哈尔滨工业大学建筑科技大厦结构设计.pdf

低温建筑技术 2 0 1 0年第 7期 总第 1 4 5期 哈尔滨工业大 学建筑科技大厦 结构设计 寒军 黑龙江省建筑设计研究院 ． 哈尔滨1 5 0 0 0 8 【 摘要】 哈尔滨工业大学建筑科技大厦建筑总平面为 H形， 建筑面积为 6 4 5 6 7 m 。地下2层 ， 地上 2 9层 ， 局部裙房为 5层， 大底盘无缝设计 ， 框支剪力墙结构。基础采用大直径人工挖孔扩底灌注桩基础， 并采用桩底后注 浆技术。上部结构设计时采取措施尽量减少转换层上下楼层结构的抗侧刚度和承载力变化， 增加落地剪力墙数 量 ， 弱化上部剪力墙布置 ， 力求平面简单。本文从基础设计、 上部结构布置、 结构整体计算分析等三方面介绍了工 程的结构设计 ， 总结了框支剪力墙结构的设计要点。 【 关键词】 复杂高层 ； 框支剪力墙； 转换层； 后桩底注浆 【 中图分类号】 T U 2 4 4 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 2 0 1 0 0 7 0 0 2 6 0 3 1 工程概 况 哈尔滨工 业大 学建 筑科 技 大厦 位 于哈尔 滨市 南 岗区， 黄河路与华 山路 交汇 处东南 角。整个平 面为 H 形， 建筑面积6 4 5 6 7 m ， 其中地上部分 5 3 3 8 7 m ， 地下部 分 1 1 1 7 8 m 2 。地下 2层车库 ， 地上 1～ 5层展厅 、 办 公 ， 6～ 2 9层住宅 ， 为转换层设 于 5层 的框支剪力墙结 构 ， 采用梁式转换。主体结构总高度为 9 9 ． 7 0 m。建筑外 观效果 图见图 1 。本 工程未设永久 性变形缝 。基础采 用大直径人工挖孔扩底灌注桩基础 ， 并采用桩底后注 浆技术 。 根据 岩土工程勘察报告 及建筑抗震设计规范， 场地地震基本烈度为 6 。 ； 抗震设防烈度为 6 。 ； 设计基 本加速度为 0 ． 0 5 g ； 设计地 震分组 为第一组 ； 特征周期 为0 ． 3 5 s ； 建筑场地类别为 I I I 类。 工程建筑结构安全等级为二级， 结构设计使用年 限为 5 0年 ， 抗震设防类 别为丙 类 ， 地 基基础设计 等级 为甲级 。基本风压为 0 ． 6 5 k N ／ m ， 地面粗糙度为 c类 。 2地基基础设计 ‘ 2 ． 1 工程地质情况 根据 岩土工程勘察报告 可知， 本工程场地属松 嫩冲积平原地貌单元 ， 地基土为冲积、 洪积形成， 具有 明显的粘性 土和砂类 土的双重结构。场地地形较为平 坦， 地基土分布均匀， 地表至持力层分布情况见表 1 。 地下水类型为潜水 ， 静止水位 2 5 ． 8 7～ 2 5 ． 6 9 m， 丰水期 水 位抬升 1 ． 0～1 ． 5 m。 由于拟建场地内已有部分旧桩 省供销社 1 6层 Y型建筑桩基 ， 对工程基础设计造成较大影响。 2 ． 2 基础形式的确定 1 基础选型 根 据 岩土工程勘察报告 ， 上层 土层多为承载力不高 的粘性土层 ， 故 本工程无 法采用 浅基础 ； 而 l 2层粗砂层性质较好 ， 层位连续且较厚 、 稳 定密实， 是桩基础 良好的持力层。故本工程采用大直 径人工挖孔扩底灌注桩基础， 并采用桩底后注浆技术， 桩 端 落 于 1 2层 密 实 状 粗 砂 层 中。桩 径 由 8 0 0～ 1 6 0 0 m m不等 ， 根 据 上 部 荷 载 扩 大端 直 径 由 1 0 0 0～ 3 8 0 0 m m。单桩承载力特征值为 3 2 0 0 k N至 2 6 5 0 0 k N， 桩长约 1 1 n l 。 