• 作者：王瑞峰、周建龙等　　
• 出处：《建筑结构》，2022，52(10) 　　
• 主题：巨型框架、伸臂桁架、阻尼器、抗震设计
• 苏州中南中心主塔楼建筑总高度 499.15m，结构采用巨型框架 - 钢筋混凝土核心筒 - 多道伸臂桁架复合抗侧体系。文章围绕该超高层地标项目，系统梳理塔楼整体结构布局、各类荷载取值标准，明确项目设定的分级抗震性能目标，开展多遇地震下结构弹性整体计算分析；同时重点阐述高强混凝土材料、多层伸臂桁架、附加阻尼减振系统三大核心技术在本工程中的落地应用逻辑与设计要点。全套数值计算结果显示，塔楼层间位移角、构件内力、整体稳定、振动舒适度等全部控制指标均符合现行超高层建筑设计规范限值，整体结构具备充足安全储备，抗震、抗风性能可靠，可为国内同类千米级调整型超高层综合体结构方案设计提供完整工程参考。

一、工程概况与结构设计难点

苏州中南中心坐落于苏州金鸡湖 CBD 核心片区，为集甲级写字楼、高端酒店、公寓、观光层于一体的复合型超高层塔楼，地上 103 层、地下 6 层，建筑高度由初始 729m 优化调整至 499.15m，原有前期桩基、地下连续墙基础全部保留复用，大幅降低改造施工成本。

塔楼平面采用方形钢筋混凝土核心筒，外围搭配巨型框架形成双重抗侧防线，竖向功能分区复杂、层高多变，且建筑自振周期长，对长周期地震动、强风荷载高度敏感，存在多项核心设计难点：

1. 超高度带来巨大竖向自重、倾覆力矩，巨柱与核心筒竖向变形差控制难度大；
2. 长周期结构常规反应谱无法精准匹配长周期地震作用，抗震分析参数需专项校准；
3. 风振加速度易超出人居舒适度标准，需配套减振阻尼装置抑制楼层晃动；
4. 建筑造型要求核心筒上部局部切角削弱墙体刚度，需依靠伸臂桁架协调内外结构协同受力；
5. 高度调整后原有地下基础承载力、刚度匹配性需重新验算优化。针对以上难题，论文依托巨型框架 + 伸臂桁架 + 附加阻尼一体化方案开展全套专项结构设计。

二、整体结构体系布置方案

（一）巨型框架体系

塔楼外围巨型框架由 8 根工字形钢骨混凝土巨柱 + 4 根十字型钢骨角柱组合构成，搭配 9 道环带桁架均匀布置于设备避难层，形成空间封闭巨型受力外环。巨柱采用大厚度高强建筑钢材，内部灌注高强混凝土，兼具超高竖向承压能力与水平抗侧刚度；环带桁架将分散巨柱连成整体，均衡分配楼层水平剪力，约束单根巨柱独立侧移，提升结构整体抗扭性能。

（二）钢筋混凝土核心筒

内部核心筒平面尺寸 34.1m×34.1m，作为主要抗剪、抗弯受力构件，筒体墙体随建筑高度提升逐步减薄；塔楼 3 区及以上楼层切除核心筒四角墙体，满足内部中庭通透的建筑需求，墙体削弱区域增设暗柱、加厚配筋补偿刚度损失；避难层采用加厚刚性楼板作为水平刚性隔板，保障核心筒与外围巨型框架水平力顺畅传递。核心筒全程采用超高强混凝土浇筑，有效压缩墙体截面、减轻自重。

（三）多层伸臂桁架加强层

塔楼竖向共设置 5 层伸臂桁架，分别布置于 2、4、6、7、8 区设备层，桁架两端分别锚固于核心筒墙体与外围巨型柱，是协调内外结构共同工作的关键构件。

受力机制：风、地震产生的倾覆力矩通过伸臂桁架传递至外围巨柱，充分发挥巨型框架竖向抗弯承载力，大幅降低核心筒墙体弯矩，有效减小建筑层间变形；论文对比多组伸臂桁架层数、竖向布置高度方案，确定当前 5 道桁架为刚度、造价平衡下的最优布置形式。同时针对桁架与核心筒连接节点开展局部有限元应力校核，避免节点区域应力集中出现混凝土损伤。

