雪莲大厦高层混合结构设计.pdf

第f Ⅱ十【q 高Ⅱm 筑* 目学水会U №女2 0 0 8 ≈ 雪莲大厦高层混合结构设计 徐斌脚教莉王霉生罗超英郑什鹏 n H m 4 ∞m ”“ R K t | t m 嗍 ∞％qT H mnd f n m f 】m o - qn mI ∞O I l 4 要 n 未古琏★厦是离E 日， ，mj ∞“ 3 6B ．建筑总日腰】4 63 0 m ．采Ⅲm ≈r 形W 管“Ⅻf 框* Ⅷ筋 i 核。筒m 城的≈镕目体。奉女 4 舟⋯谖T 粹∞％m 设L { 特 、H 骨分析目％ №，一，J ～娄似I 目奎考， * 键目 ≈R B 4 筑．* 台％掏．目- m 钢管Ⅷf m f ～L ““ l 工程概况 』匕京霉莲 厦上程位丁北京朝驷K 兀桥北，目l 场高速路【蜊州，该 建筑建成后将城为环路自I 机场扇道路上的删H 标志。削J 址t 枷教果 蚓。 奉fP 1 为人’n 综合牲娃筑．由地上超高层商务办公写字楼和配套商 业用房，以及地下商业和停1 厍组成。地F 黜分 约j 舢3 m ．描约 7 66 m ，煎四层。地下l 层为商业层；地下2 一一4 层为1r 库和设备电气机 房，芤中地下4 层为1 j 库兼战时物资庠，地J 啷分为一桥3 6 层岛层写 宁楼 包括没备层救越难层 ，局柙m 腻琐J 层，建筑曹高度 宇外地 山乍I 型犀面 为1 4 63 0 m 。瑶高檐L J 处高度I5 37 0 m 。 I 样的建筑结耗J 安争 阜级为二纵，结构设H 使川由 阻为5 0 年。机 震设∞光别为阿娄。抗碟设防捌度为s 度，澄“筚本由f 遵艘值为0 2 0 E ． 醴。j 地震分组为组。建筑场地类别为1 1 I 类。 丁程山北京『“建筑设“研究院车美吲约翰，5J 上剃顺有限公司 合作陂计。 2 结构选型 2 1 结构特点 本上狂青以下特点 1 建筑高度较高，建筑总高度1 4 63 0 m 。高宽比43 。蚓2 为剖面图。 2 根据场地地震安争性评价报凸，耍求k 体纠，构的执震构遗措施腑符台比一般建筑抗震醴防更 高的毪求，宵儿蔷9 度抗震能力。并日建筑场地炎刖为I I j 类，地震反应大。 3 由十建筑、r 而外边缘不规则，使得纵横两个 I ∞的外框架币能止交，外椎架小能形成有效的 抗侧力体系。且颦柱节点斜向相交的粱较多，施r 困难。图3 为札、准层结构平面。 2 2 结构选型 E g ．I * 34 m ．T 8 Ⅲ十． g * ‰[ W 第二十届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 8 年 高层建筑结构水平荷载对结构承载力和变形起控制作用，在满足抗震设防要求和舒适度要求的情况 下，如何做到经济合理，结构体系的选择是至关重要的。 本工程在方案设计阶段，进行了结构方案选型的论证。分别对混合结构方案和钢框架一支撑结构方 案进行了试算，其中混合结构方案共试算了三种结构方案即型钢 钢管 混凝士框架钢筋混凝土核 心筒结构体系，设加强层钢框架钢筋混凝土核心筒结构体系，设加强层；密柱型钢混凝土框架钢 筋混凝土核心筒结构体系。计算分析发现，不设加强层时，外框架既使采用密柱体系，由于边框架梁高 限制不能形成筒中筒结构，其在地震作用下的位移不能满足规范要求。全钢结构可以满足变形要求，但 结构造价相对较高。结合建筑功能要求，并考虑经济性、耐火性能等因素，结构形式最终确定采用型钢 钢管 混凝土框架钢筋混凝土核心筒结构体系【9 】，并结合避难层设置加强层。 15 2 ．3 0 0 结 凹号d 图2 雪莲大厦剖面图 3 结构设计及整体计算分析 L ；。0 0 ．，6 0 0 0 ．【jb U U ．6 0 0 0j 4 b o o t 喧 ～f 卜一 } 寸 、汁刘、、 噎 ．一川1 ．’N l 一 嗉 ．彳 5 7 ] ；刁 】N 。 思 量一| 三I △ c n 【| | 一I iL - ．一] - ■卜 阂 ，‘螂r ／一／。