南京银河大厦结构设计.pdf

％一十月争H 自9 4 m 镕 { 术e H 镕女 2 呻8 4 南京银河大厦结构设计 周建汪凯 自自m 4 m ＆f * E R m * o qm 女2 1 0 0 D 3 m 要本女舟目7 南京镕w 厦∞结构设} 卜 T * ￡n 新m 规m 交* 目m ，有多 Ⅲ存A 着超m ．“ “ 中针对超m 部”来取r 苜艘的结构措施．驭 I 较好∞敏 散* 。 关键目超高侧向刚应十‰⋯Ⅻ转不规则 1 工程概况 南京银河人厘 罔1 是一幢集酒店、办公、商 业为一体的大型综合性公艿建筑，位丁南京r H 繁华的 商业K 中山北路与山两路的交月处，北制与山幽路市 民J 场相对．西血与金山人厦、变通银行南京总行相 邻，地下通道的出入口与未柬地铁入口相连．地胖位 置十分重要，也是山两路地段的标志性建筑。陵上程 于2 0 0 2 ～2 0 0 3 年{ l } 计完J 止，2 0 0 6 年建成投八使Ⅲ。 本工程卡楼地上4 5 层．地下3 层，建筑物地面以 上高度为1 6 6 1 5 米，地面以下高度为l l7 5 米捕房 8 层，地r3 层，地面咀上高度3 43 5 米，地面以F 高 度为1 17 5 米，主楼屋顶为直引机平台。总建筑面秘 为1 0 8 1 0 4 平方米。奉】，程抗震设防烈艘为7 度，ⅡI 类 场地上．基奉风压按超高建筑取04 5 k N ，Ⅲ2 ，c 类场地 粗糙度。框架抗震等级为一级，抗震墙抗震等级为一 级，地基基础设计等级为甲级，地F 室为 、级人防。 奉J 程土楼粟用制筋混凝十核心筒加周边型制棍凝十 框架的钢一混凝土混台结构体系。 2 结构设计 圈l 南京韫河大厦 21 地基基础设计 根据勘察资料．本场地覆盖层厚3 2 米，平均剪切波速1 4 5 州s 2 ，根据建筑抗震设I 规范 G B 5 0 0 l l 一2 0 0 l 关于场地分类的规定，该工程场地类别处丁I I 炎和Ⅲ娄的分界附近，宜划分为I I 类场地 月t 日1 蝌3 m ⅫW R ∞Ⅸ 女』R 日 ＆Ⅱm 目』M 一7 8 - 第十目全日高层建筑结构学 o H m 立2 0 0 8 年 』I ．由于L 程数汁叫处十新旧蛳范交替阶段．汁算程序仍为⋯规范，为偏丁寅令，托电算中场地类别 取I l I 炎。小场地属于抗震小剧地段。本】程上楼部分荷载较人，采用十1 2 0 0 钻孔灌7 t 桩，错房采用m R 0 0 钻孔j 薷7 E 桩，均以 一2 展中B l 化层作为桩端持力脎，以减少上楼与拼房的沉降蔗。土楼自效桩长 为2 5 米志矗，讲肪T l 教桩妊为2 6 米A 右，{ 楼01 2 0 0 批的单桩承载力设订Ⅱ【为1 4 5 0 0 K N ， 岩深度2 米．裙房8 0 0 桩的甲桩承教力设计情为5 5 0 。K N ， 、深度12 米。根姑计算．建筑物的 ’c 降毛耍以 ；日i _ 的压缩变形量山丰，t 楼沉阡为约为3 0 m m ，裙房扰降约为2 0 ⋯岍者有一定的沉降差，幽而在高 低层之间设置，施l 后浇带，咀减少囚差异沉骄对结构产生的不利影响。建筑物竣1 后的实删数据， 主楼蛀大 [ 降为2 8 m m 、裙房盛 沉降为l8 叫n ，与预估的沉降相当吻台。 22 结构体系 上楼土要采用制筋混凝上核心筒 ’j 钳粱连接部分简内配有构造型钢 厦型钢混凝上外框架两个抗侧山 结构体系。其中核心筒H 0 为2 55 m x l 32 m A 右，、r 面形状为梯形，承担土兰的地震剪力，为了使混台结构 体系蜓＆} 地发挥作用，J 刹筋混凝』，核心筒的四个角部以殳与框架粱a I 连的墙体中设制旨混凝} 睛柱。为r 提 高，} 框架的延性，减小框架柱的截痂H 寸．框架柱采用掣铡混凝 十牲，’“铡 d 苛车按1 暾剥l 压比【『J 要求{ 卒制杠6 ％～8 ％，底L 翱‘架 、c 柱截而J t 寸为1 3 0 。x 13 K h 姗，逐步收减截面尺、，至 1 0 0 0 n m x l O ∞删u 框架爨靛据受力情况．底郝采用型铡混凝十 粱，一1 九层Hr 栅普通铡筋混凝} 日 术j _ 程} h 于建筑功能的需要，裙楼1 0 t 楼问来设抗震缝．