超高层建筑结构设计中的问题

2述了在设计中的一些常见问题，并根据某高层建筑的工程案例进行详细探讨。一、在超高层建筑结构设计中采用 时，柱中型钢下端的埋置部位问题高层及超高层建筑地下室的层数依据基础埋深、使用功能、地质条件综合确定，少则2～3 层，多则 4 层及以上。如果地下室的竖向刚度和水平刚度能满足《抗规》和《高规》的相关要求，那么，地下室顶板可作为上部结构的嵌固部位，即计算时以地下室顶板为固定端对上部结构（悬臂体）进行抗震、抗风等整体计算。 《抗规》规》规定，当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下一层的抗震等级应与上部结构相同，地下一层以下的抗震等级可根据具体情况采用三级或四级。超高层建筑结构的底层柱及抗震墙，因要考虑延性和降低轴压比等技术因素，同时又要从使用上考虑尽可能减小竖向构件截面，以争取更大的使用率等非技术因素，往往采用 。如果为多层地下室，且嵌固端在首层，那么，在不考虑延性因素、轴压比能满足要求的前提下地下一层以下的柱是否可不设 ？对这一问题， 《高规》中无明确规定，按《抗规》和《高规》规定推断，地下一层以下的柱可不设 ，中的型钢可在地下一层以下锚固即可。笔者认为，超高层建筑结构 中的型钢应锚固到基础中，锚固在地下一层以下的柱中存在不安全因素，原因：（1）对带有地下室的高层建筑来说，目前计算时通用的做法：考虑外围土体或大底盘对地下室的侧向约束，将地下室刚度进行放大。因此，将地下室顶板作为上部结构嵌固部位计算，与实际结构变形相比存在一定误差；（2）对超高层建筑来说，结构体系多为框架中筒结构和巨型框架些结构的侧移特性多属弯剪型或剪弯型。研究表明，对于剪弯型或弯剪型房屋，在大部分情况下，因计算误差大，结构动力计算模型不可忽略地下室的影响，不能完全把地下室顶板作为上部结构嵌固部位；（3)超高层建筑高度大、层数多、结构体系复杂，对地震作用和风荷载作用反应敏感，从整体稳定性和抗倾覆考虑，竖向构件与基础应牢固相连。但是，某些超高层项目，出于多种理由本应将生根于基础面或基础中的 中的型钢，移至地下一层以下柱中，此种做法，有待商榷。某超高层建筑由主楼、公寓楼、裙房、地下室组成，为大型商业、住宅、办公楼综合体建筑。主楼地下 4 层，地上 43 层(包括预留增加 3 层的层数)，地上计算高度 超 B 级高度的高层建筑。结构体系为框架面以上 22 层采用 。室外地坪标高最低点略低于地下一层板面标高，结构整体计算时嵌固端取地下二层顶板。本工程主楼设计使用年限为 50 年，设计基本风载为 面粗糙度类别为 地类别为Ⅱ类。抗震设防烈度 7 度，α计地震分组为第一组，特征周期为 评值)，抗震设防类别为丙类。 主楼基础采用桩基+板筏基础，工程桩采用 Φ3200，Φ3000，Φ2800，Φ2600 人工挖孔桩，桩顶相对标高－端进入微风化花岗岩层，桩身混凝土采用 端阻力特征值为 10000楼底板厚 2200工程原设计将 中型钢锚固于基础底板，后业主以赶进度为由，在当地一些专家的咨询下，以当地已有工程为例，要求设计修改 以使型钢锚固于嵌固端下一层柱中。后经博弈，设计修改 使型钢锚固于嵌固端下一层柱中。二、现浇混凝土空心楼盖在超高层建筑结构设计楼盖系统中应用的问题在超高层建筑楼盖系统中采用空心楼盖，从理论上讲是可行的，但实践中尚有一些值得思考和探讨的问题。某超高层建筑由主楼、裙房、地下室组成，公寓楼(主楼)为超高层建筑，裙房为高层建筑。公寓楼建筑面积为 地上 60 层，地下 2 层。主要功能：层2～15，17～30 为写字楼，层 32～45，47～60 为公寓层；层 16，31，46 为三个避难层。建筑主体高度为 超 B 级高度高层建筑。