【精品案例】苏州新闻大厦圆形高层建筑结构设计

苏报集团总部大楼、园区月亮湾商务核心区重要地标——苏州新闻大厦于2013年5月19日大楼奠基，2014年6月5日主体建筑土建开工，2014年7月23日完成底板施工，作为月亮湾商务核心区目前为止唯一的圆形高层建筑，其塔楼地面部分施工将采用新型的整体提升式脚手架，以确保安全，预计将于2017年下半年竣工。 1 工程概况

1 工程概况

苏州新闻大厦总投资超10亿元，总建筑面积约13.96万m2，由37层塔楼（另有2层停机坪）、5层裙房及3层地下室组成。其中地上部分的塔楼投影呈圆形，直径约为60m，高度为159.45m；裙房高度为20.85m。地下室3层，可停放车辆约550辆，与轨道交通2号线无缝对接。塔楼与裙房在地面以上自然分离，在地面以下全分布并外扩有纯地下室部分。塔楼采用框架-核心筒结构，框架柱与内筒之间距离约为15m（>12m），内筒与外框架柱之间未设内柱；裙房与塔楼在2层和4层之间采用可滑动的钢连廊连接。苏州新闻大厦建筑效果图如图1所示。

图1 建筑效果图

平面图和剖面图分别如图2，3所示。

图2 建筑平面图

图3 建筑剖面图

2 结构体系

采用框架-核心筒结构体系，塔楼平面中间为核心筒，外围框架柱环绕核心筒一圈布置。核心筒采用钢筋混凝土结构形式，平面尺寸为21m×21.7m，高宽比为7.59（<12），满足高规限值要求。12层楼面以下采用型钢混凝土柱，12层楼面以上为钢筋混凝土柱。核心筒标准层平面布置见图4，塔楼构件截面如表1所示。

图4 塔楼标准层平面布置图

塔楼构件截面表1

构件	截面尺寸	型钢截面尺寸
外框架	型钢混凝土柱	1500×1800～1500×1600	H1400×400×35×35～ H710×300×35×35
钢筋混凝土柱	1500×1600～1000×1000	—
钢筋混凝土梁	700×850	—
核心筒	钢筋混凝土梁	400×800	—
剪力墙	厚度400~600	—

3 计算分析

3.1 弹性分析

采用SATWE软件进行弹性计算，并以此作为设计依据，同时采用ETABS软件进行验算，计算结果作为参考。两种软件计算结果接近，从侧面反映出结构建模与分析的正确性。计算结果表明，结构的主振型以平动为主，周期比、层间位移角、剪重比、位移比、刚度比、受剪承载力比、刚重比均满足高规的限值要求，表明结构体系是合理的。

3.2 楼盖舒适度分析

塔楼楼盖为典型大跨度普通肋梁楼盖，框架梁沿径向最大跨度为15m，超过高规限值12m，且未设置内柱，框架梁及次梁单向布置，为控制净高，高度均为800mm，钢筋混凝土楼板厚度为120mm；楼盖最大振动是与结构自振频率有关的频繁的步行力引起的共振。采用MIDAS/Gen7.95软件对塔楼楼盖建立有限元模型并进行分析。

基于步行频率分布在1.6~2.5Hz范围内，可以得到激励节点和响应节点的位置，步距为0.75m，楼板布置及步行荷载分布见图5（取单人行走，质量取70kg）。

图5 楼板布置及步行荷载分布图

采用动力时程分析方法计算楼板振动峰值加速度，采用IABSE工程协会提供的参数，步行荷载频率为2.0Hz。楼板的最小自振频率为7.386Hz，满足高规大于3Hz的要求。典型楼盖前3阶竖向振型图如图6所示。

图6 典型楼盖前3阶竖向振型图

步行荷载下楼板峰值加速度满足高规对于竖向加速度不大于0.05m/s2的要求。综上所述，楼盖竖向自振频率及加速度峰值均满足高规要求。

4 超限分析

塔楼结构总高度为159.45m，超出高规规定的A级高度150m的限值，但未超出B级高度限值，属于高度超限。塔楼最大位移比大于1.2，但小于1.4（表2），属于扭转不规则结构；局部楼层楼板开洞面积大于楼板面积的30%；此外，局部楼层（2，4，26，29层）存在穿层柱。因此本工程超限情况有：1）高度超限；2）扭转不规则；3）楼板不连续；4）局部楼层存在穿层柱。

5 超限设计措施

根据结构超限情况及计算结构，结构设计主要考虑措施有：1）按抗规及高规控制各项设计指标，对结构制定抗震性能目标；2）底部加强区剪力墙及框架柱配筋按照一级抗震等级控制配筋率，加强角部墙体及结构底部轴压比接近限值的外围框架柱的配筋设计；3）底层穿层柱按长柱计算，满足抗规及高规对长细比的要求，并按非穿层住复核抗剪承载力，穿层柱配筋取穿层处上下楼层配筋的较大值，且其箍筋全高加密；4）对塔楼进行动力弹塑性分析，验算大震下的抗震性能。

现场照片：

现场施工远景(来源:苏州日报社)

塔楼底板钢筋现场施工（作者郭一峰提供）

基坑围护（作者郭一峰提供）