高银117大厦(图1)位于天津市高新区地块进展项宗旨核心商务区,是一幢以写字楼为主附有旅舍及闭连方法的大型超高层筑立,总筑立面积约37万m2,筑立高度约为597m (至顶部停机坪),共117层(搜罗亡命层、摆设层地上总构造层为126层)。该项目由天津海泰新星房地产开垦有限公司投资开垦,是中国正在筑的屋顶高度最高的筑立物。

塔楼平面为正方形,表形随高度转折,各层周边筑立轮廓跟着斜表立面渐渐变幼,塔楼首层筑立平面尺寸约65m × 65m( 幕墙边) ,渐变至顶层时平面尺寸约45m × 45m。核心混凝土焦点筒为矩形,平面尺寸约37m × 37m,厉重用作高速电梯、摆设用房和供职用房。

塔楼构造高度为584m( 至厉重屋面) ,首层构造宽度为61. 24m( 至巨型柱构造表皮) ,高宽比约9. 5,如图2 所示,大大赶上7 度区楷模[1-3]对B 级高度高宽比限值7 的条件,应超限审查条件[4]正在工程开端安排阶段举办了超限构造专家审查。

因为天津处于中国北方地动高烈度区( 7 度0. 15g) ,且所正在地方笼罩层较厚,地方种别介于Ⅲ~ Ⅳ类之间,特质周期较长,其安排地动力较高,依据楷模条件必需选取更为厉苛的驾驭程序,于是构造抗震安排面对更为厉格的技能条件和前提。

塔楼的构造高度及高宽比使得构造必需抵御很大的地动和风荷载的水准影响,看待超限工程还需知足一系列超楷模的更高程序和工程技能条件。正在杀青业主及筑立师对筑立平立面条件的同时,构造工程师踊跃妥洽各方,从构造满堂计划到构件计划,正在筑立计划及开端安排历程中举办了不竭的索乞降优化,以期正在知足构造满堂刚度的前提下,两全工程经济性与合理性的条件。

3.1 平面计划构造平面结构呈正方形,楷模平面见图3,其尺寸由65m 沿竖向渐渐内收至约45m,构造平面长宽比为1∶ 1。

安排历程中通过与筑立和机电专业的不懈妥洽,最终杀青了却构平面及焦点筒险些双轴对称的体例。钢筋混凝土焦点筒位于构造正中,满堂构造计划端正、对称,为构造满堂抗震及抗风创造了优秀前提。同时通过合理开设构造洞口正在两边向变成连梁,正在包管刚度的前提下创造延性和耗能机造。

为杀青筑立结构并确保构造太平,连接工程经济性充溢阐述钢与混凝土两种资料的上风,看待表框筒挨次探求了几种差异的计划计划。( 1) 密柱构造( 含伸臂桁架和腰桁架巩固层)

该系统看待抗震区400m 以上高层筑立厉重的题目是其刚度难以知足条件,同时正在中国楷模看待表框架举动第二道防地需知足必定的刚度和强度条件下,框架柱截面尺寸较大,柱间净距窄幼,难以知足筑立对大家空间结构及视野的条件。柱总体含钢量偏高,多道伸臂桁架也增添了与焦点筒相连的纷乱水平和造价,并出现刚度突变题目。( 2) 巨型框架和密柱( 人字支柱或菱形撑)

此计划充溢操纵了巨型框架刚度大的特质,但重力由密柱转达至地面层,其截面仍相当大,角部的巨型柱所受的重力不成以平均水准力出现的拉力,仍未能抵达筑立空间计划的条件。( 3) 巨型框架( 含转换桁架和支柱)

本计划将边柱的重力通过机电层的巨型转换桁架转达到两头的巨型角柱,边柱截面得以大大缩幼,筑立空间较为开敞,构造也能够获取更大的抗侧刚度。看待巨型斜撑的计划计划,如采用人字撑及菱形撑,其与水准面夹角过大对刚度孝敬的结果不高。塔楼高宽比对构造满堂刚度的条件迫使采用更为高效的支柱计划式子。过程与业主及筑立师妥洽,除底部节间探求筑立主入口的条件为人字支柱表,其余节间采用交叉撑的式子,彰着降低了却构满堂刚度,最大水平地阐述了构件结果,从而知足了却构抗震及抗风的一系列技能条件。

