1 工程概况

宁波绿地中心项目（图1）位于宁波市江北核心区，由48层、33层、29层的超高层办公楼和商业裙房组成，其中48层超高层结构大屋面标高220m，屋面上有20m高的钢结构幕墙围护造型，屋顶标高为240m。主体塔楼地上建筑面积为10.2万m2。±0.000m以下部分地下室与裙房地下室连为整体，地下室共3层。

图1 建筑效果图、剖面图

项目由上海三益建筑设计有限公司完成结构初步设计和施工图设计，于2014年1月通过抗震超限审查，2014年9月通过施工图审查。

2 结构体系

对比混合结构和钢筋混凝土结构优缺点，前者造价略高但工期较短，最终结合施工进度需求，选择了带加强层（仅设环带桁架）的型钢混凝土框架+钢筋混凝土核心筒混合结构。塔楼屋顶幕墙结构采用钢框架+支撑结构。塔楼中部28层设置环带桁架加强层；高区核心筒在东侧单边缩进约2.4m，形成斜墙转换，结构计算模型见图2，环带桁架布置图见图3。

图2 结构计算模型

图3 环带桁架布置图

核心筒平面尺寸为28.2m×20.3m，四边约按45°削角，位置居中，质心与刚心基本一致，图4是典型楼层平面布置图。主塔楼结构地上部分施工图预算用钢量型钢55kg/m2，钢筋54kg/m2，结构工程造价与类似高度采用钢筋混凝土结构体系的造价接近。

图4 典型楼层平面布置图

3 结构超限情况和性能化抗震设计目标

结构存在下列超限情况：结构高度220m，等于高规混合结构220m的限值；底层和39层大堂挑空引起扭转不规则、凹凸不规则、楼板不连续、局部穿层柱；加强层引起刚度突变、构件间断、承载力突变；斜柱、高区斜墙转换。综合考虑抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构自身特性等因素，结构抗震性能目标定为C类（表1）。

结构抗震性能目标 表1

4 整体结构分析与计算

工程抗震设防烈度为6度，PMSAP分析时结构周期（带地下室模型）：T1=6.68s（X向），T2=6.10s（Y向），T3=3.75s（扭转），结构刚度明显弱于高烈度地区相似高度的超高层项目。地震荷载作用下，结构X，Y向最大层间位移角分别为1/849和1/1030。业主委托同济大学土木工程防灾国家重点实验室进行风洞试验（图5）。风荷载作用下，结构X，Y向最大层间位移角分别为1/555和1/860。风荷载为结构水平荷载控制工况。

图5 风洞试验模型

图6为罕遇地震弹塑性时程分析时核心筒剪力墙混凝土的剪切纤维状态，仅有20％的墙纤维进入屈服状态，80％墙纤维处于弹性状态。

图6 墙混凝土剪切纤维状态

为了确保结构整体稳定性满足要求，结合结构实际体形和荷载分布情况，推算了等效侧向刚度的修正算法，采用了等效临界屈曲荷载系数概念来验算结构整体稳定，并进行了整体稳定性线性屈曲分析和几何非线性屈曲分析补充验算。

5 核心筒斜墙转换设计

核心筒从高区41层起取消东侧三部电梯，核心筒东侧单片剪力墙在42层逐渐向内侧缩进共2.4m，以增大高区建筑的使用空间。本工程用3层倾斜角度约10°的斜墙转换（图7）来满足建筑需求。

图7斜墙示意图

斜墙转换结构体系包括核心筒倾斜翼墙、核心筒腹墙和180mm厚组合楼板。从力学角度，重力作用下核心筒斜墙引起的水平力自我平衡，较佳的传力结构是一个封闭的环状结构，核心筒倾斜翼墙恰好是一个封闭环状结构，而且腹墙为这个环状结构提供了类似加劲肋的拉结构件，缩短了传力路径。连梁同时起着将环状结构连为整体的作用，设计中对连梁腰筋加强处理。建模时用斜板来模拟斜墙，在PMSAP中斜板定义弹性板6，对斜墙进行有限元分析。斜墙转换相邻层楼板厚180mm，全层设弹性膜。

图8 斜墙结构理论分析模型

6 外框架型钢混凝土柱设计

建筑外立面呈弧线形，相应结构框架柱采用斜柱。斜柱的受力特征是：在竖向荷载作用下斜柱会使楼层产生水平力，通过楼面水平构件传递给核心筒。

外围框架柱为型钢混凝土圆柱。底部楼层框架柱中内置十字形钢骨（图9（a)）；中上部框架柱在外围钢梁平面方向设置工字形钢骨（图9（b））。型钢混凝土柱外围箍筋除了圆箍以外，设置六角形箍筋，避免了箍筋与框架柱内型钢的焊接或者型钢腹板穿孔，方便了施工。

图9 型钢混凝土柱配筋

7 TLD减振水箱的设计

风荷载为主体结构水平荷载控制工况，利用位于220m标高室外屋顶处的消防水箱来兼作TLD，减小结构振动反应，从土建造价角度几乎“零成本”，从建筑角度不会对建筑功能产生影响。调频液体阻尼器(Tuned Liquid Damper，简称TLD)属于被动吸振器减振体系，实际上是一种固定在结构上的半充满液体的容器，主要利用水箱中液体的晃动以及部分耗能来减轻结构的振动反应。本工程水箱为矩形截面，属于矩形截面TLD。

计算分析了与塔楼主体结构自振周期相对应的TLD水箱最优深长比r（图10），并结合建筑功能设计了不同尺寸的TLD水箱（图11、图12），得到TLD水箱对高层建筑脉动风振反应控制效果的等效结构阻尼比ζle。然后，根据《转自：建筑结构-公众号荷载规范》（GB50009—2012）中抗风设计的荷载风振系数和脉动增大系数与结构阻尼比的关系，对设置TLD水箱的高层转自：建筑结构-公众号进行了简化实用的抗风设计。

图10 等效阻尼比ζe和深长比r关系曲线

图11 屋顶层TLD水箱布置图

(a) TLD水箱A

(b) TLD水箱B

图12 屋顶TLD水箱剖面图

施工现场：

底板施工

核心筒施工

更多内容详见2015年第7期《转自：建筑结构-公众号》杂志文章：《宁波绿地中心超高层结构设计》，作者：哈敏强，李蔚，陆陈英，李学涛，时磊，潘浩浩，王自琨，丁阳，李歆，罗平航，李学伟（上海三益建筑设计有限公司）；《宁波绿地中心结构整体稳定性分析和TLD风振控制》，作者：哈敏强，潘浩浩，时磊，李蔚，丁阳，李学涛，陆陈英（上海三益建筑设计有限公司）。

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