裙 楼的抗震等级同主楼。⋯j 。上楼偏置较多，下部几层的刚质偏心 较大，利用裙楼峰向变通的楼、电梯的竹霄卧＆局部建筑功能允 讪的位置醴罾钢筋辊糍土剪力墙，形战局部扰侧力组，来提高结 社』的抗扭刚度，使结构的位移比能满足规范的指标要求。在上楼 1 j 裙楼之州设置后浇带，以斛决早期混凝上收缔吼技两青的0 C 降 差Ⅻ题。 奉丁程建筑结构安全等级为一级．地基基础设计等级为甲级， 桩基安全等级为一级，设计使用年限为5 0 年，抗震设防类别为训 娄，抗震设防烈度为7 度，基本地震自u 速度为0 1 诹．设讨地震分 组为第￡n ，水平地震影响系数蛙人优为00 8 ，场地类别为1 1 1 炎． 地基液化等级为浅层罩} 微波化，场地特征周期为03 5 s ．基术风 压债 1 0 0 年 为04 5 K N 脯．基本雪压{ 自为O6 5 K N ，M 2 ．“ l 荷找 体形系数为l4 地面翱糙度为c 类．建筑物高宽比为53 ，塔楼框 架和剪力墒抗震等级均为一级，礴房框架和剪力墙抗震等级均为 一级．结构类型塔楼为框槊筒体结构．裙房为框架目9 力墙结构。 蚓2 T 程整| 【} 甜算模型 23 结构计算 23 1 计算程序 按照高层建筑混链上结构技术规程 J G J 3 - 2 0 。2 要求采用两种不同力学模犁的 维卒m 』羁7 序进行结 构整体内力、位移计算 见陶2 ，井来州弹性时程分析进行补充训算。率工程采用中国建筑科学研究院编制 的不阿打学模型程序s A l w E 、1 Ⅺ进行整体分析计算。其中s A l w E 秸痒的计算模型采用空间杆单元模拟 粱、柱及支撵构件．果用在壳单元蜘上形成的J { } 元模拟剪力墙。墙元模蛳剪力墙涧口无限制，可考虑、P 黧蕤瓣鬻 第二十届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 8 年 面外刚度；对于楼板程序给出四种简化假定，即楼板整体平面内无限刚、分块无限刚、分块无限刚带弹性连 接板带和弹性楼板。1 A T 程序的计算模型采用空间杆系、薄壁柱计算模型，对剪力墙采用薄壁杆件的假定， 并假定楼板在平面内刚度无限大，平面外刚度为零。两种程序分析出的结构反应特征、变化规律基本吻合， 各项指标均能满足规范要求。 2 ．3 ．2 计算结果及分析 表1结构计算分析主要结果指标 序 项目参数 程序一程序二 号 S A T W E T A T 规范控制值 T l4 ．3 8 3 5 Y 向甲动4 ．1 6 5 4 Y 向平动 1周期 S T 2 3 ．2 6 6 2 X 向平动3 ．0 8 4 3 X 向平动 T 31 ．9 8 2 扭转1 ．7 5 2 7 扭转 2周期比 O ．4 50 ．4 20 ．8 5 X 向1 ．6 0 1 ．6 0 3 剪重比 ％ 1 ．6 0 程序调整 Y 向 1 ．6 01 ．6 0 有效质量X 向 9 1 ．9 09 2 ．3 0 4 系数 ％ ≥9 0 Y 向 9 2 ．8 69 7 ．2 0 X 向 6 ．1 85 ．2 0 ≥1 ．4 整体稳定满足，≥2 ．7 5刚重比 Y 向 3 ．6 34 ．3 4 不需要考虑重力二阶效应 地 震 X 向 1 ／1 8 7 1l ／1 9 2 4 作 1 ／8 0 0 6 层问位移角 用 Y 向 1 ／1 1 4 ll ／1 2 3 5 风 X 向1 ／3 5 6 3 1 ／3 2 6 5 荷 1 ／8 0 0 载Y 向 l ／1 7 2 3l ／1 8 2 3 X 向 1 ．3 7 ／1 0 层1 ．3 2 ／l O 层 7最大层间位移比 ≤1 ．4 Y 向 1 ．2 9 ／1 0 层 1 ．3 1 ／1 0 层 楼层刚度比最小值 X 向1 ．0 0 5 6 ／2 6 层1 ．0 1 3 2 ／2 6 层 8 ≥1 及所在层数 Y 向1 ．0 4 6 2 ／2 6 层1 ．0 2 5 4 ／2 6 层 9 底层柱／墙轴压比最大值 O ．6 8 ／0 ．4 80 ．6 8 ／0 ．4 70 ．7 0 ／O ．