宋曉華 鄭云亮

(1.煙臺市建筑設(shè)計(jì)研究股份有限公司，山東 煙臺 264000; 2.交通運(yùn)輸部救助打撈局,北京 100736)

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煙臺創(chuàng)業(yè)大廈超限結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)對措施分析

宋曉華1鄭云亮2

(1.煙臺市建筑設(shè)計(jì)研究股份有限公司，山東 煙臺 264000; 2.交通運(yùn)輸部救助打撈局,北京 100736)

通過分析煙臺創(chuàng)業(yè)大廈項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)體系，梳理出了結(jié)構(gòu)的超限情況，并結(jié)合多模型、多軟件及彈塑性結(jié)構(gòu)計(jì)算，解決了超限結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)難題，針對性的提出了項(xiàng)目超限結(jié)構(gòu)的應(yīng)對措施。

超限高層，連體結(jié)構(gòu)，抗震措施，地基基礎(chǔ)

1 工程概況

創(chuàng)業(yè)大廈位于煙臺CBD高新科技區(qū)的A區(qū)，總建筑面積13.5萬m2，該工程地下2層，局部3層，地上共30層，地上建筑總高127.5 m，標(biāo)準(zhǔn)層層高4.2 m。該建筑主樓為門字型，東西主樓于23層～30層相互連接，連廊跨度36.8 m和39.2 m共8層，主樓四周設(shè)置5層裙房，屋頂高度21 m。

依本工程為設(shè)計(jì)地震第一組，地震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g，場地設(shè)計(jì)特征周期值為0.35 s。建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限50年，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級為甲類，基本風(fēng)壓值按100年重現(xiàn)期，地面粗糙度為B類，雪荷載按50年一遇的雪壓。對連體結(jié)構(gòu)，建筑體型系數(shù)由于相鄰建筑相互干擾取增大系數(shù)為1.15。

2 項(xiàng)目結(jié)構(gòu)體系

2.1 地上主體結(jié)構(gòu)狀況

本工程結(jié)構(gòu)高度127.5 m，連體平面長度126 m。根據(jù)建筑平、立面布置及結(jié)構(gòu)抗力要求，采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，按JGJ 3—2002高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程，屬B級高度結(jié)構(gòu)。與連體結(jié)構(gòu)相連的框架柱為1 200×2 000的鋼骨混凝土柱，截面保持不變；與連體結(jié)構(gòu)相連的剪力墻厚為900 mm內(nèi)設(shè)型鋼，截面保持不變；其他框架柱從上到下均為鋼筋混凝土柱，截面逐漸減??；剪力墻厚度為700 mm～200 mm。主樓框架柱截面尺寸見表1。

表1 主體結(jié)構(gòu)框架柱截面尺寸及形式

本工程各層樓板均采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土板。

主體結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

2.2 地基基礎(chǔ)

本工程主樓基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ),裙房采用獨(dú)立基礎(chǔ)加防水地板?；A(chǔ)持力層為強(qiáng)風(fēng)化云母片巖，fak=350 kPa。根據(jù)勘察報(bào)告地下水浮托力按水位標(biāo)高11.500 m，每米水頭浮托力按10 kPa考慮，本工程為深基坑工程，地下水水位較高，因此裙房部分考慮采取抗浮錨桿抗浮。經(jīng)計(jì)算，主樓的基礎(chǔ)體采用2.0 m厚的現(xiàn)澆混凝土基礎(chǔ)筏板，筏板混凝土強(qiáng)度C40?；A(chǔ)底板抗浮，采用抗拔錨桿。

2.3 解決建筑超長的措施

1)在施工條件允許的條件下，盡量多設(shè)置伸縮后澆帶，以減少初期混凝土收縮應(yīng)力。2)采用低水化熱的水泥配制混凝土，并按有關(guān)規(guī)范適量添加粉煤灰，以降低水化熱，并加強(qiáng)對混凝土的養(yǎng)護(hù)措施。3)針對不同構(gòu)件的特點(diǎn)，合理添加相應(yīng)的外加劑，改善混凝土防水、抗裂等性能。4)考慮溫度應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的影響。5)結(jié)構(gòu)構(gòu)件配筋考慮混凝土收縮和溫度影響。6)施工前應(yīng)在混凝土終凝前進(jìn)行二次抹壓，并加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。7)計(jì)算中根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況考慮最高升溫10 ℃，最低降溫10 ℃的溫度應(yīng)力影響。

