1 工程概况

天津恒富大厦超高层项目位于天津市塘沽区，占地面积约1.2万m²，地下为4层车库，地上为集办公、酒店和公寓为一体的94层塔楼，项目总建筑面积约28.7万m²。塔楼顶部为带天线的钢结构造型，建筑总高度为468m。项目场地土类型为软弱土，属IV类场地。塔楼建筑安全等级为一级，设计使用年限为50年，建筑抗震设防分类为重点设防类（乙类），建筑抗震设防烈度为7度，基本地震加速度为0.15g，设计地震分组为第二组。50年重现期基本风压为0.55kN/m²。

塔楼具有以下三大特点，需在设计结构体系过程中予以全面考虑：1）超高层：塔楼结构主屋面高396.5m，高宽比达8.2，使满足整体抗侧刚度要求成为选择结构体系的重要控制因素。2）多功能用途：塔楼集办公、酒店和公寓为一体，不同功能区域对内部布局和立面效果有着不同的要求，结构体系需要与之密切配合。3）体型收进:塔楼建筑体型沿高度有四次收进，其中西立面两次收进，东立面和北立面各一次收进，其中57~77层酒店区和78~92层公寓区的两次收进尺度较大，导致塔楼上部被削弱，特别是南北向形成了一定的鞭梢效应，使上部刚度的控制、受力集中位置的处理等成为设计难点。塔楼平立面变化示意如图1所示。

（a）7~28层办公区平面图

（b）29~39层办公区平面图

（c）40~56层办公区平面图

（d）57~77层酒店区平面图

（e）78~92层公寓区平面图

图1 塔楼立面及平面变化示意图

2 结构体系

结合塔楼特点，经对多个方案的结构体系进行研究后，采用了以框架–核心筒结合加强层和巨型斜撑为主要抗侧体系的钢–混凝土混合结构，见图2。因核心筒沿高度三次收进，形成图3所示的不同核心筒尺寸：底部为25m×34m，中部减小至14m×34m，顶部减小至14m×21m。剪力墙底部最大厚度为1600mm，顶部减至400mm。腰桁架采用在外框架柱间布置钢斜撑的形式，在7个避难层及顶层设备层布置环腰桁架。考虑了结构效能、建筑效果等多方面因素后，外框架采用钢管混凝土柱和钢梁形式。为提高结构效能，57层以下采用圆形钢管混凝土；为了有利于房间布置，57层以上采用方钢管混凝土柱。为保证立面收进后的抗侧刚度，对上部柱进行加密，在57层（避难层）布置转换桁架来实现疏密柱之间的过渡，该层转换桁架同时也是腰桁架。

由于57层及以上塔楼体型收进最为严重，为提高上部结构的抗侧刚度，从而控制变形指标和顶部风舒适度指标，一方面利用塔楼功能的变化，在酒店区和公寓区布置密柱；另一方面利用75层避难层设置4榀沿南北向的伸臂桁架。为提高稀柱区框架承担的地震剪力，达到二道抗震防线的目的，在塔楼东西两侧框架平面内布置巨型钢斜撑。为减小对建筑使用的影响，巨撑仅布置在57层以下区域，包括大堂、办公及部分设备楼层。

左：核心筒 中：外框架（框架梁未显示） 右：腰桁架/伸臂桁架/巨型斜撑

图2 结构抗侧体系示意图

左：28层以下办公区核心筒 右：29~56层办公区核心筒

左：57~77层酒店区核心筒 右：78~92层公寓区核心筒

图3 核心筒平面布置

3 主要抗震措施和构造要点

　　本项目塔楼主要超限内容包括高度和高宽比超限，以及由于加强层的布置导致局部侧向刚度不规则及受剪承载力突变。除超限之外，结构受力的不利之处在于因收进位置的刚度突变导致核心筒及框架柱均存在局部受力集中和抗侧力构件侧向传力不连续等问题。

针对上述不利因素，设计中采取了以下主要的抗震及构造措施：1）为提高核心筒的强度和延性，墙体内适当布置型钢；核心筒收进位置局部布置钢板，以提高关键和薄弱位置墙体的抗剪承载力。核心筒墙体抗震等级由原来的一级提高至特一级。2）由于核心筒在中部收进较大，为缓和塔楼高区和低区之间的刚度差异，并增加结构抗震耗能能力，在塔楼中下部区域，于核心筒内部南北向的墙体上增设了洞口，并布置连梁。3）剪力墙和框架柱的变截面位置通常选择在收进楼层往上2~3层处，以缓和收进位置的刚度突变及受力集中。4）为提高收进区域的延性，收进位置往上两层墙柱配钢率适当加大，抗震性能目标适当提高，收进区域柱抗震等级由原来的一级提高至特一级。5）东西两侧巨型斜撑由于立面收进不在同一个立面内，通过将退台位置楼板适当加厚并布置水平钢支撑来传递巨型斜撑之间形成的水平剪力，见图4。6）为保持巨型斜撑的连续性，斜撑采用工字形截面，与中柱的连接节点采用斜撑贯通于柱的形式。7）伸臂桁架构造形式见图5，每榀伸臂桁架均与核心筒转角或T形节点相连，并贯通于整个核心筒。为释放框、筒变形不一致所产生的桁架内力，伸臂与柱之间采取后连接的施工措施，要求合拢时间为塔楼封顶之后。8）与伸臂桁架相连楼层的楼板适当加厚，并在伸臂桁架节点附近对楼板采取钢筋加强措施。本项目已通过全国超限高层建筑工程抗震设防专项审查，审查结果认为结构体系可行、抗震性能目标基本合理。

