津湾广场9号楼超限高层结构方案设计

津湾广场9号楼超限高层结构方案设计

2014-01-28 点右侧加我 《建筑结构》杂志

1 工程概况

津湾广场9号楼位于天津市和平区赤峰路、解放北路、哈尔滨路、合江路交汇处，建筑占地面积约

13250m2，主要功能包括综合商业区、商务办公区，总建筑面积210500m2，主塔楼占地约4600m2，

平面尺寸为50.1m×50.1m，地下4层，地上70层，建筑面积约为150000m2，总建筑高度299.65m，

为超限高层建筑。主楼在第8层、35层、53层设置整层避难层，在个别楼层设置避难区。建筑效果如图

1所示，建筑功能分布如图2所示。

图1 津湾广场9号楼建筑效果图

图2 建筑使用功能分布图

本文主要从初步方案、深化方案、最终方案三个阶段介绍了该建筑结构的主要形成过程。

2 第一阶段：初步方案

2.1 建筑方案及特点

建筑典型平面布置如图3~5所示。此工程在建筑方面主要有以下特点：1）第4层及以下柱距很

大，如图6所示。图6中椭圆范围要求为无柱空间，结构局部柱距达到了22.5m。2）建筑在高区存在多

次立面收进，如图7所示。3）建筑使用功能为高档办公、高档酒店式公寓及高档酒店，对室内空间及对

外视线的要求很高。

图3 第8层及以下建筑平面示意图

图4 第9~53层建筑平面示意图

图5 第60~63层建筑平面示意图

图6 裙房商业功能需要布置的无柱空间示意图

图7 建筑高区立面收进

2.2 初步结构方案

本院提出的结构方案，充分利用建筑方案本身具备的核心筒和规整而较密的外柱，同时采用钢筋混凝

土核心筒与钢管混凝土柱钢框架组成的抗侧力体系。结构基本体系简图如图8所示。

图8 结构基本体系简图

由于建筑底部几层需要大柱距，因此利用转换层完成稀柱至密柱的过渡，以满足底部大柱距的要求，

如图9~11所示。

图9 利用转换层完成稀柱至密柱的过渡

图10 第8层巨柱及转换桁架布置图

图11 第9层框架柱布置平面图

对建筑上部的收进，提出了在刚性桁架转换层加吊柱的解决方案。结构布置和体系示意如图12所

示。

图12 吊柱在结构中的布置

顾问公司提出的方案是由核心筒、巨型框架以及伸臂桁架共同形成抗侧力体系。巨型框架柱采用钢管

混凝土柱，次框架柱采用工字钢，其结构体系剖面如图13所示。

图13 结构顾问方提出的结构体系剖面图

2.3 业主意见

业主认为这两个结构方案各有特点，但还需针对其提出的问题对各自的方案进行完善，而后再进行进

一步讨论。

3 第二阶段：深化方案

3.1 对下部转换桁架的调整

对于稀柱转密柱的转换桁架，原方案设置在第5层。考虑到建筑方案的避难层位于第11层，而立

面的第一次收进位于第9层，将转换设置在第8层；考虑到上部层数多，荷载大，故没有采用斜柱，而是

采用双榀桁架进行垂直转换。建筑第5~7层不需要大柱跨的部位，可在转换桁架下悬吊密柱。具体的调整

如图14~17所示。

图14 调整思路示意图

图15 调整后的转换桁架示意图

图16 调整后的转换桁架细节示意

图17 巨柱上托两密柱示意

3.2 对上部悬吊桁架的调整

关于上部的悬吊桁架，我院的调整思路如图18所示，调整后的悬吊部分结构布置如图19所示。

图18 上部悬吊桁架调整思路

图19 调整后的悬吊部分结构布置

为增加悬吊部分可靠度，在悬吊桁架上方增设直径为250mm的钢棒作为吊杆，悬吊桁架细部如

图20所示。后将吊杆改为350mm×350mm的方钢管，可以同时满足抗拉和抗压要求。

图20 悬吊桁架细部布置

3.3 业主的最终意见

在2012年2月7日业主召开的结构方案讨论会上，顾问公司介绍了他们对于结构方案的调整。

原方案是每8层设置一个伸臂桁架，调整后改为只在避难层中设置伸臂带状桁架。调整后的结构布置如图

21所示。但我院方案结构地上部分钢材用量约为142kg/m2，顾问公司的钢材用量约为156kg/m2。业

主最终决定采用我院结构方案。

图21 顾问方调整后的结构方案

3.4 第一次超限审查及专家意见

2012年5月22日，本工程进行了第一次超限高层抗震设防审查会。与会专家认为总体结构方案可

行，弹性计算指标均满足要求，并提出以下几点意见：1）结构存在多处转换，应进行竖向地震时程分析；

2）结构第8层转换桁架建议进行进一步分析，角柱宜适当加强。另外，宜采取措施尽量避免二次转换；3）

建议在避难层内利用斜柱完成第53层的角部收进；4）结构顶部剪力墙布置不对称，且削弱较多，建议考

虑防止高区侧向位移突然增大的措施；5）建议增加45°角的斜向地震验算；6）上部结构梁截面为

300×700，建议考虑加大梁截面尺寸，从而增大此部分结构的抗侧刚度；7）对相关计算参数进行确定，

对IO，LS，CP等性能指标进行解释，风荷载按新高规确定即可；8）存在局部楼板大开洞，应进行分析；

9）基础底板考虑是否可以减薄；10）巨柱在两侧不对称桁架作用下偏心较大，应对巨柱的构造和优化进

行细致工作。

4 第三阶段：最终方案

4.1 建筑使用功能的重大调整

就在准备第二次超限审查时，津湾广场9号楼的使用功能有了重大调整。调整后第5层及以上，除

避难层外，建筑的使用功能全部改为办公，而建筑高度及立面情况基本没有变化。调整后的建筑剖面图如

图22所示。

图22 建筑剖面图

4.2 结构方案的重新调整

从建筑方案的变化看结构方案，原结构体系仍成立。但结构上部的悬吊桁架部分，原来这样处理的目

的是为了满足高档酒店对室内空间的高要求。现在建筑功能改为办公，对室内空间的要求相对低一些，斜

柱转换就成了传力更直接、施工更方便的最佳选择方案。

因此，建筑上部的立面收进，在结构上由“悬吊”式改为由斜柱完成的“承托”式。另外，在第57，58

层平面内收较大、不适合采用斜柱转换的部位，设置转换腰桁架，以承托上部楼层的立柱。调整后的结构

方案，各收进处的斜柱处理如图23~26所示，位于第58层的转换桁架如图27所示。

图23 第50，51层斜柱示意图

图24 第53层斜柱示意图

图25 第57层斜柱示意图

图26 第63层斜柱示意图

图27 第58层转换桁架示意图

经计算分析，结构的周期、位移、刚度比、轴压比、承载力、风振舒适度等主要指标均满足规范的相

应要求，之后对结构的抗震性能目标进行了细化。

4.3 后续超限审查过程及结果

2012年10月23日，因为建筑功能发生变化，本工程进行了第二次超限高层抗震设防审查。审查专

家一致认为此结构方案布置简捷、传力明确，结构性能指标设置合理；2012年12月7日，在津湾广场9

号楼的第三次抗震超限审查会上，与会专家对结构方案和进行的计算分析工作一致认可，对本工程给出了

“通过”的审查意见。至此，津湾广场9号楼300m超限高层的结构方案设计工作圆满完成。