某8度区超高层办公楼结构敏感性分析
严仕基1，周因1
（1广州瀚华建筑设计有限公司，广州510655）
[摘要]本文通过对不同框架梁截面及设置加强层等因素对某8度区框架-核心筒结构体系超高层办公楼整体刚度
的分析与比较，以确定所采用结构方案的工作实例进行总结，以供同类工程设计参考。
[关键词]框架-核心筒结构，敏感性分析，超高层办公楼
1工程概况
项目位于昆明市北京路，为集商业、餐饮、办公于一体的多功能建筑，设3层地下室，底板面标高为-14.9m；地面以上53层，下部设5层裙楼，裙楼层高为5.1m～6m，标准层层高为4.2m，总建筑面积126560.42m2；建筑总高度234.7m，属乙类超高层建筑。
采用钢筋混凝土框架-核心筒结构体系。
其建筑设计效果如图1所示，典型楼层的建筑平面见图1、图2。
根据规范[1,2]，本工程结构安全等级为一级，结构重要性系数为1.1；建筑结构抗震设防类别为乙类；地基基础设计等级为甲级；建筑高度为超B级；结构抗震设防烈度为8度；建筑场地类别为Ⅱ类，基本风压按规范[3]为0.30kN/m2。
图1 建筑效果图图2 典型标准层建筑平面
2 结构布置与选型
2.1结构体系
本工程由于高宽比不大、核心筒尺寸足够大，经对比普通钢筋混凝土结构、混合结构、钢结构等类型，最终采用技术成熟的钢筋混凝土框架-核心筒结构体系。
结构受力体系由外框架+核心筒组成。
为配合建筑平面功能及立面造型的需要，沿建筑外围共布置了16根框架圆柱，其中第23层及以下为型钢混凝土柱，23层以上为钢筋混凝土柱，框架柱直径由底部的1600mm渐变至顶部的1400mm；中部的钢筋混凝土核心筒沿建筑全高连续贯通布置，核心筒周边剪力墙厚度由底部的1300mm(X向)、1200mm(Y向)渐变至顶部的500mm(X向)、400mm(Y向)。
外框柱与核心筒共同构成两道抗震防线，提供结构必要的重力荷载承载能力和抗侧刚度，详见图3。
水平荷载产生的剪力和倾覆弯矩由外框架和核心筒二道防线共同承受，其中核心筒承担了大部分剪
力和弯矩。
墙柱砼等级为：底层～24层采用C60，25层～35层采用C55,36层以上采用C50；楼盖砼等级均为C30。
图3 结构体系组成示意
2.2 结构敏感性对比
为分析不同框架梁截面以及设置加强层等因素对结构整体刚度的影响程度，对可能采用的不同结构方案进行了分析和比较，结果如下：
2.2.1 A方案
普通钢筋混凝土外框架+核心筒结构方案，主要框架梁断面采用600mm×700mm，与外框柱相接梁端部根据刚度要求及施工要求加宽至1000mm，周边框架梁断面采用400mmX1000mm，以提供较大的Y向刚度和抗扭刚度。
分析结果表明，该方案能满足规范位移角限值要求,位移、周期分别为（X向1/564，Y向1/536）及（T1=5.57，T2=5.50，T3=4.10）。
典型标准层的平面布置如图4所示。
图4 A方案典型结构层平面布置图
2.2.2 B方案
带加强层及梁刚接的钢框架混凝土筒体结构：在A方案的基础上，分别在楼高2/3处（41层）避难层设置加强层（共设置2榀Y向伸臂桁架），以分析加强层对结构的敏感度。
分析结果表明，该方案能满足规范位移角限值要求,位移、周期分别为（X向1/565，Y向1/543）及（T1=5.55，T2=5.50，T3=4.10）。
典型标准层的平面布置如图5所示。
2.2.3 C方案
在A方案的基础上，略减小框架梁截面至450mmX700mm，以分析结构对标准层框架梁截面变化的敏感度。
分析表明，该方案未能满足规范位移角限值要求(X向1/550，Y向1/521)、（T1=5.61，
T2=5.49，T3=4.14）。
典型标准层的平面布置如图6所示。