5 0 1 0 结构总质量 t 2 2 2 6 9 02 2 1 7 8 9 从表1 计算结果来看x 向与Y 向的周期相差较多，由于建筑大底盘加偏置主楼造成两向刚度相 差较多，在裙房几层中结合竖向交通部位设置了剪力墙组，调整了刚心与质心的偏心距，两向的刚度 仍有差别，但建筑结构周期处在经验值 O ．0 8 ～0 ．1 2 范围之内；计算结果的层问最大位移角满足规范 1 ／8 0 0 的限值；楼层最大位移 层间位移 与楼层平均位移 层间位移 之比的最大值满足规范 1 ．4 的要求；扭转周期与平动周期之比小于O ．8 5 ；框架承担的地震倾覆力距均小于5 0 ％的总地震倾覆力 矩；时程分析结果可知，楼层剪力、层间位移均小于振型分解反应谱 C Q C 法。 根据高层建筑混凝土结构技术规程要求，结构高度大于1 5 0 米的建筑，应进行顶点顺、横风 向的最大加速度计算，按照高层民用建筑钢结构技术规程的计算方法，计算结果见表2 ，满足规范 限值O ．1 5 I n ／s 2 的要求。 第二十届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 8 年 表2 顶点加速度 坐标顺风向横风向 周期 4 ．3 8 3 5 周期3 ．2 6 6 2 Q 0 0 顶点加速度a I m ／s 2 O ．0 3 顶点加速度a 。， m ／s 2 0 ．0 5 周期 3 ．2 6 6 2 周期4 ．3 8 3 5 a 9 0 顶点加速度a _ m ／s 2 O ．0 8 顶点加速度a 。 m ／s 2 O ．1 l 2 ．3 ．3 结构超限判别 工程设计是在新旧规范交替阶段，根据建筑抗震设计规范 G B5 0 0 1 1 ．2 0 0 1 和高层建筑混 凝土结构技术规程 J G J3 ．2 0 0 2 的有关条文，本工程存在以下超限情况，属超限高层建筑。建筑二 层平面和标准层平面分别见图3 、图4 。 1 高度塔楼总高度为1 6 6 ．1 5 米，根据高层建筑混凝土结构技术规程 J G J3 ．2 0 0 2 第4 ．2 ．2 条”在7 度区高层建筑中，混凝土框架一简体结构体系的最大高度为1 2 0 米”，高度超限3 8 ．4 5 ％，按规 程应属B 级高度的高层结构。 2 侧向刚度不规则由于裙房顶层和避难层的设置对建筑平面及层高的特殊要求，在9 层、2 6 层存在建筑抗震设计规范 G B5 0 0 1 1 ．2 0 0 1 第3 ．4 ．2 条“该层的侧向刚度小于相邻上一层7 0 ％或小 于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值8 0 ％”的情况。 一 3 扭转不规则根据高层建筑混凝土结构技术规程 J G J3 ．2 0 0 2 第4 ．3 ．5 条的要求，在考虑 偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层问位移，混合结构高层建筑不宜大于 该楼层平均值的1 ．2 倍，不应大于该楼层平均值的1 ．4 倍。本工程由于主楼与裙楼间不能设置抗震缝， 使得结构的质心与刚心的偏心距较大，部分楼层层间位移最大值与层间位移平均值比值超过1 ．2 ，最大 达到1 ．3 7 。 4 楼板局部不连续根据高层建筑混凝土结构技术规程 J G J 3 ．2 0 0 2 第4 ．3 ．6 条规定当楼 板平面比较狭长、有较大的凹入和开洞而使楼板有较大削弱时，应在设计中考虑楼板削弱产生的不利 影响。楼面凹入或开洞尺寸不宜大于楼面宽度的一半；楼板开洞总面积不宜超过楼面面积的3 0 ％；在 扣除凹入或开洞后，楼板在任一方向的最小净宽度不小于5 m ，且开洞后每一边的楼板净宽度不应小 于2 m 。由于建筑平面功能的要求，在建筑物裙房部分开设了大的中庭，造成平面楼板开洞面积较大， 3 、．4 、5 层楼板开洞面积大于该层裙楼楼面面积的3 2 ％，不满足规范要求。 2 ．3 ．4 结构超限解决措施 1 设计中采用两种不同力学模型的三维空间分析软件进行整体内力和位移计算，并对结构在特 殊部位进行单独分析，确保结构设计合理。 