图4 退台水平钢支撑示意图

图5 伸臂桁架构造示意图

4 结构分析

基本假定：1）嵌固位置：地下室顶板作为嵌固层；2）楼板模拟：加强层（包括腰桁架层或伸臂桁架层）上下层楼板及大开洞楼层楼板采用弹性膜，其余标准层无过大洞口时均整层采用刚性膜；3）钢梁节点连接方式：框架柱之间的框架梁两端刚接，框架柱与核心筒之间框架梁两端铰接；4）顶部钢结构模拟：将顶部钢结构反映到整体模型中，以模拟其刚度、重量及风荷载对主体结构的影响。采用ETABS作为主要分析软件，采用MIDAS为辅助分析软件。ETABS和MIDAS计算的结构前3阶周期和振型均比较接近。层间位移角较大的位置在上部，即核心筒收进之后的酒店和公寓区。

　　本项目的建筑特点主要为体型收进，由下部的双排柱变为中高区的单排柱，核心筒也随之收进，层间位移角的最大位置发生在中高区。因此在中高区引入伸臂桁架，增加塔楼抗侧刚度。一般结构竖向变形规律为外框架竖向变形先变大后变小，结构最大竖向变形发生在中高区，内筒的变形规律与外框架类似，因此结构最大变形处恰好是伸臂桁架所在位置。伸臂桁架在竖向荷载作用下的合拢时机与施工过程分析紧密相关，合理的合拢时间能最大化地释放在竖向荷载作用下伸臂的内力，使得伸臂桁架成为抗侧力体系中最有效的构件。

　　应用LS-DYNA通用显式有限元动力软件对塔楼进行弹塑性时程分析。图5为工程主要构件损伤指标。由图5可知，由于损伤核心筒、连梁普遍发生屈服，形成弯曲塑性铰耗能，达到了耗能设计意图，且绝大多数梁的塑性铰都在可运行和生命安全范围内；框架柱在加强层上下附近层个别位置出现轻微压弯塑性铰，除少数几处角柱进入生命安全状态外，主要结构外框架柱均保持完好；外框架梁仅在局部位置出现弯曲塑性铰，破坏程度多为可运行；外腰桁架、伸臂桁架、上部酒店区钢结构及其柱的转换桁架中的钢支撑有少部分发生受压屈曲和受拉屈服，均达到了预定抗震性能目标。

(a)外框架(b)核心筒(c)结构主梁(d)巨型斜撑/腰桁架/伸臂桁架

图5 主要构件损伤指标

更多内容详见2014年第24期《转自：建筑结构-公众号》杂志文章：《天津某体型收进超高层项目结构设计》，作者：姚建锋，侯悦琪，吴仕超，刘钢（奥雅纳工程顾问）。

以上内容为本刊编辑整理，并已申请原创，未经本刊及作者授权，严禁转载，违者必究！

==============================

《转自：建筑结构-公众号》杂志

1）受相关会议组委会委托，《转自：建筑结构-公众号》杂志社协助组织国内的专业人士参加2015年国际上三个重量级的学术会议：国际薄壳结构与空间结构大会（IASS 2015，荷兰，8月）、第五届世界结构工程大会（SEWC 2015，新加坡，10月）、世界高层都市建筑学会大会（CTBUH 2015，美国，10月）。有意参加者请发姓名、单位、职务、手机、email至178414288@qq.com，以便我们初步预估参会人员规模，后续也将把更新、更详细的会议日程和活动日程发给您。咨询电话：010-68362261；手机：18500192668。点击此处查看详情

2）2015年5月13-15日，西安：新版《钢结构设计规范》详解高级研讨班。主讲人：王立军（中冶京诚工程技术有限公司结构总工，博士、教授级高级工程师，新版《钢规》主编）；童根树（浙江大学教授，博士生导师，新版《钢规》、《高钢规》主要编制人之一）。咨询电话：010-57369042，18610687469。

3）2015年5月21-23日，上海：设计企业管理高级研修班——从“设计”到“管理”ver3.0版。讲师：季征宇（悉地国际（CCDI）副总裁）。咨询电话：010-57368783，15801601545。

活动详情可点击左下角转自：建筑结构-公众号或返回上页点击最新活动查看详情。

==============================

官网：www.buildingstructure.cn。；。