某高层建筑屋顶增层结构设计方案.pdf

* 一{ 月全目岛目建筑结构≠ 会“* 文 2 0 0 8 } 某高层建筑屋顶增层结构设计方案 刘车进1工雨鹰2潘宠平1黄小坤1曹进申亍1李永取 m 目} } } H R ％R * 镕目ⅢR 目j 口】㈣2 十i n 目⋯￡* 目* 0 月t 4 * n H ㈣9 ∞目筑自№- ＆* 持 构受力体系T 女∞n 提F ．“ 目* P n H 商务g 字楼提m T 屋顶镕层结构方 案．通过增目前■结构受力t 冉勺对№分析，蚍丑W 构忭E 筋、地4 基础庳载山的复核验算，论证7 镕 层结构方案的日打性，舯新增竖向构件筋∞生根镕日做法提m T 设* 建* 。 ；层筑* 目t m 1工程概况 J 匕京某高崖商务写字楼地下四层，地r1 八层。建设用地面积5 8 8 I 矗．总建筑面税6 0 3 5 87 砰 苴 中地下室l8 1 3 07 m 2 ，地上4 2 2 2 8 m ‘ ．建筑檐n 高度7 470 1 r I 。田功能需要，现欲在原有建筑物标高7 39 5 m 处增层．加层土体为两层，中心局部筒体向上继续延伸层。新增第一层建筑层高为48 5 m 、层顶标高 为7 88 0 m ，新增第层建筑层高为85 m 、层顶标高为8 73 0 m 核心筒局部突出新增屋顶高度为35 5 m ， 顶标高为9 08 5 m 。新增层墙、牲混凝上强度等级为c 4 0 ；新增层楼面扳混凝上强度等级为c 3 0 。 康结构体系为现浇钢箭混凝上框架核心筒结构体系，_ } 体结构为A 级高度离层建筑，结构安争等 级为二级建筑抗震设防类圳为而娄，结构设计使用年限为5 0 年。建筑场地类别一类。摹础采用粱 板式筏形基础。标准层平面为约5 1 m 4 I m 的矩形，中心{ i f 心筒覆盖范围约为2 7 m x1 4 m ，塔楼仅外圈 周边有框架柱，长边和短边分别自8 根柱、6 根柁 均包括两根角柱 。标准层外围一圈框架土桨截血 尺寸为8 0 0 9 0 0 m m 标准层内筒和外框2 间主要通过5 0 0 6 5 0 “瑚、8 5 0 7 0 0 一两种截面类型的钢 筋混凝上粱桂| 连。 目l ∞层目镕构3 d 模≯目 l | I Ⅻ{ m 月1 9 j J } m ．r } * ，～“ R 日 圈2 加层R 域Ⅱ而说明示意 第二十届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 8 年 2 ．增层结构方案 新增两层主要采用钢筋混凝土结构体系，以保持与原有结构体型的一致性和协调性。为避免刚度突 变，和建筑师沟通后，原结构顶层所有筒体继续上延一层；至新增第二层，仍保留局部筒体。 第一层加层结构方案层高为4 。8 5 m ，层顶标高为7 8 ．8m 。外围一圈新增混凝土柱生根于原7 3 ．9 5 m 标高柱顶，柱截面尺寸同相邻下层原结构柱；混凝土内筒顶部设压顶梁，截面尺寸为5 5 0 m m 宽 1 0 0 0 I I l 】[ n 高 ；筒体转角处增设十根角柱，其中编号为J Z 2 的柱有两根，柱截面尺寸为9 0 0 I 】[ 1 I I l 8 0 0 1 1 1 ] m ， 柱编号为J Z l 共6 根，截面尺寸为6 0 0 ⅡⅡn x 6 0 0 m m ，柱编号为J z 3 共2 根，截面尺寸为9 0 0 H l m x 6 0 0 m m 。 本层新增楼面采用钢筋混凝土楼板。标高7 8 ．