三、荷载取值与分级抗震设计

（一）荷载参数确定

荷载涵盖竖向恒活荷载、重现期 50 年基本风荷载、多遇 / 设防 / 罕遇三级地震作用，同时考虑混凝土长期收缩徐变、温度应力、施工找平附加荷载。针对结构超长自振周期特点，专项修正地震反应谱长周期段取值，校准周期折减系数，精准计算长周期地震带来的基底剪力与倾覆力矩，避免低估地震作用造成安全隐患。

（二）抗震性能目标设定

项目属于重点设防类超限超高层建筑，采用分级抗震性能控制标准：

1. 多遇地震（小震）：结构整体保持完全弹性，无构件损伤，正常使用不受影响；
2. 设防地震（中震）：仅次要构件出现轻微塑性变形，核心筒、巨柱、伸臂桁架等关键受力构件维持弹性，震后简单检修即可恢复使用；
3. 罕遇地震（大震）：允许次要耗能构件进入塑性耗散地震能量，竖向承重巨柱、核心筒底部不发生严重破坏，满足 “大震不倒” 底线要求。

（三）弹性阶段整体地震分析

采用专业结构分析软件建立完整三维计算模型，开展振型分解反应谱法弹性地震计算，提取层间位移角、楼层剪力、构件内力、扭转位移比等关键指标。计算结果表明，增设伸臂桁架巨型框架体系可将塔楼最大层间变形严格控制在规范限值以内，结构扭转效应微弱，整体刚度分布均匀，弹性阶段各项指标全部达标。

四、减振阻尼系统专项设计

因塔楼高度大、自振周期长，强风作用下楼顶、高区楼层振动加速度难以满足办公、酒店人居舒适度限值，本工程搭配双重阻尼减振体系：

1. 塔顶调谐质量阻尼器（TMD）：在塔楼观光塔冠区域设置大吨位调谐质量阻尼装置，通过反向摆动抵消主体结构风振响应，显著降低顶部风振加速度；
2. 水箱调谐液体阻尼器（TSD）：利用建筑高位消防水箱作为液体减振构件，与 TMD 形成复合减振系统，该组合形式在国内超高层项目中应用案例较少。两类阻尼装置协同工作，大幅削减风振幅值，提升室内人员舒适感，同时小幅降低地震下结构振动输入能量，辅助提升整体抗震表现。

五、核心配套材料应用：高强混凝土

塔楼核心筒、巨型柱竖向构件大范围采用高强混凝土，随高度上升逐级下调混凝土强度等级，在保证竖向承载力、墙体刚度的前提下，有效减轻结构自重，降低基础荷载；同时缩小墙体、巨柱截面尺寸，释放室内可用空间，平衡结构安全与建筑使用需求。设计中同步验算高强混凝土收缩、徐变带来的内外筒竖向变形差，通过施工顺序、后浇带设置、预应力补偿等措施控制变形差值在允许范围。

六、论文主要研究结论与工程价值

1. 499.15m 苏州中南中心选用巨型框架 - 核心筒 - 多层伸臂桁架复合体系，可高效平衡结构抗侧刚度、竖向承载力与建筑空间需求，适配高度调整后的超限超高层改造项目；
2. 五层竖向均匀分布的伸臂桁架能够充分联动外围巨柱与内部核心筒，显著减小层间位移、降低核心筒墙体受力，是控制超高层变形的核心构造措施；
3. TMD+TSD 双重阻尼减振系统可同步优化建筑风振舒适度与抗震耗能能力，为长周期超高层减振设计提供新型组合方案；
4. 高强混凝土材料搭配钢骨巨型构件，可实现结构轻量化设计，有效缓解超高层自重、基础受力压力；
5. 全套弹性地震计算结果验证，本项目结构位移、内力、稳定等指标均满足现行规范，整体抗震抗风安全储备充足；
6. 本文荷载修正方法、伸臂桁架优化布置、复合阻尼减振、超高层高度调整改造设计思路，可为国内同类型高度梯度调整、带中庭切角核心筒的巨型框架超高层综合体提供成套设计参考。