• 作者：陈建兴、周建龙、汪大绥、包联进　　
• 出处：《建筑结构》，2022，52 (09) 　　
• 主题：巨型框架 — 核心筒、伸臂桁架、风荷载、剪重比
• 大连绿地中心是高度 518m 的滨海超高层综合体，主体结构有效高度 400.8m，上部搭配 117m 高耸镂空塔冠，场地地处沿海强风区域，风荷载与塔冠鞭梢效应成为结构设计核心控制因素。结合建筑三角形切角平面形态、办公酒店复合功能需求，本项目选用巨型框架支撑 - 钢筋混凝土核心筒 + 多道伸臂桁架复合抗侧体系，形成内外双重受力防线。本文依托刚性模型同步开展多工况风洞试验，量化分析建筑切角体型、塔冠表皮开孔对整体风荷载、顶部振动加速度的优化削弱效果；通过多组数值模型对比环形桁架、竖向巨型支撑、伸臂桁架对结构整体抗侧刚度、内外筒剪力分配比例的影响规律，确定最优竖向加强构件布置方案；针对塔楼中高区酒店客房无大柱空间需求，对比多种楼面结构布置方案，选定适配居住功能的密柱深梁楼盖体系；结合本工程长周期、二类场地特征，深入探讨超高层剪重比的合理判定标准与提升优化手段；同步完成多遇地震弹性整体计算与罕遇地震动力弹塑性时程分析，设定分级抗震性能目标并对巨柱、核心筒、伸臂桁架等关键构件实施构造加强。全套验算结果显示，建筑层间位移、扭转效应、构件损伤演化、风振舒适度等全部指标均满足超限高层建筑规范要求，整套结构设计思路可为滨海大风区带高耸塔冠的巨型框架 - 核心筒超高层项目提供成套设计参考。

一、工程概况与核心设计难点

项目坐落于大连东港商务区，总建筑面积近 30 万㎡，由 83 层主塔楼、4 层商业裙房与地下 5 层车库组成，塔楼集甲级办公、高端酒店、配套公寓功能于一体，裙房与塔楼设置抗震缝完全脱开。

1. 建筑与荷载条件：塔楼平面为渐变切角等边三角形，底部平面尺度大，向顶部持续收分；场地沿海 A 类地面粗糙度，基本风压 0.65kN/m²，高耸镂空塔冠放大风振效应，属于典型风控型超高层；抗震设防烈度 7 度乙类重点设防建筑，场地 Ⅱ 类、特征周期 0.4s，地震动峰值为规范标准值 1.3 倍。
2. 核心设计难点（1）风荷载控制难题：高耸塔冠产生显著鞭梢效应，顶部风振加速度极易超出办公、酒店舒适度限值，需通过建筑造型与结构构件双重优化降低风效应；（2）长周期剪重比短板：场地特征周期偏小，超高层自振周期长，常规地震剪力偏小，存在剪重比不满足规范下限的风险；（3）功能与结构平衡矛盾：酒店区段要求室内无外露大尺寸巨柱，大跨度楼面需兼顾刚度、层高与居住空间；（4）偏心与刚度协同：三角形平面易引发扭转效应，需依靠巨型外环桁架、伸臂桁架均衡内外结构剪力与倾覆力矩。

二、整体复合抗侧结构体系布置

（一）六边形型钢混凝土核心筒

核心筒沿建筑全高贯通，平面呈六边形，长边尺寸 29m，承担主要水平剪力与倾覆弯矩：

1. 墙体厚度沿高度梯度递减，底部外围墙肢 1400mm，高区缩减至 400mm；中部内墙 800~600mm；
2. 底部至 28 层外墙内置钢板形成钢板 - 混凝土组合剪力墙，28 层以上墙体配置型钢暗柱，提升墙体延性与抗剪承载力；
3. 混凝土强度底部 C60，高区逐步下调至 C50，兼顾竖向承压与自重控制。

（二）巨型框架支撑外体系

外围设置 6 根型钢混凝土巨型柱，含钢率 4%~5%，底部截面面积约 19㎡，沿建筑高度向内均匀收分，顶部截面缩减至 8㎡；竖向均匀布置 6 道闭合环形桁架，将分散巨柱连成整体外环，承担竖向转换荷载并大幅提升结构抗扭刚度；

为提高外框分担地震剪力比例、改善剪重比，在塔楼中上部增设竖向巨型钢斜支撑，与环桁架、巨柱形成完整巨型受力外环，分担核心筒受力压力。

（三）多道伸臂桁架加强层体系

利用设备避难层设置多层伸臂桁架，桁架两端分别锚固于核心筒外墙与外围巨型柱，核心作用为传递整体倾覆力矩、协调内外结构协同变形，有效减小塔楼层间侧移；论文对比单道、多道桁架布置方案，确定竖向均匀分散布设的最优方案，同时对桁架与筒体连接节点开展局部有限元应力校核，增设暗柱、加厚配筋避免墙体局部承压破坏。

