某工程主塔楼超限高层结构设计
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摘要：某工程主塔楼地面以上45层，结构高度192.1m，采用框架-核心筒结构。机房顶的直升机平台结构标高为203.1m。建筑平面呈双轴对称的花瓣形，建筑立面略呈橄榄形，底层长、宽约为42.5m，中部最宽处长、宽约为45.5m，顶部45层长、宽约为37.3m。35层以下设置16根竖直的钢管混凝土柱，35层及以上转换成钢筋混凝土斜柱，斜柱倾角约为3.1°，利用35层梁板对称传递拉力至核心筒。本文对主塔楼的结构体系和结构构件的设计进行详尽介绍。
中图分类号：TV331 文献标识码： A
1工程概况
某工程由居中的主塔楼，西侧的海洋创业服务大厦，东侧的海洋经济总部基地及附属裙房组成，其中裙楼5层，建筑总高度28米；主塔楼45层，建筑总高度192.1米；东西两侧的海洋经济总部基地、海洋创业服务大厦均为22层，建筑总高度95.5米，建筑总占地1.7万平方米，总建筑面积约31.76万平方米。其中地上建筑面积为23.92万平方米，地下共2层，地下建筑面积为7.8万平方米。本文介绍主塔楼超限高层结构设计。
2结构设计
2.1风荷载
根据《建筑结构荷载规范》[1]及《高层建筑混凝土结构技术规程》[2]，本工程基本风压按50年重现期的风压值采用， KN/m2，地面粗糙度为B类，主塔楼风荷载按华南理工大学土木与交通学院提供的风洞实验的结果采用。
2.2设计地震动参数
1、根据《建筑工程抗震设防分类标准》[3]及《建筑抗震设计规范》[4]，本工程属丙类建筑，按本地区设防烈度计算及采取抗震措施。抗震设防烈度为7度（0.10g），场地类别Ⅲ类，地震分组第一组，特征周期Tg=0.55（安评小震反应谱）。
2、根据安评报告，工程场地地表设计地震动参数由表1 列出，常遇地震及罕遇地震反应谱曲线和安评曲线对比见图1和图2。
表1 工程场地地表设计地震动参数（阻尼比5%）
经计算，规范反应谱均小于安评报告提供的反应谱，因此小震设计采用安评报告提供反应谱进行计算分析。中震计算时仍按照规范反应谱计算。大震弹塑性分析则采用安评报告提供的时程波数据。
2.3结构体系及构件的主要尺寸
主塔楼地面以上45层，结构高度192.1m，采用框架-核心筒结构。机房顶的直升机平台结构标高为203.1m。建筑平面呈双轴对称的花瓣形，建筑立面略呈橄榄形，底层长、宽约为42.5m，中部最宽处长、宽约为45.5m，顶部45层长、宽约为37.3m。35层以下设置16根竖直的钢管混凝土柱，35层及以上转换成钢筋混凝土斜柱，斜柱倾角约为3.1°，利用35层梁板对称传递拉力至核心筒。其中2层、43层、45层由于周边局部楼板缺失，形成部分穿层柱，柱高为相邻两层层高之和。核心筒尺寸为20.8×20.8m，外墙厚度从500mm变化至300mm；内墙从300mm变化至200mm。整体结构图、主要抗侧力构件图，如图3、图4所示。
竖向构件：核心筒剪力墙厚度为500～300，核心筒内部剪力墙厚度为300～200；连梁高度一般为700，宽度同墙厚；钢管混凝土柱截面为1100×25～800×18，首层钢管混凝土柱截面为1400×25，钢筋混凝土斜柱截面为900～800。
水平构件：主梁一般为300×600、350×700，次梁一般为200×500、250×600；钢筋混凝土框架梁与钢管混凝土柱的连接节点采用钢筋混凝土环梁，环梁宽度一般为400。楼板厚度：核心筒外一般为110、设备层及核心筒内一般为150，板跨较大处适当提高板厚。
3 结构超限情况
根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》（2010年9月），本工程主塔楼部分超限情况如下表2。根据《建筑抗震设计规范》[4]第3.4.1条条文说明，主塔楼属于不规则的超B级高度的高层建筑。
表2 结构超限情况
4结构分析
采用SATWE与MIDAS Building两个程序 对整体结构进行对比分析，采用Perform-3d对整体结构进行静力弹塑性推覆（ pushover） 分析。
4.1结构计算主要参数
结构计算参数见表3
表3 计算参数
4.2结构弹性分析
表4周期
表5最大层间位移角
工程主要指标计算结果见表4、表5。根据整体分析结果得到如下结论：
1）SATWE与MIDAS Building两个程序的计算结果没有出现原则性冲突或矛盾的结果。2）本工程除了二层部分楼板缺失造成首层、二层最大位移比超过1.2，属扭转不规则，其他楼层的位移比均小于1.2，第一、二振型均为平动振型，扭转因子为0.0，第三振型为扭转振型，扭转因子为1.0，表明结构的质量与刚度分布基本对称、均匀，无扭转耦联效应。仅需计算单向水平地震作用并考虑偶然偏心。3）本工程计算得到刚重比：X方向，1.4
4.3弹性动力时程分析
根据规范规定，采用时程分析法时，应按建筑场地类别和设计地震分组选用实际强震记录和人工模拟的加速度时程曲线，其中实际强震记录的数量不少于总数的2/3，多组时程曲线的平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。本工程采用了弹性时程分析法进行了补充计算，计算结果见图5、图6、图7和表6。
图5安评反应谱与地震波平均反应谱的对比图
图6层间位移角曲线对比图（X向）