2 平面布置方面，因建筑功能的需要，建筑物在上部无法设置抗震缝，因此，在裙房部分结合 建筑竖向交通的楼、电梯的位置以及局部建筑功能允许的位置设置钢筋混凝土剪力墙，形成局部抗侧 力组，来提高结构的抗扭刚度，使结构的位移比能满足规范的指标要求。 3 主楼柱、梁根据受力情况分别在下部楼层中设置型钢混凝土结构，更好的提高结构的延性和 抗震能力。在型钢柱与混凝土柱交接过渡部分设置混凝土芯柱。并在过渡段箍筋全长加强。 4 主楼、裙楼的柱、梁、墙均按一级抗震等级设计。纵筋和箍筋采用新ⅡI 级钢。为了提高结构 构件的抗震能力和延性，设计中将核心筒剪力墙的轴压比控制在0 ．5 之内；外框架型钢混凝土组合柱 轴压比O ．0 0 以上控制在0 ．6 5 之内。 ．8 1 ． 第二十届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 8 年 5 对于薄弱层部分，加强上下层的结构配筋，设置型钢混凝土梁、柱。对于2 5 层由于是设置了 避难层，层高为5 4 0 0 ，相对于其它层3 4 0 0 相比，形成薄弱层，通过调整2 6 、2 7 、2 8 层的层高为4 2 0 0 ， 使2 5 层的侧向刚度大于2 6 层的7 0 ％，且2 5 层的侧向刚度大于2 6 、2 7 、2 8 层侧向刚度平均值的8 0 ％。并加大框架梁的高度，增厚钢骨混凝土框架梁、柱内型钢的厚度，以尽量减少由于层高变化对结 构刚度的影响，提高结构薄弱层的强度和延性。 6 在裙房屋顶平面层因建筑平面的变化，形成刚心与质心的偏移较多，该层处的最大层间位移 比也较大，通过合理布置裙房的剪力墙位置，来调整该值，使得其数据能在规范允许范围之内。 7 对于局部楼板开洞较大的楼层，将相应楼层楼板的厚度适当加厚，配筋率适当加大。在电算 中设置开洞板和完全弹性板，除考虑楼板变形影响外，更为准确的模拟楼板实际状况，在设计时对结 构楼板作加强处理，通过适当加厚洞口附近的楼板，并采用双层双向配筋，适当提高连接框架柱的楼 面框架梁和楼面板的配筋率，保证楼板在水平地震作用下仍具有足够的刚度和变形能力，并确保水平 力的有效传递。提高外框架梁的配筋设计，加强和协调结构的整体作用。 3 结束语 结构设计是在保证建筑物安全，技术可行的前提下，以经济的手段来实现预期的效果，建筑结构 的合理方案，对经济指标影响较大。本工程为超高建筑，上部标准层的层高为3 ．5 米，2 8 层以下主框 架梁采用了钢骨混凝土梁，有效的提升了使用空间，满足建筑对净高的要求。框架柱采用钢骨混凝土， 柱截面尺寸减少了2 0 ％，增加了可使用面积。钢骨混凝土结构比传统的混凝土结构结构承载力大、刚 度大、抗震性能好，与钢结构相比，具有防火性能好，结构局部和整体稳定性好，节约钢材。由于建 筑功能的需要，主楼与裙楼之间没有设置缝，为调整建筑的质心与刚心的偏位，裙房的周边电梯筒、 楼梯间设置剪力墙，抗震等级为一级。主楼与裙房之间设置施工后浇带，解决混凝土在施工期间的收 缩问题。由于建筑物总的沉降量数值不大，待主楼施工到十二层后，施工缝就提前封闭。在银河大厦 工程钢骨混凝土柱的设计中，尽量节约钢材，经优化并根据柱受力特性，本工程型钢柱的型钢含钢率 为一3 ～1 2 层为7 ％，1 3 ～2 0 层为6 ％，2 1 ～3 0 层为4 ．2 ％。在中筒外圈剪力墙中与钢骨梁连接的部位，设 置构造钢骨，与钢骨梁形成可靠的连接。因此，在超高层结构设计中，选用型钢混凝土框架与钢筋混 凝土筒体的混合结构是一种很好的结构体系，充分发挥了两种结构的自身优点，在高层结构设计中必 将越来越广泛应用。 参考文献 [ 1 ] 高层建筑混凝土结构设计规程 J G J 3 2 0 0 2 [ 2 ] 建筑抗震设计规范 G B 5 0 0 1 1 2 0 0 1 [ 3 ] 建筑地基基础设计规范 G B 5 0 0 7 2 0 0 2 ．8 2 ． 第二十届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 8 年 图3 二层结构布置平面图 图4 标准层结构布置平面图 ．8 3 ．