3 項(xiàng)目超限情況

根據(jù)國家相關(guān)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行結(jié)構(gòu)規(guī)則性判斷。

1)建筑結(jié)構(gòu)基本參數(shù)見表2。

表2 建筑結(jié)構(gòu)基本參數(shù)表

2)結(jié)構(gòu)布置規(guī)則性項(xiàng)目見表3。

表3 結(jié)構(gòu)布置規(guī)則性表

3)超限情況。由表2，表3及結(jié)構(gòu)分析：根據(jù)規(guī)范對框架剪力墻的要求，抗震設(shè)防烈度為7度(0.1g)，本工程高度127 m，未超過高規(guī)規(guī)定B級高度高層建筑的最大使用高度140 m的限值。本工程為復(fù)雜高位大跨連體結(jié)構(gòu)，豎向不規(guī)則，受力比一般單塔結(jié)構(gòu)或多塔結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，連體結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)變形較大，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)較明顯。連接體為大跨度鋼結(jié)構(gòu)，受力復(fù)雜。連接體與兩側(cè)塔樓的支座連接處理不當(dāng)，結(jié)構(gòu)安全將難以保證。

4 結(jié)構(gòu)超限措施

4.1 計(jì)算分析

1)分別采用中國建筑科學(xué)研究院PKPMCAD工程部編制的SATWE(2006.9版)和ETABS(中文版)兩種三維空間結(jié)構(gòu)有限元分析軟件進(jìn)行整體計(jì)算，通過分析比較，取二者的不利計(jì)算結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2)進(jìn)行彈性時(shí)程分析補(bǔ)充計(jì)算。

3)用mads Gen靜力彈塑性(Pushover)分析，對多遇地震下的彈性設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行校核，大致確定結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的破壞程度，找到薄弱環(huán)節(jié)，針對薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行加強(qiáng)，保證了整體結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

4)對連接體用mads Gen進(jìn)行中震反應(yīng)譜分析，連接體按彈性樓板計(jì)算。

4.2 抗震構(gòu)造措施

1)連接體鋼桁架的設(shè)計(jì)。桿件立面見圖2。

本工程東西主樓連體部分為頂部10層，每上下兩層通過一組豎向鋼桁架與兩側(cè)塔樓連接，節(jié)點(diǎn)通過桁架上下弦與塔樓剪力墻端柱型鋼進(jìn)行剛性連接。這樣在滿足創(chuàng)業(yè)大廈建筑使用功能的同時(shí)，使上下兩層的受力體系布局和傳導(dǎo)合理。為了減少兩塔樓中間的連接體受兩側(cè)塔樓的扭轉(zhuǎn)和錯(cuò)動(dòng)的影響，連接體的樓面結(jié)構(gòu)采用水平鋼支撐和豎向鋼桁架組成的箱形鋼結(jié)構(gòu)體系，增強(qiáng)樓面剛度，能有效承受各種不利的內(nèi)力組合。樓面板結(jié)構(gòu)由壓型鋼板和混凝土組合而成，施工時(shí)壓型鋼板同時(shí)可作為樓屋蓋模板，方便并減少施工費(fèi)用。連接體的鋼桁架采用超靜定結(jié)構(gòu)，為結(jié)構(gòu)設(shè)置了多道的安全防線，并采用多種不同的計(jì)算模型，復(fù)核驗(yàn)算程序?qū)Ω鞣N情況產(chǎn)生的內(nèi)力進(jìn)行分析和計(jì)算，選用最不利的內(nèi)力組合進(jìn)行連接體的桿件和節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。由于連接體樓板的剛度偏弱，計(jì)算模型分別假定此處樓板為彈性樓板和不考慮樓板的共同作用的兩種計(jì)算方法，并且計(jì)算在罕遇地震作用下鋼筋混

