超高层办公楼斜柱转换结构的设计分析

超高层办公楼斜柱转换结构的设计分析

发表时间：2019-08-05T16:41:11.173Z 来源：《基层建设》2019年第15期作者：陈斌

[导读] 摘要：随着社会经济的发展，大型、超大型的办公写字楼越来越多，建筑师不仅对办公楼建筑功能使用及合理性有追求，对办公楼的空间、净高以及景观视线等等都在不断的提出更高水准的需求，为了满足建筑师对建筑使用空间的追求，出现了越来越多的大跨度、大悬挑、大转换等复杂的结构，这些结构设计对结构工程师来说带来了巨大的挑战。

广州宝贤华瀚建筑工程设计有限公司 510095

摘要：随着社会经济的发展，大型、超大型的办公写字楼越来越多，建筑师不仅对办公楼建筑功能使用及合理性有追求，对办公楼的空间、净高以及景观视线等等都在不断的提出更高水准的需求，为了满足建筑师对建筑使用空间的追求，出现了越来越多的大跨度、大悬挑、大转换等复杂的结构，这些结构设计对结构工程师来说带来了巨大的挑战。结构工程师要保证安全、可靠的前提下，采取合理的结构方案，既能满足建筑功能，又要保证结构的经济性，这就需要结构工程师在对复杂结构的设计时，进行多种结构方案的分析对比，从而拿出相对较优的结构方案。本篇文章将结合实际工程对超高层转换结构进行设计分析。

关键词：结构设计；超高层；转换结构

前言：目前，在我国经济发达的城市兴建了越来越多的超高层办公楼，建筑师对建筑物本身的外立面、平面功能布局、空间利用率等建筑的价值追求越来越高。超高层建筑的功能分区大多数标准层为办公或酒店，底部几层是大型商业，地下室为停车库及设备用房。底部大型商业往往对空间的需求是最高的，建筑师最希望建筑物的商业价值能发挥最大，因此结构工程师就要配合建筑师做一些结构布置的优化与调整，采取一些方法（例如转换结构），使得底部商业的空间满足建筑师的要求。

1.工程项目概况：

某超高层办公楼位于广州国际金融城起步区内。地块总建筑面积约10万㎡。项目是集甲级办公、商业等多功能于一体的综合体。地块主塔楼为一幢三十一层的办公楼，底部五层为商业裙房，与塔楼相接，其中首层~三层商业均设置骑楼连廊，与相邻地块连接。首层层高5.0米，二~四层商业层高4.5米，五层层高5.0米，办公标准层层高4.15米，其中十二层避难层层高4.15米，二十四层避难层层高5.1米，屋面构架高度6.4米，建筑结构总高度 138.75米。地下室共四层，主要功能为地下商业及停车库、设备用房。

2.底部商业骑楼的竖向构件转换：

2.1 根据金融城的规则要求，塔楼东面首~二层设计为骑楼及连廊，建筑立面效果分级收进，按照建筑方案设计主体塔楼东面整排外筒框柱需要在底部进行转换，如下图2.1所示：

图2.1

2.2 结构工程师根据建筑师的需求，对转换形式进行了三种结构方案的比选：（1）斜柱转换（2）斜撑转换（3）水平转换，如下图2.2所示：

（1）斜柱转换（2）斜撑（3）水平转换

图2.2

上述的三种结构方案，在进行整体电算后，结构的整体计算结果指标如下表2.3所示：

表2.3

由上述计算结果可知，在同等条件下，斜柱转换方案的竖向构件传力过渡性相对较好，竖向刚度连续，结构整体位移指标好，而斜撑转换、水平转换在层间刚度比及层间受剪承载力这两项指标都存在不同程度的突变，对结构不利。

2.3 经济性的指标分析对比，如下表2.4所示：

表2.4

图3.1

2.4 综上对比，斜柱的结构方案，虽然经济性比斜撑方案略差，但对于整体结构而言，斜柱方案传力途径更高效合理，结构的整体位移指标也相对较好，但斜柱方案也有缺点，由于利用三层~五层的斜柱过渡，此三层的建筑使用空间会受到一定程度的影响，在综合考虑建筑师及业主的意见及建议后，决定采用斜柱转换方案为最终的结构实施方案。

3.斜柱转换结构的内力计算分析：

3.1 斜柱框架：于是框筒结构，且在底部3~5层，柱子轴力较大，单柱轴力在32000~35000KN之间，对斜柱框架结构的内力在水平方向的分量计算分析就比较重要。现采取考虑楼板作用（弹性板）与不考虑楼板作用两种计算方式，在综合包络恒+活组合、小震作用组合、中震作用组合这三种工况下分析斜柱的框架内力，计算结果如下图3.1所示：

根据计算分析结果，三层与斜柱相连的水平框架梁产生轴向拉力，轴向拉力较大，四层与斜柱相连的框架梁产生的轴向拉力较小，五层与斜柱相连的框架梁则未产生轴向拉力。考虑楼板作用与不考虑楼板作用这两种计算方式，轴向力有明显的区别，说明楼板的贡献比较大，针对此情况，在设计斜柱框架的时候，偏于安全的按照不考虑楼板传力作用，对斜柱及其连接的水平框架梁进行设计，水平框架梁按照轴心受拉和偏心受拉两种受力情形进行受拉、拉弯承载力计算，并对轴心受拉进行的正常使用状况下的裂缝验算，保证水平框架梁在正常使用状况下满足裂缝宽度的要求。详细斜柱框架构件内力及截面配筋详下表3.1.2~3所示：（以三层为例）

表3.1.2

表3.1.3

图3.2.1