上海某超限高层钢管混凝土框架-偏置核心筒结构设计

上海某超限高层钢管混凝土框架-偏置核心筒结构设计

崔帅

【摘 要】上海合景国际广场紧邻黄浦江边，为钢管混凝土框架-混凝土核心筒结构，其特点一是核心筒严重偏置，质心与刚心严重偏离，扭转效应显著，筒外办公区钢梁跨度20m；二是2层楼面有效宽度小于本层宽度的40%，属于超限结构。文中采用SATWE、ETABS及PMSAP进行了小震计算与复核，采用PUSH&EPDA对结构进行了罕遇地震下的静动力弹塑性分析，根据计算结果采取加强措施，使本工程达到了抗震设计性能目标。 【期刊名称】广东土木与建筑 【年(卷),期】2015(022)002 【总页数】5

【关键词】偏置核心筒；超限高层；楼板舒适度；钢管混凝土跃层柱；钢支撑 【文献来源】https://www.zhangqiaokeyan.com/academic-journal-cn_guangdong-architecture-civil-engineering_thesis/020127992790.html

1 工程概况

上海合景国际广场项目位于浦东新区黄埔江东侧，耀华路北侧，龙耀路西侧，总建筑面积15.1万m2，地上部分由2栋写字楼及2栋商业建筑组成，地下部分由满布拟建场地的地下3层大地库组成，地下室底板面标高-13.9m。本文介绍其中一栋17层写字楼（如图1），首、2层层高6m、5.5m，标准层层高 3～10层 4.2m，11～17层 4.5m，主屋面标高76.6m，底部带2层裙房，裙房屋面标高11.5m。标准层平面尺寸约为57m×32m，核心筒尺寸32.7m×12m，并偏置于平面一侧，另一侧为20m跨的办公区，结构嵌固端位

于±0.00处。由于首层大厅处建筑有挑空需要，造成2层楼面有效宽度小于本层宽度的40%，楼板不连续，属于超限结构。建筑效果及平剖面如图1～2所示。

2 设计参数

本工程设计基准期为50年，结构安全等级为二级［1］，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.08g，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅳ类，场地特征周期0.9s，阻尼比0.04。上海地区50年重现期基本风压W0=0.55kPa，用于位移控制；承载力设计时按50年重现期基本风压值的1.1倍采用［2］。地面粗糙度类别为B类，体型系数取1.3。

3 结构方案的选择

由于本工程紧邻黄浦江畔，写字楼的主立面正对黄浦江，考虑到江景视野，建筑方案将办公区布置在紧邻江畔一侧，核心筒布置在另一侧。由图2可见，不仅核心筒严重偏置，还由此造成了办公区20m的楼面跨度。在结构方案阶段，对比了普通混凝土梁楼面、预应力混凝土梁楼面和钢-混组合梁楼面三种体系的经济性和梁高，只有组合梁楼面较为合理。

在外框柱的选择上，对比了方钢管柱、圆钢管柱、钢骨柱、方钢管混凝土柱和圆钢管混凝土几种方案，由于钢管混凝土柱承载力高，延性好，能充分发挥内部混凝土的强度，既能有效地减小柱截面，又便于施工安装；又由于圆钢管比方钢管在节点连接角度上更加灵活方便，故最终选择了圆钢管混凝土柱。 本写字楼外框架由钢管混凝土柱及钢梁组成，钢管柱截面为 φ900×20，Q345B，4 层及以下内填C50混凝土，4层以上内填C40混凝土；楼面采用H型钢梁，主梁按纯钢梁设计，次梁按组合梁设计计算。次梁典型截面为

H650×350×14×35，一端与柱铰接，一端与筒体铰接（由于跨度较大，楼面梁与筒体的连接方式对结构抗侧刚度几乎无影响，考虑到节点构造简单和施工方便，采用铰接节点）；内筒为钢筋混凝土核心筒，外壁厚350mm。核心筒外的楼板采用平面内整体刚度较好钢筋桁架组合楼板，标准层板厚100mm。外框和核心筒的抗震等级均为二级。

4 针对核心筒偏置采取的措施

由于本工程核心筒严重偏置，导致质心与刚度中心偏离较大。经过计算，最大扭转位移比为1.65，位于第4层。第2周期为扭转周期，周期比为0.92，结构的扭转效应十分显著，其在地震作用下的性能得不到保证。经过计算采取了以下2项措施：

⑴ 若在写字楼两侧，2-1 1轴和2-2轴之间增加钢支撑，则可将最大扭转位移比控制在1.2以内，对结构来说是最佳方案。但钢支撑影响了江景视野，经过各方沟通，决定在2-2轴和2-4轴之间设置钢支撑。钢支撑沿着建筑全高设置，底部在正负零处中断，正负零以下相应位置布置400mm厚剪力墙，并在墙顶部内埋钢梁H700×200×12×20，钢梁顶部标高-0.35m，两端刚接于下插至负1层钢管柱，如图3。

⑵ 内筒采用双筒可增强结构的扭转刚度，减小在水平地震作用下的扭转效应。根据JGJ 3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》［3］9.2.6条：当内筒偏置、长度比大于2时（2.73＞2），宜采用框架-双筒结构。故结合建筑平面布置，在设备间加强墙体，弱化其它部位的墙体，概念上形成双筒结构（如图3）。按照《高规》第9.2.7条的要求，对双筒之间的楼板进行加强，保证水平剪力的传递。