凝土樓板開裂后，連接體樓板剛度退化后的桿件內(nèi)力。鋼梁與混凝土樓板需要可靠連接，我們采取在鋼梁上焊接剪力栓的措施。連接體桁架的設(shè)計(jì)原則是弱桿件，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，與兩側(cè)塔樓之間的連接節(jié)點(diǎn)需要更強(qiáng)，為保證破壞機(jī)制的合理，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)中間節(jié)點(diǎn)的板厚度和焊縫均取1.05倍的放大系數(shù)，桁架與塔樓間連接節(jié)點(diǎn)板的加勁肋和焊縫均取1.2倍放大系數(shù)。

a.工程連接體部分鋼桁架的桿件和節(jié)點(diǎn)的內(nèi)力分析。采用PKPM計(jì)算程序中的SATWE和ETBAS程序分別對計(jì)算模型作整體計(jì)算分析，找出上下弦桿和腹桿件最不利的內(nèi)力組合。桁架取其最不利組合進(jìn)行桿件及節(jié)點(diǎn)的承載力驗(yàn)算。

b.工程連接體部分鋼桁架與主塔樓兩側(cè)的連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。通過計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)連接體的整體剛度弱，但是內(nèi)力很大，所以連接體與主塔樓設(shè)計(jì)連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)非常重要，鋼桁架與主樓剪力墻端柱和框架柱內(nèi)設(shè)置多肢組合型鋼通過焊接與鋼桁架形成剛性節(jié)點(diǎn)，并通過對連接體支座彎矩的調(diào)幅，來解決局部受壓及荷載傳遞問題。

c.工程連接體部分鋼桁架的桿件承載力設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)及方法。鋼桁架的桿件、節(jié)點(diǎn)、連接構(gòu)造均按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)；鋼桁架與兩側(cè)塔樓連接處的連接節(jié)點(diǎn)、連接強(qiáng)度，經(jīng)驗(yàn)算都超過了相鄰桿件承載力的1.4倍，滿足大震時(shí)該連接點(diǎn)晚于桁架其他部位屈服破壞；連接體中次梁承載力計(jì)算時(shí)不考慮周圍混凝土翼板的有利作用。

2)工程連接體部分結(jié)構(gòu)與塔樓連接處的抗震措施。

綜合考慮項(xiàng)目性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，連接體與塔樓連接處的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震等級比其他部位提高一級，連接體周圍的墻柱及連接節(jié)點(diǎn)按大震不屈服、中震彈性設(shè)計(jì)，墻柱內(nèi)設(shè)置多肢組合型鋼，與型鋼柱相連的梁也采用型鋼混凝土梁。連接體桁架按中震彈性設(shè)計(jì)，連接體的樓板及兩塔樓各一跨的范圍內(nèi)加厚，并在此范圍設(shè)置水平支撐，板內(nèi)鋼筋雙面雙向拉通，使連接體部分能更好地抵抗板內(nèi)產(chǎn)生的水平剪力。

5 結(jié)語

本工程為復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)中的大跨度連體超限高層建筑，我們在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)針對連體部分采用了合理的抗震構(gòu)造措施和性能化設(shè)計(jì)，使此連體結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能。本項(xiàng)目通過全國超限高層建筑工程抗震設(shè)防審查專家委員會(huì)專項(xiàng)審查，目前已建成使用，受到業(yè)主的好評。

[1] GB 50223—2008,建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] GB 50011—2010,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] JGJ 3—2010,高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[4] 建質(zhì)[2010]109號，超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)[Z].

[5] 徐培福.復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005.

Analysis on super high-rise structure design countermeasures of Chuangye mansion in Yantai

Song Xiaohua1Zheng Yunliang2

(1.YantaiBuildingDesignAcademyCo.,Ltd,Yantai264000,China; 2.TrafficTransportationMinistrySalvage,Beijing100736,China)

The paper analyzes structural system of Yantai Chuangye mansion project, discusses the structural out-codes instance, solves out-code structure design difficulties by combining with multi-model, multi-software and elastic-plastic structure calculation, and finally puts forward corresponding high-rise structure countermeasures.

super high-rise, connective structure, seismic resisting measures, foundation base

1009-6825(2017)10-0047-02

2017-01-22

宋曉華(1975- )，女，高級工程師； 鄭云亮(1973- )，男，高級工程師

TU318

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