图5 B
方案典型结构层平面布置图
图6 C 方案典型结构层平面布置图
2.2.4 D 方案
带一个加强层的混凝土外框架+核心筒结构：在A 方案的基础上，在楼高2/3处（41层）设置加强层（在核心筒两侧设置2榀Y 向伸臂桁架），与核心筒连接的框架梁保持刚接，并略减小框架梁截面至450mmX700mm ，以分析同时设加强层，并减少标准层框架梁截面后结构受力特性的变化。
分析结果表明，该方案能满足规范位移角限值要求,位移、周期分别为（X 向1/568，Y 向1/537）及（T1=5.60，T2=5.48，T3=4.11）。
典型标准层的平面布置如图7所示。
图7 D 方案典型结构层平面布置图
2.2.5 计算结果对比
方案A、B、C、D的各层框架以及核心筒的剪力、位移角、梁端弯矩等主要计算结果如表1。
2.2.5.1 A方案与B方案的对比(Y向)
从图上观察可知：
1.设加强层后结构的层间位移角最大值减少，B模型较A模型最大层间位移角减少了1.3%。
2.由于存在加强层，可以观察到在加强层处刚度有突变，剪力有突变。
3.加强层的存在略微减少了标准层框架梁端弯矩，“B模型”比“A模型降低了3%”。
2.2.5.2 A方案与C方案的对比(Y向)
从图中观察可知：
1.减少标准层框架梁截面，使结构刚度减少位移增大，C模型较A模型最大层间位移角增加了
2.0%。
2.减少标准层框架梁截面，对标准层框架梁梁端弯矩影响较大，“C模型”较“A模型”标准层框架梁梁端弯矩减少了16%。
2.2.5.3 A方案与D方案的对比(Y向)
从图上观察可知：
1.同时采用加强层，并减少标准层框架梁梁截面，结构的最大位移角基本不变。
D模型为1/536，A 模型为1/537。
2.由于存在加强层，可以观察到在加强层处刚度有突变，剪力有突变。
3.同时采用加强层，并减少标准层框架梁梁截面，标准层框架梁梁端弯矩进一步减少，D模型较A 模型减少了19%。
2.3 敏感性分析结果汇总及结构方案选择
通过上述对比分析，不同框架梁截面以及设置加强层等因素对结构整体刚度的影响程度汇总如下：
(1)加设加强层后，最大层间位移角减少1.3%，标准层主要框架梁端弯矩稍微降低，减少3%。
(2)仅减少框架梁梁截面后，最大层间位移角增大了2.0%，主要框架梁梁端弯矩减少了16%。
(此时位移角不满足规范要求)。
(3)同时采用设加强层并减少框架梁截面后，结构最大层间位移角基本不变，框架梁端弯矩减少了19%。
加设加强层后，结构在加强层处刚度有突变，剪力突变明显。
在综合考虑上述因素，并征求建设单位意见后，最后决定采用结构内力及位移沿竖向变化曲线较平顺，施工难度较小的方案A。
方案A两套软件的主要计算指标均能满足规范[1,2]要求，具体详表5。
参考文献
[1] GB50011-2010《建筑抗震设计规范》[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2010.
[2] JGJ3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.
[3] GB50009-2012《建筑结构荷载规范》[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.
[4] 郑少昌，郑建东. 昆明同德广场超高层办公楼抗震超限设计[R].广州：瀚华建筑设计有限公司。
[5] 昆明同德广场A6地块商业办公楼结构超限设计可行性论证报告[R].广州：瀚华建筑设计有限公司，2012
[6] 昆明同德广场A6地块商业办公楼结构初步设计说明[R].广州瀚华建筑设计有限公司，2012。
