超高層寫字樓建築結構的選擇

1 工程概況

本項目位於山西省太原市，主要功能爲 5A 級寫字樓，地上部分建築面積約爲 9． 5 萬 m2，單層建築面積約爲 2 000 m2。

項目地上 43 層，結構高度 181． 1 m( 室外地坪至主樓主要屋面板頂) ，標準層層高 4． 1 m，設備層層高 5． 0 m，主要功能爲辦公; 地下 3 層，地下 2 層、3 層層高 3． 9 m，地下 1 層主樓部分層高爲 7． 5 m，車庫部分層高爲 4． 9 m，主要功能爲停車場。

本工程標準層結構平面尺寸爲 43． 2 m × 43． 2 m。標準層平面結構佈置如圖1 所示。本工程設計使用年限爲50 年; 建築抗震設防烈度爲 8 度，設計基本地震加速度爲 0． 20g，設計地震分組爲第一組; 建築場地類別爲Ⅲ類，場地土特徵週期爲 0． 45 s; 基本風壓爲 0． 40 kN/m2，地面粗糙度類別爲 B 類。

2 結構安全等級、抗震設防分類

根據工程概況本工程爲辦公樓，屬於《建築結構可靠度設計統一標準》中規定的設計使用年限爲 50 年的一般房屋，確定本工程建築結構安全等級爲二級。由於本工程地上部分建築面積約爲 9． 5 萬 m2，單層建築面積約爲 2 000 m2，結構單元內經常使用人數不超過 8 000 人，依據《建築工程抗震設防分類標準》本工程抗震設防類別爲標準設防類，簡稱丙類。

3 結構選型

3． 1 結構高度

根據建築功能及平面佈置，本工程結構體系可採用混凝土框架—核心筒結構、型鋼( 鋼管) 混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結構。各結構體系的適用最大高度見表 1。

根據表 1“型鋼( 鋼管) 混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結構”結構高度超出比例爲 20． 7%，結構體系採用型鋼( 鋼管) 混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結構較爲適合。

3． 2 計算結果對比

本工程以上幾種結構體系的計算結果如表 2，表 3 所示。1)計算對比所採用的計算程序均相同。2) 由於結構體系均爲框架—核心筒，並且在各結構體系中鋼筋混凝土核心筒內的剪力牆佈置及牆厚均相同，故僅對框架進行對比。3) 材料及結構佈置:底層混凝土強度等級均爲 C60，以上各層段混凝土標號均相同; 混凝土框架—核心筒結構牆、柱、樑、樓板均採用混凝土結構; 型鋼混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結構、矩形鋼管混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結構、圓形鋼管混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結構除柱外，牆採用混凝土結構，樑採用鋼樑，樓板採用組合樓板，板厚換算厚度與混凝土框架—核心筒結構中採用的樓板厚度相同。4) 主要計算參數: 混凝土容重: 25． 00 kN/m3; 鋼材容重:78． 00 kN /m3; 計算振型數: 30; 場地類別: Ⅲ; 設計地震分組: 一組; 特徵週期 TG= 0． 45; 週期折減係數: 0． 90; 結構的阻尼比( % ) :4． 00( 混凝土框架—核心筒結構採用 5． 00) 。

通過以上計算結果對比可知，鋼管混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結構中的圓形鋼管混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結構具有底層柱截面小、結構總質量小、最大層間位移角小、結構安全儲備高以及節點連接相對簡單的優勢。綜合結構適用高度及計算結果的判斷，本工程結構體系採用圓形鋼管混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結構體系較爲適合。

4 加強層的設置

由於結構的側向剛度不能滿足要求，根據建築豎向功能佈置，15 層，30 層爲建築避難層同時爲設備層，43 層爲頂部觀光層。

本工程可在 15 層、30 層及 43 層設置加強層。各加強層設置結果如表 3 所示。通過表 3 可知，加強層設置在 15，30，43 層時最大層間位移角最小，但設置在 43 層時會影響屋頂觀光層的使用，故結合建築避難層及設備層在 15，30 層設置加強層較爲合適，既可以滿足結構最大層間位移角的要求，也可以減少對建築功能的影響。

5 結語

通過對比可知，圓形鋼管混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結構具有以下幾個方面的.優點: 1) 結構高度超過規範規定的高度限值最少爲 20． 7%。2) 底層柱截面最小佔用建築面積最少，結構柱所佔面積約爲 2 ×16 =32 m2。3) 結構總質量輕，對地基基礎的負擔相應較小，方便地基基礎的設計。4) 主要結構構件均可在工廠加工製作，施工現場僅進行安裝調整，可以大大的加快施工進度，縮短施工週期，節省投資。

當結構的側向剛度不能滿足要求時，可利用建築避難層、設備層的空間設置加強層。這是提高結構側向剛度，減小結構最大層間位移角的一個有效措施。因此，本工程結構體系採用帶有加強層的圓形鋼管混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結構。