高楼钢结构体系与工程实例、楼板跨度8m设计与分析

1.建筑概况

广州市1999年建成的南方航空大厦，由主楼、副楼和裙房组成。主楼地下3层，地下室底板面标高-12.6m；地上61层，高189m，上有屋顶小塔楼5层，屋面标高为204m。建筑平面为带凸角的正方形，边长35m，房屋高宽比为5.4。建筑抗震设防烈度为7度。

2.结构体系

主楼采用芯筒-框架结构体系。芯筒由纵、横钢筋混凝土墙体组成，平面外包尺寸为16m×16m，高宽比值为12.8。外圈框架：①4根角柱采用平面尺寸为5m×5m的小型钢筋混凝土墙筒，较强的角柱为抵抗任何方向倾覆力矩均能提供最大的力臂和力矩；②8根边柱，地下三层至地上六层，采用直径为1.2m的钢管混凝土柱；第7～20层，采用钢管混凝土芯柱，钢管直径为350mm；第20层以上，改为钢筋混凝土柱。

芯筒与外圈框架之间跨度为8m的楼板，采用后张、有粘结、部分预应力的钢筋混凝土平板，板厚200mm。芯筒与角筒之间，各层楼盖均采用截面尺寸为1600mm×400mm的后张、有粘结、部分预应力的钢筋混凝土扁梁加强连接。图5-171为大厦的典型层结构平面。

为了提高角筒、边柱参与芯筒侧向整体抗弯，共同抵抗水平荷载倾覆力矩的作用，在第23层、40层两个避难层，各设置4.5m高即整层楼高的钢桁架；同时将该两层的周边梁设计成500mm×2000mm的高截面钢筋混凝土刚性梁；此外，还将第56层的大厦主体结构屋盖的周边梁和刚臂，设计成800mm×2700mm的钢筋混凝土大梁。

图5-171 广州南航大厦的典型层结构平面

3.梁-柱节点

（1）钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的连接节点，采取单梁式“半穿心承重销”节点，4对8个“半穿心钢牛腿”顺梁轴线方向伸出，梁端上、下纵筋与之搭接35d，钢牛腿既抗剪又抗弯，形成刚性节点（图5-172）。

（2）为简化梁-柱节点构造，对于第7层以上、荷载较小的承重柱，采用内设钢管芯柱的钢筋混凝土柱，芯柱钢管的直径为300～350mm（图5-173），周边楼盖梁的纵向钢筋直接从钢管芯柱侧边通过。为使钢管芯柱与壁外混凝土更好地协同工作，在芯柱钢管的外壁加焊抗剪栓钉。

（3）为实现上、下层两种不同类型柱的可靠连接，第7层柱的截面外直径采取1300mm，即比下一层钢管混凝土柱的直径大100mm，以便使其竖向钢筋能直接焊在下层钢管的外壁上（图5-173）。(www.xing528.com)

4.结构分析结果

大厦在风荷载或地震作用下的结构分析，采用了TBSA及SATWE两种计算程序进行，两者的计算结果相当一致。

图5-172 钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的连接

a）节点配筋平面 b）钢牛腿平面 c）节点立面

大厦主楼在风荷载或地震作用下的结构侧移，分别列于表5-57和表5-58。

表5-57 南航大厦主楼风荷载作用下的结构侧移

表5-58 南航大厦主楼地震作用下的结构侧移