表 1 地表至持力层分布 土层 土层厚 度／ m ①杂填土 ②粉质粘土 ③粉质粘土 ④粉质粘土 ⑤粉质粘土 ⑥粉质粘土 ⑦粉细砂 ⑧ 粉质粘 土 ⑨ 粉质粘土 ⑩ 粉质粘土 ⑩中砂 粗砂 ⑩ 粗砂 O ． 5 O～2 ． 0 o 0 ． 9 0～2 ． 0 0 1 ． 3 O～4 ． 3 0 0 ． 5 O～3 ． 7 O 0 ． 9 O 一2 ． 9 o 1 ． 5 0 ～4 ． 8 O 0 ． 7 O ． - 3 ． 5 0 1 ． 0 0 ～2 ． 9 0 0 ． 8 O一2 ． 5 O l | 9 0 ～4 ． 9 o 1 ． 0 o一2 ． 8 O 2 ． 8 0～5 ． 4 0 2 ． 7 0～6 ． 7 0 2 旧有 桩基处 理 本工程 8～l 4轴 范围 内存 在大量旧桩 原有 y型建筑基础 见图 1 ， 经现场勘察 其桩身强度很低， 质量较差， 不能作为工程桩使用。新 建建筑物大面积基础与 原有基础相碰 ， 故 在桩基础 施 工前必须先对 旧桩进行 “ 截桩 ” 处理 。“ 截桩 ” 时 不得 扰动旧桩周围土体。“ 截桩” 后保证旧桩顶面与承台 或基础梁 、 板底 面问 留有 3 0 0～ 5 0 0 m m， 空 隙可填碎石 垫层。在 旧桩之间挖新 桩时必须做 好护壁 ， 确 保施工 人员安全。如新增桩与旧有桩相碰时可把相碰部分凿 除， 也可在旧桩桩端_ 下 再进行扩孔 ， 具体做法见图2 。 寒军 哈尔滨工业大学 建筑科技大厦结构设计 搬 一 图l 原有旧桩桩位图 图2 新 旧桩相碰处构造做法 3 工程桩 布置 布桩 时为躲 开原有 旧桩 ， 本工 程局部区域采 用在 旧桩之 间挖新 桩 扩底 、 扩 孔 的方 法， 从而造成不等间距及不规则布桩 ， 为使桩裙承载力 合力点与长期荷载重心重合 ， 存在不 同承载力的桩混用 的情况 ， 进而承 台形 状各异 ， 受力复杂各不相同， 相应增 大承台形状 、 体积及配筋 ， 造 成承 台过 大形 成大体积混 凝土， 为防止混凝土开裂 ， 承台中部加设钢筋 网片。 3上部结构设计 3 ． 1 结构类 型的选择 哈尔滨工业大学建筑科技 大厦工程 ， 地下 2 层 ， 地 上 1～ 5层 展厅 、 办公 ， 6～ 2 9层住 宅 。本 工程转 换 层 位于 5 层 ， 属于高位转 换 ， 且 框支 层 中 2～ 4层 采用 错 层楼板 ， 框支层楼梯在 7 ， 9轴处开有 洞 口， 造成楼板 的 刚度削弱， 受力复杂。依据 J G J 3 2 0 0 2 高层建筑混 凝土结构设计规程 ， 其属于带转换层、 带加强层、 错 层结构 的复杂高层建 筑结 构 ， 结 构体 系为部分 框支 剪 力墙结构 。其框支框 架 、 底 部加 强部位 剪力墙 抗震 等 级 为一级 ， 非底部加强 部位剪力墙 的抗震等级为三级 。 3 ． 2 结构转换层设计方案 作为带转换层的高层建筑， 转换层的下部楼层 由 于大空间的要求 ， 使得上部剪力墙结构的剪力墙近半 数 落不下来 ， 造成下部 刚度 比转换层上部楼层 刚度小 ， 故设计 时采 取措 施 尽量 减 少 转换 层上 下 楼层 结构 抗 侧 刚度及 承载力 的变化 ， 以满足抗风 、 抗震设计要求 。 1 上部 平 面布 置力 求 简单 、 规则 、 对 称 ， 尽 量 使 荷载的合力 中心与结 构 刚度 中心重合 ， 以降低扭 转 等不利影 响。 2 尽量增加落地剪力墙的数量， 控制转换层 上下刚度突变。 3 传力 直接 ， 优化 转 换结 构 。布 置 转换 层 上 下层竖向结构时 ， 尽量使水平转 换结构传力直接 ， 避免 多级复杂转换 。 4 加强 下部 ， 弱 化上 部 。