结构体系为框架筑主体平面为切角正方形，切角在立面上形成竹节状，外观造型新颖独特。本工程抗震设防烈度为 7 度，设计基本地震加速度值为 计地震分组为第三组，场地类别为Ⅱ类。框架抗震等级一级(底部加强区柱为特一级) ，剪力墙抗震等级为特一级。该项目在总高度受限制的情况下，为了争取更多的建筑面积，建筑方案设计楼层层高均较小，办公层层高仅为 寓层层高仅为 项目办公层为一类办公，装修吊顶后净高不小于 构梁高高度受限，无法按普通梁板体系来设计。因此优先选用现浇空心楼盖方案。初步考虑内外筒之间采用 400现浇空心楼盖，内模为箱体，大小为500×500×290，上下板厚均为 55宽 120体与外框柱相连处采用 1200×400 实心板。结构整体计算时楼板按弹性板计算，考虑板平面外刚度，并考虑现浇空心楼盖由于空心造成的刚度折减，按等代刚度计算板厚并输入弹性板板厚，400现浇空心板按等代为 370。筒体与外框柱相连处 1200×400 实心板按 1200×400 框架梁（即暗梁）处理。分别采用 种软件进行结构整体计算，计算各项指标均能较好地满足规范要求。考虑到四个角部受荷面积较大，四角暗梁在地震时受双向水平地震力和竖向荷载作用，存在剪弯扭受力问题，进行精确受力分析计算有难度，从概念设计上存在安全隐患。另外，考虑到普通空心楼盖肋的间距较小，肋宽度较窄，用密肋梁建模计算也存在一定难度。鉴于初选方案的不足和对其的疑虑，改善方案如下： 内外筒之间采用 400现浇空心楼盖，内模为箱体，大小为 1200×1200×290；肋宽 200采用普通梁(200×400)的形式；现浇空心板与框架柱及核心筒相连 1500围内采用实心板；筒体与外框柱相连处采用 1200×400 实心板，即框架暗梁；同时，在肋梁中间做 60十字形次级小肋便于更好地联系上下层面板，加强现浇空心楼盖的整体性。结构计算时假定同前，分别采用 种软件进行结构计算，同时补充以密肋梁形式输入的电算，结果表明结构整体计算各项指标良好。在地震荷载作用下，框架梁的抗弯、抗剪、抗扭性能均能满足规范要求; 但肋梁与核心筒相交处支座配筋较大，个别最大处达到 6300果按200×400 梁来计算，配筋率达到 大大超出肋梁截面(200×400)但核心筒周边 1500围内均为实心板，如果按 1200×400 梁来计算，满足最大配筋率的要求。 采用有限元方法对空心楼盖挠度裂缝进行计算，手工方法复核。有限元计算时将空心板等代为实心板，楼板的变形和内力采用设计软件 析。最大长期变形(考虑开裂和混凝土长期效应)为 于四角区格的中心点，大约是跨度的 1/417，满足设计要求。鉴于目前国内在超 B 类高度高层建筑结构楼盖系统中全部采用现浇空心楼盖体系的先例不多。本项目超限审查时，专家对采用现浇空心楼盖体系较为谨慎，提出了许多指导性意见。考虑到超 B 类高度建筑结构的安全性，专家们建议加大轴线部位实心板（框架暗梁）高度，提高刚度，借以降低密肋梁的配筋率并提高安全度。三、结论（1）超高层建筑高度大、层数多、结构体系复杂，对地震作用和风荷载作用反应敏感，从整体稳定性和抗倾覆考虑，竖向构件与基础应牢固相连，建议 生根于基础中。在结构整体计算分析及结构设计时应取嵌固端在基础顶面和地下室顶板面时结果的包络值。（2）现浇混凝土空心楼盖虽有可降低层高、提高净空、节省模板、保温隔热效果好等优点，但在超高层建筑结构楼盖系统中应用时，因其节点受力计算复杂，且某些计算方法和结果尚存在争议和分歧，建议在选择空心楼盖应用于超高层建筑楼盖体系时要慎之又慎。（3）高层、超高层建筑结构整体计算分析时，不考虑基础倾斜值对内力和位移的影响，会使计算结果存在较大误差。在目前情况下，建议地基规范应对高层基础整体倾斜值的限值提出更严的要求。（作者单位：河南省建设工程施工图审查中心有限公司）