闻家明 吴文筠
深圳市前海人才乐居有限公司，广东 深圳 518000
摘要：深圳某超高层公寓项目为超B级高度的超限高层建筑，塔楼采用钢管混凝土柱钢梁框架—钢筋混凝土剪力墙结构体系。原结构设计钢筋混凝土筒体内有较多的型钢及钢板，钢梁与混凝土筒体连接采用刚接，含钢量较大，施工难度较高。通过抗侧刚度敏感度分析，提出避难层增设混凝土大梁及钢斜撑的方法，同时取消钢筋混凝土筒体内型钢及钢板，将钢梁与钢筋混凝土筒体连接方式改为铰接，减小含钢量并提高施工的方便性，且满足规范相关要求。
关键词：钢管混凝土柱钢梁框架—钢筋混凝土剪力墙 结构优化 敏感度分析；
1 工程概况
本工程包含两栋结构高度179.6m，53层塔楼及三层地下室，1~2层为商业，3~53层为公寓标准层，14、27、40层为避难层。二层通过钢连桥相连接，地下部分连成整体。塔楼采用钢管混凝土柱+钢梁框架—钢筋混凝土剪力墙结构。项目抗震设防烈度为7度(0.1g)，场地类别为Ⅱ类，抗震设防类别为丙类，抗震性能目标为C级。塔楼采用灌注桩基础。存在扭转不规则、凹凸不规则、竖向构件间断、局部不规则等不规则项，属于超B级高度的超限高层建筑。
2 结构设计优化目标
此前结构设计标准层平面图如图1所示。结构设计存在以下几点问题：（1）原结构设计用钢量超过200 kg/m2，含钢量较大；（2）钢筋混凝土筒体内有较多的型钢及钢板，钢梁与钢筋混凝土筒体连接采用刚接，施工较为困难。针对以上问题，提出结构设计优化目标如下：（1）减小含钢量；（2）取消钢筋混凝土筒体内的型钢及钢板；（3）提高施工的方便性；（4）尽量减少对原建筑功能与美观的影响。
3结构优化措施
（1）为方便施工，取消钢筋混凝土筒体内的型钢及钢板，钢梁与钢筋混凝土筒体连接采用铰接。（2）在14F、27F、40F避难层及屋顶层增加连接混凝土核心筒的混凝土大梁，在避难层外围增加钢斜撑，提高结构侧向刚度。（3）侧向刚度提高后，优化梁柱截面尺寸，减少含钢量。（4）优化结构布置，取消部分钢梁，局部悬挑钢梁改为钢筋混凝土梁。
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图1 塔楼标准层平面布置图
4抗侧刚度敏感度分析
取消钢筋混凝土筒体内的型钢及钢板，钢梁与钢筋混凝土筒体连接采用铰接时，结构刚度不足。为满足位移角要求，采取避难层（14F、27F、40F）及屋顶增设大梁、避难层增设钢斜撑等措施以提高抗侧刚度，在刚度满足规范要求的前提下，适当减少梁柱截面尺寸。截取结构优化模型如下图2所示。
在保证结构安全性的同时尽量节省造价，使项目效益最大化，针对避难层及屋顶增设大梁、斜撑等措施进行了敏感度分析。
（1）三个避难层与屋顶增加钢筋混凝土大梁对结构整体刚度影响进行敏感度分析；避难层层高4.1m，增设混凝土大梁梁高3.8m，四周剪力墙通过混凝土大梁连接起来，形成有效抗侧整体。
（2）三个避难层增加钢斜撑对结构整体刚度影响进行敏感度分析。采用X型钢斜撑，在结构外围增加。
（3）针对避难层斜撑位置、斜撑截面、斜撑尺寸，进行结构整体刚度影响的敏感度分析。
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图2 塔楼结构优化模型图
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由表1可看出，在避难层与屋顶增设混凝土大梁对结构整体刚度均有所增加，其中27F、屋顶增设大梁效果较为明显，三个避难层与屋顶全部增加钢筋混凝土大梁可使结构整体刚度提升26.97%。在避难层外围增加X型钢斜撑均可提升结构整体刚度。三个避难层全部增设钢斜撑可使结构整体刚度提升10.35%。同时增设混凝土大梁及钢斜撑，侧向刚度总计较原设计提升37.32%。
针对避难层钢斜撑的不同位置、截面及尺寸，亦进行结构整体刚度影响的敏感度分析。可得出如下结论：斜撑截面形式采用箱型，截面高度采用600mm，截面厚度采用20mm时，其效率最大，即每增长单位造价其位移角减小量达到最大，由此确定设置斜撑的方案。
综上所述，最终抗侧刚度加强方案为：三个避难层和屋顶层均增设混凝土大梁以及避难层结构外围增加X型钢斜撑。
5 结论
在满足建筑使用功能前提下，采用避难层和屋顶层加设混凝土大梁、避难层增加钢斜撑、取消筒体内型钢、优化梁柱截面尺寸、优化结构布置，将局部悬挑钢梁改为钢筋混凝土梁等措施后，双塔含钢量减小约3500t；将钢梁与钢筋混凝土筒体连接方式改为铰接，也提高了施工的方便性。优化后的结构设计通过了超限审查，各项结构性能指标满足结构规范的要求。
参考文献：
[1] 魏琏《深圳超限高层建筑工程设计及实例》中国建筑工业出版社