为控制 转 换层 上 下 剪弯刚度 比， 并保证下 部大 空间整 体结 构有适 宜 的刚 度、 强度、 延性及抗震能力 ， 采用提高下部混凝土强度、 加大底部剪力墙厚度 、 减 薄上 部剪力墙厚度 、 开洞等措 施来加强下部刚度 ， 弱化 上部刚度 。 3 ． 3 框支 转换 层受力特点 1 竖 向刚 度变 化 框 支 剪力墙 转 换层 框支 梁 以上 为抗侧 力刚度很大 的剪力墙 ， 与下 部 的框 支柱 抗 测力刚 度差异较大。 2 在竖向荷载作用下， 框支剪力墙转换层上 的墙体有拱效应， 两支座处竖向应力大 ， 同时存在水平 向应力 ， 中间出现拉应 力。框支 梁除 有 弯矩 、 剪 力外 ， 还有轴 向拉力。跨 中拉力大， 支座小， 洞 口处拉力更 小。框支柱除有弯矩、 轴力外， 还承受较大的剪力。 3 框支转换层楼板传递水平力 ， 协助框支梁 受拉 。 4 框支梁为拉、 弯 、 剪构 件 。正 截面承 载力按 偏 心受拉计算 ， 斜截面承载力按拉 、 剪计算 。 3 ． 4超长结构设计 本工程 6层 以下 为超 长结 构 ， 为 满足 建筑 功能及 施工进度要求 ， 采用无缝设计， 依据 超长钢筋混凝土 结构无缝设计与施工方法 专利号 9 3 1 1 7 1 3 2 ． 6 ， 在 基础底 板 、 侧墙 及各层梁 、 板 中均掺 人膨胀补偿 收缩混 凝土 ， 加设膨胀 加强带 ， 以减小混凝 土过长而引起的收 缩应力 。 4结构整体计算分析 本 工程设 计 时采用 中国建 筑 科 学研 究 院 P K P M 系列软 件 S A T WE结 构 空 间有 限 元 分 析 设 计 软 件及 P M S A P复杂空间结构分析与设计两种软件进行整体 内力 、 位 移计算 分析。对全楼 采用 刚性楼板假定 ， 在考 虑偶然 偏心 、 双 向地震 扭转效应 下 ， 得 出本工程主要控 制参 数。 4 ． 1 嵌 固端位 置的确定 采用剪切刚度算法 ， 地下室结构 的楼层侧 向刚度／ 一 层结构楼层侧向刚度大于 2 ， 故嵌 固端选在地下室 结构顶板处 。 4 ． 2 结 构 自振周期 表 2 结构 自振周期 结构扭转 为主的第一 自振周 期／ 平动 为 主的第一 自振周期 1 ． 0 0 5 5 ／ 1 ． 2 3 3 9 0 ． 8 1 4 0 ． 8 5 。 4 ． 3结构层 问位移 比 4 ． 4 转换层上部与下部结构侧向刚度 比 1 采用剪弯刚度算法 ， 转换层上部与下部结 构 等效侧 向刚度 比 向 1 ． 1 3 6 ； Y向 1 ． 1 0 5 。 2 采用层 间剪力 比层 间位移 算 法 ， 转换 层 侧 向刚度与相邻上部楼层侧向刚度比 向 6 6 ． 3 2 5 ％； y 向 6 ． 9 2 1 8 ％ 。 在周期 、 水平位移、 层问位 移、 转 换层上部结构与 低温建筑技术 2 0 1 0年第 7 期 总第 1 4 5 期 某大型水泵试验 用大型矩形水池设计 杨兴明 ， 姚谏 。 卢哲刚 1 ．浙江大学结构工程研究所， 杭州3 1 0 0 2 7； 2 ．浙江树人大学城建 学院。 杭州3 1 0 0 1 5 【 摘要】 通过介绍某电泵有限公司新建水泵试验工程的设计， 试图从设计角度提出建造水池这类特种结 构的一些行之有效的策略， 以保证水池的结构安全 ， 降低水池的建造成本， 简化水池的施工工艺。对钢筋混凝土 水池设计的关键步骤进行罗列， 对应重点注意的地方给予说明， 并提出了作者在设计过程中积累的经验及看法。 【 关键词】 钢筋混凝土水池； 结构安全； 施工工艺 【 中图分类号】 T U 3 7 5 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 l O O l 一 6 8 6 4 2 0 1 0 0 7 0 0 2 8 0 3 1 工程概况 本工程为某电泵有限公司新建水泵试验工程， 其 水池工程的该水池位 于厂房室 内地 下 ， 地下 水位标 高 为 一1 1 ． 