8 m 新增第l 层楼面结构平面布置见图3 。 一疆一甜{群鞋舔引i l l； j ⋯～王． 占盥f 珊占堋f 坤占型 图3新增第1 层结构平面布置图图4新增第2 层结构平面布置图 第二层加层结构方案层高为8 ．5 m ，层顶标高为8 7 ．3m 。外围新增混凝土柱升至8 7 ．3m 标高处， 内筒仅有5 轴与6 轴之间及7 轴与8 轴之间局部墙体升至8 7 ．3m 标高处，下层筒体的十根角柱均升至 8 7 ．3m 标高处。在简体顶部及筒与筒之间设压顶梁，截面尺寸为5 5 0 m m 1 0 0 0 m m 。本层新增楼面采用 钢筋混凝土楼板，荷载及跨度较大的局部楼面以及采光项区域采用钢梁，其余部分采用钢筋混凝土梁。 标高8 7 ．3m 新增第2 层楼面结构平面布置见图4 。 局部筒体向上延伸至标高9 0 ．8 5 m ，层高3 ．5 5 m ，楼面为钢筋混凝土梁板结构。 3 ．加层前后结构整体性能参数对比 为了解增层前后结构性能的变化，对一些宏观计算指标进行了对比。 3 ．1 总质量 原结构与加层后结构的质量对比见表1 。 表l 含地下室 不含地下室 项目 原结构 吨加层后结构 吨原结构 吨加层后结构 吨 活载总质量 0 ．5 L 1 2 1 8 51 2 7 0 86 0 7 86 5 8 5 恒载总质量 1 ．O D 8 3 1 6 3 8 8 8 2 65 2 4 2 95 8 0 9 3 结构总质量9 5 3 4 8 1 0 1 5 3 45 8 5 0 76 4 6 7 8 3 ．2 结构自振周期 原结构与加层后结构的前三个结构自振周期对比见表2 。由表2 可知原结构和加层结构的第一扭 一5 0 。 专ii岢mj黔丑j寸恤膨qi甜“Ⅵ；一 哗i卿l}{鲞斟，毋～|舔；以iii噌业j重J啡i。i茹靠iiJ。≯．．．；；．*；}孓．．．．．．．驴，．．．．．*1 第二十届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 8 年 转自振周期T t 与平动为主的第一自振周期T 1 之比均满足高层建筑混凝土结构技术规程 J G J3 - 2 0 0 2 第4 ．3 ．5 条对A 级高度高层建筑不应大于0 ．9 的要求。 表2 项目原结构 秒加层后结构 秒 第l 周期Y 向平动T l1 ．5 31 ．7 8 第2 周期X 向平动T 21 ．4 61 ．6 7 第3 周期扭转T t1 ．3 21 ．5 l T t 厂r 1 比值0 ．8 60 ．8 5 3 ．3 地上结构基底剪重比 本工程地下室顶板可作为地上结构的嵌固端，取地上结构底层的剪力及剪重比值进行对比。两个水 平方向地上结构基底剪重比对比见表3 。由表3 可知原结构和加层后结构的x 向与Y 向剪重比均满 足建筑抗震设计规范 G B5 0 0 1 1 ．2 0 0 1 第5 ．2 ．5 条不小于3 ．2 ％的规定。 表3 X 向Y 向 项目 原结构加层后结构原结构加层后结构 底层层剪力 k N 3 0 9 4 13 1 2 2 22 9 1 6 0 2 9 2 2 1 地上结构重力荷载代表值 ㈣ 5 8 5 0 7 16 4 6 7 7 65 8 5 0 7 l6 4 6 7 7 6 底层剪重比 5 ．2 9 ％4 ．8 3 ％ 4 ．9 8 ％ 4 ．5 2 ％ 3 ．4 相邻层抗侧刚度比、抗剪承载力比 原结构与加层后结构的层抗侧刚度比最小值 楼层刚度采用高规建议方法，按地震剪力除以地震层 间位移确定。