退台式收进体型超高层建筑结构设计分析

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　　摘    要：伴随着我国经济的迅猛发展，建筑行业也随之成长。现阶段的房屋设计中，会出现各种各样的要求，除了要保证建筑房屋的立体造型，还要保障其使用功能。近年来出现的退台式建筑就很好的满足这两种要求，本文主要阐述了退台式收进体型超高层建筑结构设计的来源及使用优势，并着重分析了内部的结构设计。
　　关键词：退台式;收进体型;超高层建筑
　　1  引言
　　现阶段的退台式收进体型超高层建筑结构能够丰富建筑的外形，还能满足用户的日照需求。有优势但也有劣势，将收进体型运用于超高建筑群体中会出现内部重心偏移、刚度变化等问题，由于这类问题还会出现连带问题，因此在设计环节要着重解决这类状况。
　　2  退台式收进体型超高层建筑结构概述
　　2.1  退台式收进体型超高层建筑结构的来源
　　随着城市现代化的发展，超高层建筑层出不穷。一般常见的退台式收进体型超高层建筑结构呈锥形体，其设计理念来自美国纽约。在有限的街道两侧出现了越来越多的建筑物，为了合理分配土地资源就出现了高层建筑物。随高层建筑物的密度增加，底部的地区常处于阴暗的状态。为了改变这一现状便出现了退台式收进体型超高层建筑结构，不但缩小了高层区的平面面积，还能减少其遮挡日照的范围。较为出名的退台式收进体型超高层建筑结构有纽约日报大厦、帝国大厦等建筑物。
　　2.2  退臺式收进体型超高层建筑结构的优势
　　从实际建设出的退台式收进体型超高层建筑结构可以看出，最顶部的建筑面积逐渐减小，一定程度上减小了超高层顶端结构的重量，能够有效提高建筑的稳定性能。退台式收进结构的超高层建筑的表面变化，能够降低高层受风力而产生的内力。
　　2.3  退台式收进体型超高层建筑结构设计的现存问题
　　由于退台式收进体型的超高层建筑的外部结构是不连续的，呈台阶型，使得外圈的竖向结构中的框架结构的关联性弱。超高层平面建筑面积减小，使得核心筒的面积也要减小，为了保障其安全性能，相关结构也要适当的采取收进方式。一定程度上给实际建设带来了难度。退台结构的区域会出现抗侧刚度不到位的情况，伴随着出现整体刚度突变的问题，进一步导致抗震能力不理想。
　　3  退台式收进体型超高层建筑结构设计分析
　　3.1  外框结构收进方式
　　3.1.1  常见外框结构收进方式
　　一般情况下，建筑立面出现退台式的结构会导致外圈竖向结构不关联。为了解决这一问题，在设计阶段会适当的调整内部的结构状态。常运用到的方式有双柱、斜柱、转换结构、搭接柱、悬挑梁这五种解决方案。
　　首先第一种设计方案为双柱方案就是指在退台结构及下层的平面上，选择安装两排立柱，外圈的立柱能与基础底板直接连接。这种方式能有效地解决竖向构件的问题，提高了建筑物的荷载能力，从楼板起，到楼面梁，到外框柱，再到基础底板的形式进行压力传递。但还要对其他底层进行加固处理，以增加一排立柱为解决方式。不适用于退台结构小的超高层建筑，由于立柱的间隔不够会导致资源浪费，经济效益不理想。第二种是斜柱方案，就是利用斜柱将所有外围区域的立柱联系到一起，由斜柱来实现压力传递，但会对压力进行分力。若分力的力度过大就会对整个结构空间造成不良的影响。斜柱倾斜的角度不同，所造成的影响也会有差距，斜率小造成的影响会更多，只适用于退台结构较大的超高层建筑。第三种是转换结构方案就是将原有的结构进行转换，把上层的受力转换到下层。这种方法所创建出的转换层对建筑的影响较大，尤其会改变原有的空间布置，但对其他楼层的影响较小[1]。
　　3.1.2  不同外框结构收进方式分析