因为表框架刚度的明显降低乃至正在大局部楼层赶上了钢筋混凝土内筒,领会结果声明,伸臂桁架看待降低构造满堂刚度的影响不彰着,最终予以撤销。

构造最终采用多重构造抗侧力系统,如图4 所示,辞别由钢筋混凝土焦点筒,带有巨型支柱筒、巨型框架组成的周边构造组成了多道设防的构造系统,供给了巨大的侧向刚度,联合抗拒水准地动及风荷载。

巨型支柱与节间次框架之间的联系也是一个较为纷乱的安排题目。因为筑立方面弱化交叉支柱的视觉后果条件,避免斜支柱及边梁柱彼此交叉导致的传力道途不明晰,安排中选取了将斜撑与周边次框架正在平面上错开的计划,两者相对独立,见图5。

次框架各节间约为15 层,其梁柱构造只接受重力影响,与支柱脱开并只与巨型柱铰接,因此截面大幅减幼。针对恐怕的延续倾圯工况,即基层幼柱一朝遭到破损( 如遇爆炸或表部撞击) ,需探求本节间上部构造的太平性并设定合理的传力道途,正在构造上幼柱顶部采用了长圆孔的构造式样( 图6) ,正在柱片面破损前提下能够将梁柱吊住,起到了“保障丝”的影响,以一个单纯的构造降低了却构的稳重性和太平性。

焦点筒从承台面向上伸延至大厦顶层,体会筑立物全高,其平面基础呈正方形,名望居中。如图7所示,底部尺寸约为34m × 32m,跟着旁边两侧墙肢的接踵收进,焦点筒于层67 统统发现正方形,且由此至顶基础变成双轴对称的结构。焦点筒墙肢间楷模连梁高度为700mm,洞口平面漫衍端正、各片墙肢漫衍平均,洞口竖向计划端正、延续、无交织。

塔楼焦点筒采用内含钢骨的型钢混凝土剪力墙构造,并鄙人部采用内嵌钢板的组合钢板剪力墙构造( 图8) 。此系统自北京国贸三期正在国内初次采用后正在超高层筑立中取得了广博的行使[5]。混凝土包裹的钢板墙抗剪强度很高,能够革新寻常混凝土墙的延性题目,同时组合墙体也能够以较幼的墙身厚度知足轴压比的条件[6]。混凝土的刚度大,耐火机能优秀,初始造价和后期维持的用度都较低,组合墙体的采用降低了构件抗压、抗剪承载力,有用消浸构造自重及地动质料。

正在计划安排查究阶段曾探求将顶部局部楼层采用钢支柱的计划,因为构造满堂刚度目标,非常是剪重比和刚重比的厉苛驾驭,极点舒坦度也已挨近限值,采用钢支柱内筒虽可淘汰局部自重,但总体机能目标较难知足,最终未采用。

焦点筒周边墙体厚度由1 400mm 从下至上慢慢平均收进至顶部300mm; 筒内厉重墙体厚度则由600mm 渐渐内收至300mm。墙体内的钢板计划由底部的两块35mm 厚钢板到约层32 处的单块25mm厚钢板。因为构造顶部受罕遇地动非常是鞭梢效应的影响,以及杀青筑立顶部效力条件,巨型斜撑正在顶部区段收停及顶部转换桁架的影响,剪力墙内力出现突变,于是正在顶部楼层焦点筒厉重墙体也嵌入了钢板或钢支柱,以包管其抗剪和抗变形的才气。

焦点筒对构造满堂刚度影响彰着次于表框筒,且其名望居中,但却成为构造自重的厉重原因。安排历程中连接满堂各项刚度目标举办了领会,譬喻受极点加快率驾驭,顶部局部截面并不宜大幅收进,但其过大的重量又对构造满堂抗震晦气,因此奈何适可而止地驾驭并收进截面尺寸成为斗劲微妙的题目。焦点筒中上部墙体,正在角部及长墙端优等重心部位埋设实腹式型钢暗柱,降低了却构构件的承载力和延性。

巨型柱位于筑立物平面四角并体会至构造顶部,正在各区段辞别与水准杆、转换桁架及巨型斜撑相连。其平面轮廓连接筑立及构造构造相连条件,呈六边菱形,底部截面面积约为45m2,沿高度并配合筑立条件分多段内收,表侧平齐,顶部楼层面积约为5. 4m2,见表1。

