要求采用单次梁方案。
4 结语
根据建筑高度和结构特点，借鉴已建成的200多米超高层综合大楼结构体系，本工程塔楼采用框架+钢筋混凝土核心筒结构体系。针对框架-核心筒结构可能采用的四种结构形式，通过结构试算和比较分析，超高层塔楼采用钢管混凝土框架+钢梁+钢筋混凝土核心筒的结构体系较为合理。
参考文献
[1] GB?50223-2008建筑工程抗震设防分类标准［S］．北京: 中国建筑工业出版社, 2010．
[2] JGJ3—2010 高层建筑结构技术规程［S］．北京: 中国建筑工业出版社, 2010．
[3] GB 50011—2010 建筑抗震设计规范［S］．北京: 中国建筑工业出版社, 2010．