　　（1）竖向传力。在选择双柱方案和悬挑梁方案时，超高层建筑的竖向传力的方向不变，而且构建出的收进部位也不会产生任何附加内力。若采用斜柱方案其使用的平面层构件会出现附加力，就要再进行相应的解决措施，同样其竖向传力的方向不发生改变。使用转换结构的方案会使得受力方向发生变化，其竖向传力的效果不理想，但搭接柱结构的竖向传力很直接。
　　（2）抗侧刚度。采用斜柱的方案，能够提高结构内部的抗侧刚度，而且倾斜率越大，其性能就越出色。若使用转换结构的方案，其转换的构件会加强其连接性，一定程度上也能提高退台结构的抗侧刚度，进一步导致核心筒内部出现较大的剪力。其他方案对于抗侧刚度的影响不大[2]。
　　3.2  核心筒结构收进
　　核心筒结构主要涉及到的是超高建筑内部的用房、楼梯及电梯，是保证建筑正常使用的重中之重。超高层建筑的上半部分一般设计直通交通空间的区域较少，使得核心筒的面积也会减小。退台式收进体型超高层建筑结构在退台处将核心筒进行收进，可以保障其正常运作。核心筒结构的收进方式常见的有四种：按格区收进、双翼墙收进、斜墙收进和墙体转换收进。前四种收进方式较为直接，使得核心筒的荷载力从上半部分直接传递到下半部分。
　　3.3  偏心效应
　　在超高建筑群体中设计退台结构，让原有的建筑结构发生转变，使相应的构件都进行了收进的优化方式。但在实际的建设过程中，常会出现收进部位不对称的情况。不对称问题进一步会导致原设计的质心与每一层的竖向构件的重心发生偏移，最终会导致超高层建筑出现倾覆力矩，甚至是水平变形的问题。偏心效应带来的倾覆力矩不利于建筑结构的稳定性，退台式的超高层建筑本身的框架种类较大，再加上收进的范围较大，极易出现偏心的情况。偏心效应带来的倾覆力矩会使得周边的受力情况不均衡，致使框架柱和剪力墙区域的压力差较大，尤其对于地基较软的超高层建筑而言，一旦出现偏心力矩就会出现沉降不均衡、基础建设倾斜的问题。根据实际数据可知，楼层位移的变化与倾覆力矩的状态紧密相连。一般情况三十层以下的倾覆力矩较严重使得建筑结构的变形问题更为显著，三十层附近的倾覆力度的方向会发生转变，会使变形问题更为严重。除此以外导致楼层水平变形的原因还与结构有关，尤其在加强区域能发现有明显的收进情况[3]。
　　3.4  退台结构刚度突变
　　目前出现的退台式收进体型超高层建筑结构在设计环节，常将三十层设置为退台结构的始发点，因此三十层也是将外框结构和核心筒进行收进的位置。在水平荷载力下，结构层的位移角曲线会出现异常变化，导致变化的原因是刚度突变问题。为了减少出现刚度突变的问题，在设计环节中要将收进区域和加强位置区别开，不要让所有的负荷力都集中在一层，将收进区适当的进行延伸。竖向构件的位置也要与这两个区域分开，优化收进墙体的尺寸，帮助刚度能够合理平均分布。
　　3.5  退台结构的抗震性能
　　在发生地质期间，会使超高层建筑整体结构发生变化，其内部的层间位移角也随之发生改变。尤其在退台处的位置，相关参数都会出现异常，导致核心筒墙体受损严重。因此在设计环节对退台结构要根据楼层特征是基础薄弱层，开展弹塑性测试，根据结果实施针对性的解决措施。可对墙体进行加固工序，合理运用钢筋，进而提升其抗震效果。
　　4  结语
　　相比于传统的超高层建筑，退台式收进体型超高层建筑结构有着抗风性、满足日照需求等优势。合理的收进方式能优化结构受力效果，因此在设计阶段要关注到退台外框、核心筒、偏心效益、刚度突变、抗震效果等各个环节中。
　　参考文献：
　　[1] 包联进，陈建兴，王鑫，等.退台式收进体型超高层建筑结构设计[J].建筑结构，2019（13）：7～12.
　　[2] 王雪青.体型收进钢框架结构抗震耗能分布研究[D].河北建筑工程学院，2019.
　　[3] 赵倩倩.高层建筑体型收进结构及其加强措施[J].山东工业技术，2017（17）：107.
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