某超高层结构方案优化设计

摘要

天津某超高层建筑塔楼75层，屋面高度330m。采用“钢管混凝土柱框架+核心钢板剪力墙体系+外伸刚臂抗侧力体系”的结构体系，其中钢板剪力墙(SteelPlate Shear wall)作为抗侧力体系的重要组成部分，在我国高层建筑中应用较少，我国规范也未规定此体系的高度限制值。但是国内外的试验和国外钢板剪力墙高层建筑在地震中的表现都显示钢板剪力墙具有优良的性能。本文以其作为工程背景。通过建立不同的分析模型与原楼钢板剪力墙体系进行受力性能与经济效应的比较分析，主要研究内容与成果如下：
　　 采用ETABS对该超高层建筑建立了五个分析计算模型。分别为原楼钢板剪力墙模型、混合结构模型一、混合结构模型二、钢管混凝土柱框架－支撑模型、螺旋支撑外筒模型。模型中结构构件的几何尺寸与结构图相符。根据规范要求进行荷载组合，包括主要方向的地震作用和风荷载。
　　 对各结构方案进行弹性计算分析，按照规范要求针对振型信息、结构位移、最小地震剪力、框架承担剪力比例、结构抗扭、层刚度等性能指标进行具体的分析探讨，结果表明各模型弹性性能指标均符合相关规范要求。
　　 对各结构方案7度常遇地震作用下的性能和经济效应做了对比分析，结果表明：(1)钢板剪力墙体系性能优越，其抗侧刚度远大于支撑结构体系，且结构自重远小于高强钢筋混凝土结构；(2)在外围框架上增设大型斜撑可以有效提高结构整体刚度；(3)在超高层建筑中使用单一的钢框架－支撑结构体系并不合理；(4)螺旋斜撑外筒体系具有良好的承重能力和抗侧性能。