巨型角柱探求与转换桁架及巨型斜撑相连,其安排也过程了不竭的演化,非常是对型钢混凝土柱和钢管混凝土柱之间举办了各方面的比对,量度利弊。因为截面尺寸大,依据闭连试验结论,柱内各独处的钢骨间必需选取全高的强相连式样,避免映现雷同格构柱的离别式的计划,确保柱的满堂延性[7]。这一条件客观上变成紧闭式钢管的构造,其表部再由混凝土包裹,此构造既不行避免大尺寸钢管混凝土构件加工的纷乱性,又面对豪爽箍筋绑扎变成的纷乱构造以及模板支护等工序和所需工夫。跟着国内大尺寸钢管混凝土柱正在构件加工及施工阅历的渐渐成熟,最终探求将钢板正在周边表置,内部钢板依据构造条件彼此相连,独立朋分,如图9 所示,变成了多腔体的6 边形钢管混凝土组合构件,获取强盛的拉压弯及抗剪扭承载力,以抗拒竖向荷载及风、地动等侧向荷载影响。

巨型柱非节点区满堂含钢率约为4% ~ 6% ,钢材采用Q345GJ( 或Q390GJ) 。由底至顶内填高强混凝土,强度C70 ~ C50。各腔体内布设钢筋,其主筋满堂配筋率约为0. 5% ~ 0. 8% ,正在降低构件强度的同时,有用消浸混凝土裁减徐变出现的晦气影响。正在各腔体内侧对称布设纵向内肋板,并用水准拉结钢筋相连,管束钢板面表屈曲。

巨型柱内各腔体钢管和混凝土之间的彼此影响使钢管内部混凝土的破损由脆性破损转移为塑性破损,钢管内部的混凝土又能够有用地防守钢管产生片面屈曲,因此构件的延性机能彰着革新,耗能才气大大降低,拥有优良的抗震机能。正在轴压比驾驭前提下,可有用减幼截面尺寸,消浸构造自重; 钢管柱构件自成模板,便于施工,可加疾施工进度。

巨型柱构造安排,归纳平均了筑立结构、构造满堂刚度、构件受力机能、节点相连、工程造价、创造加工、施工可行性等各方面的条件,抵达最优的归纳经济技能机能。

巨型斜撑筑树于大厦四边的笔直立面上,采用焊接箱形钢截面并与巨型柱相连。如前所述,巨型斜撑与边梁柱彼此脱开,受力明晰,简化了节点构造。通过楼面系统筑树水准支柱,对其面表里举办管束,消浸估计长度,确保其与构造满堂妥洽变形。

转换桁架( 巨型腰桁架) 配合筑立及机电专业亡命及摆设层由5 组单层桁架和3 组双层桁架瓜代计划,沿塔楼每12 ~ 15 层平均漫衍,接受其间隔楼层竖向荷载并将其转换至角柱,并与四角的巨型柱联合影响,供给局部抗侧刚度,增添大厦的抗扭机能。正在罕遇地动下,转换桁架将成为防守楼面片面倾圯、确保太平的紧张构件,正在安排时,探求大跨构造竖向地动影响,降低其机能化安排水准至大震不折服。

塔楼焦点筒表,楼面梁采用了常见的组合楼板系统,跨度6 ~ 13m,两头铰接,钢梁楷模间距为3m,归纳探求板跨、层高、荷载、舒坦度、筑立隔音等成分,楼板厚度办公楼层120mm、客店楼层130mm。为消浸构造自重并便于节点施工,焦点筒内亦采用了组合楼板系统,寻常楼板厚度为120mm。

为确保水准剪力正在焦点筒与表框架、主塔楼与裙楼间以及主体构造和构造大底盘之间的牢靠转达,对楼层楼板内力转达,正在楼板厚度及相应楼面构造上通过加设水准支柱对其举办了巩固经管,巩固层( 转换桁架所正在楼层) 、主塔楼内裙楼屋面层上下各一层、裙楼屋面、首层及嵌固层楼板厚度为200 ~300mm。

为避免混凝土梁与焦点筒内钢骨相连出现的纷乱节点构造,消浸构造自重,塔楼焦点筒内及地下室楼面梁也采用了组合楼板系统。

因为构造超限较多,依照机能化安排的思思,过程与超限审查专家组的多次商榷,鲜了然构造满堂和各构件抗震目的,见表2。抗震机能目的切实定,经与弹塑性时程领会结果比较,通过驾驭焦点筒连梁正在罕遇地动影响下最早进入塑性,同时确保巨型柱和转换桁架两个最紧张的构造构件正在大震下的相应机能,杀青了满堂构造具备多道设防和耗能机造的安排规则。