该比值为下层层刚度与上层层刚度的比值 、层抗剪承载力比最小值详见表4 。由表4 可 知原结构和加层后结构的x 向与Y 向层刚度比、X 向与Y 向层抗剪承载力比均满足高层建筑混凝 土结构技术规程 J G J 3 ．2 0 0 2 第4 ．4 ．2 和第4 ．4 ．3 条的规定，无薄弱层出现。 表4 层抗倾I’刚度比层抗剪承载力比 本层与上一层比值的最小值 原结构加层后结构原结构加层后结构 X 向 1 ．0 4 1 ．0 40 ．9 4 O ．9 4 Y 向 1 ．0 61 ．0 50 ．9 50 ．9 5 3 ．5 轴压比 原结构与加层后结构的地下4 层和地上1 层墙、柱的最大轴压比值对比见表5 ，均满足规范要求。 表5 地下4 层地上l 层 项目 墙柱墙柱 原结构最大轴压比 0 ．3 70 ．6 70 ．2 90 ．5 l 加层后结构最大轴压比 O ．3 9O ．7 3O ．3 50 ．5 6 3 ．6 层问位移角及扭转位移比 多遇地震作用下，原结构与加层后结构的最大层间位移角对比见表6 。由表6 可知原结构和加层 后结构的X 向与Y 向最大层间位移角均满足建筑抗震设计规范 G B5 0 0 1 1 2 0 0 1 第5 ．5 ．1 条对框架 一核心筒规定的1 ／8 0 0 限值。 ．5 l 一 第二十届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 8 年 表6 项目原结构加层后结构 x 向最大层间位移角 l ／1 1 9 11 ／1 1 3 9 Y 向最大层间位移角 l ／1 0 1 1l ／9 4 3 考虑质量偶然偏心的两个方向水平地震分别作用下，原结构与加层后结构楼层扭转位移比见表7 。 由表7 可知原结构和加层后结构的X 向与Y 向最大位移与层平均位移的比值及最大层间位移与平均 层间位移的比值均满足高层建筑混凝土结构技术规程 J G J 3 ．2 0 0 2 第4 _ 3 ．5 条规定的1 ．5 的限值。 表7 x 向 x 5 ％偶然偏心最不利Y 向 Y 一5 ％偶然偏心最不利 项目 原结构加层后结构原结构加层后结构 最大位移与层平均位移的比值 1 ．1 71 ．1 51 ，4 11 ．4 1 最大层间位移与平均层间位移的比值 1 ．1 81 ．1 61 ．4 11 ．4 l 3 ．7 小结 1 加层后结构总质量为加层前结构总质量的1 ．0 6 5 倍；由于结构高度和质量均有所增加，加层 后结构的第一自振周期会有所延长，由1 ．5 3 s 增大到1 ．7 8 s ，属合理范围。 2 新加层部分的结构受力体系仍为框架一核心筒，与原结构体系的一致性良好。加层后屋顶结 构标高为9 0 ．8 5 m ，仍满足8 度抗震设防地区A 级高度钢筋混凝土高层建筑最大适用高度1 0 0 m 的要求。 3 加层后结构的重要计算指标 包括层剪重比、楼层刚度比、层间位移角、位移比、层抗剪 承载力比、墙柱轴压比 均能满足相应规范要求。 4 加层后的框架柱、框架梁、主要混凝土墙体的承载力均基本满足规范要求，仅少数连梁有抗 剪截面不足的超限信息显示，可通过局部小范围加固补强进行处理。 5 加层后地基承载力能满足规范要求；沉降变形计算值处于合理范围内。 综上，本工程在原结构顶部增设2 层对原结构影响有限，屋顶加层总体思路可行。 4 ．新增竖向构件与原结构的连接方法 屋顶增层结构的关键在于新增层结构竖向构件与原结构构件可靠连接，对混凝土结构而言，钢筋得 到可靠的锚固是关键。