90日本海老名塔楼：高楼钢结构体系与工程实例

1.结构体系

（1）日本神奈川县于1995年建成的海老名塔楼，地下1层，地上26层，总高度为108m；建筑平面尺寸为43.4m×31m。

（2）大厦采用混凝土芯筒-钢框架混合结构体系，典型层结构平面如图5-125所示。钢筋混凝土芯筒的平面尺寸为15m×15m。周边钢框架，短边方向的柱距为6.2m，长边方向的柱距分别为14.6m、14.2m和14.6m。

图5-125 日本海老名塔楼的典型层结构平面和结构剖面

（3）在钢筋混凝土芯筒内埋设型钢暗柱，可以提高芯筒墙肢的延性，而且有利于楼盖钢梁与芯筒的连接。

（4）钢筋混凝土芯筒的高宽比为7.2，地震作用下的弯曲变形大于剪切变形。为了减小芯筒顶部的弯曲变形和芯筒底部的弯矩，在芯筒的顶部，顺其周边墙体设置纵、横向钢桁架——刚性伸臂桁架，与外圈钢柱相连，使外圈钢柱与芯筒形成侧向整体抗弯构件，约可使芯筒底部倾覆力矩减小25%。

2.构件截面尺寸

（1）楼面外圈框架的钢柱，主要承担各层楼盖的重力荷载及地震时倾覆力矩引起的附加轴力，所承受的弯矩比普通框架要小，钢柱采用热轧宽翼缘H型钢，其截面外包尺寸为500mm×500mm。

（2）钢筋混凝土芯筒的墙肢为L形截面（图5-126a），位于芯筒的四角。芯筒墙肢和洞口连梁的截面尺寸和配筋，列于表5-43。

表5-43 海老名塔楼混凝土芯筒墙肢和连梁的截面尺寸和配筋

（3）各层楼面办公区的楼盖大梁，仅承担楼面荷载，不考虑承受地震力，其两端与钢筋混凝土芯筒和外圈钢柱的连接均采取铰接。大梁采用热轧宽翼缘工字钢，其截面外包尺寸为800mm×300mm。

（4）钢筋混凝土芯筒的洞口连梁，净跨为2m和3.3m，梁截面高度为1.3m，属于深梁。为防止连梁在地震剪力、弯矩反复作用下因剪切破坏或纵筋粘接滑移破坏而丧失变形能力，除配置纵向钢筋、竖向箍筋之外，再增配X形斜向钢筋（图5-126b）。

图5-126 钢筋混凝土芯筒的构件截面尺寸(www.xing528.com)

a）芯筒墙肢 b）洞口连梁

3.结构用钢量

整座大楼的单位建筑面积的平均用钢量为82kg/m²。

4.抗震分析

（1）进行结构的抗震内力分析和地震时程反应分析时，均采用三维杆系模型，以考虑混凝土芯筒弯曲型变形与钢框架剪切型变形的不同侧向变形模式。墙体置换为具有相等弯曲、剪切和轴压刚度的杆件，设置在墙体截面重心的位置；连梁也置换为具有同等弯曲、剪切刚度的杆件。杆系模型的节点部位假设为刚域。

（2）混凝土芯筒的L形墙肢和洞口连梁，均采用线构件来表示。并先对结构底部5层，运用有限元进行预备性分析，以确定框架模型中L形墙肢的翼缘有效宽度及洞口连梁端部的刚域长度。分析结果表明：①翼缘宽度的80%有效；②刚域长度取为由连梁端部算起相当于1/4梁高处，则结构的内力和变形，与有限元分析结果大体一致。

（3）对大楼分别按“水准一”地震（地面运动峰值速度为25cm/s）和“水准二”地震（峰值速度为50cm/s）进行结构分析。对于前者，结构的反应控制在弹性范围内。对于后者，允许构件进入塑性阶段，但不致发生结构倒塌。

（4）对于“水准二”地震，构件允许发生弯曲屈服的部位，限定在芯筒的连梁端部、墙肢底部和顶部，并要求构件的抗力不降低，通过构件的塑性变形来吸收地面运动的输入能量。根据低周往复水平荷载作用下的构件试验结果，确定钢筋混凝土芯筒各部位的设计限值如下：

1）墙肢的轴压比小于0.6，剪应力小于极限强度的1/1.3，弯曲变形相对转角小于1/150rad。

2）连梁端部弯曲变形相对转角小于1/30rad，即小于其弹性极限变形相对转角1/120rad的4倍。

（5）采用了4条地震记录分别对结构进行抗震分析，并按两种地震动水准确定地震波的峰值加速度。“水准二”地震动作用下的结构反应最大值列于表5-44。

表5-44 “水准二”地震动作用下海老名塔楼的结构反应最大值

注：V₀为结构底面最大水平地震剪力，G为结构总重。