5 m， 土 壤为粘 土。水池顶 盖 与支柱 按 框架 粱 柱现浇设计 ， 标高与厂房地面平 ， 上 面用于水 泵装 配 ， 活荷载考虑 2 0 k N ／ m 2 。 水 池基本参数 混凝 土 C 2 5 ， 池顶 盖厚 1 8 0 n u n ， 池 壁厚 3 5 0 ra m， 池底 厚 3 5 0 ra m， 支柱 数 量 2 4 ， 支 柱 尺寸 4 0 0 X 4 0 0 。池底 C 1 5混凝土垫层 l O O m m， 水 池底 板外 伸 3 0 0 ra m， 地基承载力 】 5 0 k N ／ m 。 2 设计计算 2 ． 1 荷载 作用在水池上的各种荷载， 包括池顶荷载、 顶盖自 重 、 池壁外部侧压力 、 池 壁内部水 的侧 压力 、 池 盖支柱 重量、 池底水压力 、 地基反力 、 地下水浮力 ， 以及温度 变 化产 生的附加应力 。 1 池顶荷载 包括池顶活荷载 q 和顶盖 自重 。 2 池壁荷载 按 以下各 式进行 计算⋯ 池 内底 面处最大水压力 标准 值 P 7 ； 池壁顶端 土压力 标准值 P y h t a n 4 5 。 一 ／ 2 ； 池壁底部土压力标 准值 P h 。 H t a n 4 5 。 一 ／ 2 ； 地面活荷载引 起的池壁 侧压力 标 准值为 常数 P q l t a n 4 5 。一 2 ； 池壁顶端侧压力组合值 P P P 。 ； 池壁底端 侧压力组合值 P P P 越。 以上各 式 中， y 是 水 的重度 ， 1 0 k N ／ m ； ， ， 是 池外 回填土的重度， 1 8 k N ／ m ； 是池外回填土的内摩擦 角 。 无资料时取 3 O 。 。 3 池底荷载 水池在抗浮设计时， 仅考虑整个 水池混凝土结构 的 自重 包括池盖、 池壁、 池底、 支 柱 。计算水池地基承载力 时， 除了考虑水池结构 自 重外 ， 还须再加上水池蓄满水时水 的重量。 下部结构 的侧 向刚度 比均 满足设 计规范 的前提 下 ， 进 行优化设计比较确定最终设计方案。 表 3 结构层 间位移比 5结语 1 带转换层的结构在布置上下 主体竖 向结 构 时 ， 尽 可能布置成上下竖向构件连续贯通 ， 水平转换结 构传力直接， 设计时采取相应措施减少上下楼层抗侧 刚度及承载力的变化。 2 本 工程 6层 以下 为超 长结构 ， 为满 足建 筑 功能及施工进度要求 ， 采用无缝设计 ， 掺人膨胀补偿收 缩混凝土 ， 加设膨胀 加强带 ， 以减小混凝 土过长而引起 的收缩应力 。 3 框支 梁 为拉 、 弯、 剪构 件 ； 框支剪 力墙转 换 层上的墙体有拱效应； 框支转换层楼板传递水平力， 协 助框支梁受拉 。 参考文献 【 1 ] 李 国胜． 多高层 钢筋混凝 土结构设计 中疑难问题的处理及算 例[ M] ． 北京中国建筑工业出版社， 2 0 0 5 ． [ 2 J J G J 3 2 0 0 2 ， 高层建筑结构混凝土结构技术规程[ s ] ． f 3 ] G B 5 0 0 0 7 2 0 0 2 ， 建筑地基基础设计规范[ s ] ． f 4 ] 唐 兴荣． 高层建筑转换层结 构设计与施工[ M] ． 北京 中 国建 筑工业出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 5 ] G B 5 0 0 1 1 2 0 0 1 ， 建筑抗震设计规范[ s ] ． [ 收稿 日期] 2 0 1 00 30 9 【 作者简 介] 寒军 1 9 6 9一 ， 女 ， 哈尔滨 人 ， 高级工程师 ， 从 事结 构设计工作 。