因此，本项目楼面标高7 3 ．9 5 m 外圈向上新增的框架柱以及混凝土墙体主筋的可 靠生根锚固是重点所在。 4 ．1 外圈新增框架柱纵筋生根方法 经和业主、建筑师沟通，塔楼外圈约9 0 0 n 皿高的窗下墙可为结构所用。在原结构外圈框架梁上方 新增设一圈9 0 0 9 0 0 m m 的钢筋混凝土梁 简称卧梁 ，新增卧梁与原框架梁之间依靠箍筋、连接筋、 新旧混凝土咬合作用连接为一体 见图5 示意 。由于卧梁刚性大，可以作为新增框架柱中部分纵筋的 可靠生根锚固体。 以边框架柱为例，图6 ～图9 说明了新增边柱最外侧边、最内侧边、其余两边新增柱筋的生根锚固 做法。角柱为边柱的一种特例情况，可以参照执行。 4 ．2 原简体上方新增剪力墙主筋生根方法 在原结构简体区域内，将标高7 8 ．8 0 m 楼板向下1 0 0 0 舢m 高范围内的混凝土凿除，新增一圈5 5 0 1 0 0 岫咖的压顶梁，新增剪力墙的主筋生根于其中，见图l O 。 ．5 2 ． 第二十届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 8 年 剔除原枉边约1 0 0 m m 厚琨凝主．露＆纵筋 图5新增钢筋混凝土卧梁与原外圈框架梁连接示意 图6 新增框架柱最外侧边主筋生根做法 新增加层拄 新增枉王蘑 蔚锚 新增卧棠 桂顶抗剪钢蘑植蘑 。 新增卧巢 8 } 擅 厚秉＼ 架内枉曩蔷 - 一 8 r 一 7 39 5 0 一 ，＼／一 r 一 n 『一 1 一 l，- 日 L ￡匹 ≥1 0 d 1 原框絮粱 原框絮柱 图7 边柱新增主筋生根锚固做法平面示意图 图8 新增框架柱两边侧边主筋锚入新增卧梁 图9 ．1 新增外圈框架柱最内侧边主筋生根方法l图9 2新增外圈框架柱最内侧边主筋生根方法2 ．5 3 ． 第二十届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 8 年 4 ．3 新增筒体角柱主筋生根方法 为支承新增楼层的楼面框架梁，在筒体侧边和角部增设了部分钢筋混凝土柱。新增柱在标高 7 3 ．9 5 m ～7 8 ．8 m 范围内与原结构墙体的连接做法见图l l ，新增筒边柱通过新旧混凝土连接、抗剪连接筋 以及标高7 8 ．8 m 处1 m 高的新增墙顶梁与原简体连为一体。 图l O 新增剪力墙主筋生根做法图1 1筒体侧边和角部新增钢筋混凝土柱连接做法 增层结构施工注意事项 1 在浇注新混凝土时，原混凝土表面应凿毛，清除干净后，适当湿润，并新涮一层界面剂，以 确保新旧混凝土形成一体。 2 施工时，应采取确保施工质量和施工安全的措施。在剔除原有结构前必须对可能影响到的原 结构 包括梁、板 进行可靠支护，并对新设支护的下方主体支承结构进行复核验算。 3 梁板开洞、锚筋及灌浆、加固需要由有一定经验的专业施工队伍完成。孔洞宜采用机械钻孔， 事先应探测原钢筋位置以免对原结构造成损伤。如无特殊说明，剔凿混凝土时，原结构中钢筋不得切断。 4 图4 中跨度最大的两根钢梁H1 4 0 0 5 0 0 3 0 5 0 的支承柱中埋设构造型钢，型钢高度不小 于3 ～4 m ，型钢表面设置栓钉以增强和混凝土之间的联结。 5 为保证增层结构的耐久性，化学植筋用结构胶除对抗拉、抗剪设计强度指标提出要求外，对 耐高温、抗老化性能指标也应提出具体要求。 ．5 4