（四）酒店区密柱深梁楼盖系统

酒店楼层为满足客房规整、无粗大外露立柱的需求，摒弃大跨度主梁方案，采用密柱搭配深型钢梁组合楼盖；多组模型对比验证，该体系可减小梁高、释放室内净高，同时提升楼面竖向刚度，规避人行振动共振问题，适配酒店长期人居舒适度要求。

三、风荷载专项风洞试验与优化措施

本工程风荷载无法直接套用规范公式计算，开展刚性模型同步风洞测试，重点研究两项优化手段：

1. 建筑切角体型优化：三角形平面采用弧形切角替代直角轮廓，削弱边角气流分离效应，降低整体顺风向、横风向风力；
2. 塔冠表皮开孔降噪减振：在顶部镂空塔冠围护面板开设连续通风孔洞，贯通气流，大幅削减塔冠涡脱诱发的扭转风荷载与鞭梢振动加速度。试验数据显示，两项造型优化可降低塔楼基底总风荷载 12% 以上，顶层风振加速度控制在规范舒适限值以内，同时简化塔冠附属减振装置配置需求。

四、剪重比专项分析与提升对策

本工程存在长周期 + 短特征周期组合特征，多遇地震下楼层计算剪力偏小，剪重比成为关键控制难点：

1. 机理分析：场地特征周期 0.4s，塔楼自振周期远大于场地特征周期，反应谱曲线长周期段快速下降，导致计算基底剪力偏低；
2. 系统化提升措施：增设外围巨型竖向支撑、增加环带桁架截面刚度、适度提高核心筒底部墙体配筋与型钢配置、优化伸臂桁架竖向布置高度，多重手段同步提升外框与筒体整体抗侧刚度，抬高地震楼层剪力；
3. 超限判定结论：经全国超限高层建筑评审专家论证，结合本项目长周期风控结构特征，可对剪重比控制标准适度放宽，同步通过提高关键构件安全储备弥补地震剪力不足的风险。

五、分级抗震性能目标与多阶段结构计算

（一）分级抗震性能设定

项目为乙类超限超高层，按三水准设定差异化性能目标：

1. 多遇地震：巨柱、核心筒、伸臂桁架、环桁架全部维持弹性，无塑性损伤，建筑正常使用不受影响；
2. 设防地震：仅次要楼面梁、支撑腹杆出现轻微塑性，巨型竖向承重构件、筒体底部关键区域保持弹性，检修后即可恢复运营；
3. 罕遇地震：塑性损伤集中于次要耗能构件，巨柱、核心筒底部、伸臂主弦杆不发生严重破坏，满足 “大震不倒” 底线。

（二）多软件弹性协同验算

采用两套专业结构软件建立整体三维模型，互相校核层间位移角、扭转位移比、楼层剪力、倾覆力矩、内外筒剪力分配比例；针对长周期特征修正地震反应谱参数，精准核算地震作用效应，优化巨柱、桁架、筒体截面尺寸。

（三）罕遇地震动力弹塑性时程分析

选取多条天然地震波开展非线性时程模拟，完整捕捉罕遇地震下构件塑性发展顺序：塑性铰优先出现在次梁、次要支撑；巨型柱、核心筒底部、伸臂桁架关键杆件全程维持低损伤状态，结构无整体失稳、连续倒塌风险，预设抗震性能目标全部达成。

六、论文核心研究结论与工程应用价值

1. 大连绿地中心采用巨型框架支撑 - 钢筋混凝土核心筒 + 多层伸臂桁架复合体系，搭配环形桁架与竖向巨型支撑，可同时解决滨海大风控变形、三角形平面扭转、长周期剪重比不足多重设计难题，是适配沿海高耸塔冠超高层的成熟结构方案；
2. 建筑弧形切角 + 塔冠表皮开孔的风洞优化策略，可显著降低整体风荷载与顶部鞭梢振动，无需额外增设大吨位调谐阻尼器即可满足人居舒适度要求，具备良好经济优势；
3. 针对长周期、短特征周期场地带来的剪重比短板，可通过增设外围巨型支撑、优化加强层布置提升结构整体刚度，结合超限专项评审适度放宽剪重比控制要求，配套加强关键构件安全储备；
4. 酒店区段密柱深梁楼盖体系，可平衡大跨度受力与室内空间需求，解决高层酒店外露巨柱影响使用体验的行业痛点；
5. 本文形成的风洞试验优化方法、巨型外环刚度调控手段、剪重比提升成套措施、弹塑性性能验算流程，可为国内沿海大风区、带高耸塔冠、平面不规则的巨型框架 - 核心筒超限超高层综合体提供标准化结构设计参考。