／．，。。 一 ∞ ，，1 j ，川／∞ o 、＼十、＼。l’ 、＼十＼L ， L ，．7 。、1 斗＼／ - - - I - L - -0 了II ～j ．6 0 0 0．6 0 0 0j 1 16 0 0 ．6 0 0 0i41 o o i f1 3 4 1 0 0 1 ’ 1 图3 雪莲大厦标准层结构平面图 3 ．1 结构设计 1 上部结构采用混合结构，即型钢混凝土框架钢筋混凝土核心筒结构或钢管混凝土框架钢 筋混凝土核心筒结构。由于外框架梁、柱在平面上很多不能正交，采用外包混凝土的型钢混凝土柱，梁 与柱节点将很难施工，柱钢筋 特别是角部钢筋 上下很难贯通，因此采用了矩形钢管混凝土框架钢 筋混凝土核心筒结构。框架柱采用矩形钢管混凝土；梁采用热轧H 型钢或焊接H 型钢；核心筒采用钢 县铀。．，，． 围4x 向层阿位移角对比 最终确定结构的姗羞茹嚣1 5 层和3 3 7 ⋯个茹勰‰3 3 层仅 - 1 5 0 ． 。一。、 第二十届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 8 年 横向 X 向 设置伸臂桁架，纵向核心筒较长可不设置伸臂桁架。咖强层结合避难层设置，采用人字形 伸臂桁架，沿核心筒墙体伸出，与外框架柱连接。 主要计算结果见表l 。 表1 主要计算结果 计算项目 T 1 秒配 秒 T 3 秒X 向最大位移角Y 向最大位移角 P K P M 计算结果3 ．0 6 平动2 ．8 3 平动2 ．2 2 扭转 l ／8 0 8l ／9 8 4 E T A B S 计算结果2 ．9 2 平动2 ．1 0 平动1 ．4 5 扭转 1 ／8 0 l1 ／1 2 4 0 3 ．3 关键部位设计及构造措施 1 梁柱节点 由于建筑设计要求柱采用方形截面，同时梁柱在平面上多是斜交，有的节点同时有5 根梁交于一根 柱，这时，柱采用矩形钢管混凝土便于梁柱节点的设计和施工。为保证“强柱弱梁”，地上部分梁柱刚 性节点采用美国加州地震后改进型“狗骨式”耗能节点连接。见图6 。 2 加强层设计 建筑使用要求外框架保持较大柱距，这样侧向刚度只能由核心筒和外框架提供，而外框架不能设置 支撑，不设置加强层结构时，侧向刚度不能满足规范要求，为控制结构的水平位移必须设加强层。利用 建筑的1 5 层和3 3 层避难层设置加强层。加强层采用伸臂桁架，其腹杆采用人字形斜撑。如图7 所示。 桁架上、下弦杆为本层及下一层的框架梁，腹杆为斜撑。沿结构短向，在桁架与核心筒相交处的剪力墙 内也设了钢梁及斜撑形成一完整的桁架；而沿结构长向，主要是在外圈框架柱间设斜撑形成完整桁架。 由于设置加强层后会出现刚度的突变，与之相连的框架柱受力复杂，所以加强层的上下相邻层都要加强。 设计中根据弹性分析结果，对加强层上下相邻层的柱及核心筒进行了适当加强，并且，加强层上下3 层与交叉桁架相连的矩形钢管柱采用全熔透焊接。 3 嵌固层处理 本工程的地下部分采用钢筋混凝土结构，地下室顶板为上部结构的嵌固层，为保证嵌固层的结构承 载能力，便于粱柱连接，与矩形钢管混凝土柱相连的梁内均设置型钢。 4 地下部分节点处理 混合结构，特别是矩形钢管混凝土柱与地下层的钢筋混凝土的连接节点复杂，施工难度也较大。工 程地下部分采用钢筋混凝土结构，上部的矩形钢管混凝土柱需锚入地下室，外框架柱在地下部分做成型 钢混凝土柱，方钢管下插到地下三层顶，再转换成十字型型钢下插至地下四层项。地上钢管混凝土柱 1 0 0 0 x 1 0 0 0 m m ，插入地下1 4 0 0 x 1 4 0 0 m m 的混凝土柱中，交于此的梁钢筋很多，为使钢管不被削弱太 多，尽量减少矩形钢管穿筋孔数量，设计中根据不同部位采取了两种措施1 在梁中加型钢以减少梁 筋用量；在梁柱节点处把梁局部加宽，穿不过去的梁筋从梁两侧通过搭接将梁内力传递过去 见图8 、 图9 ；2 受力不大，梁配筋较少的部位，在梁柱斜交处做环梁，将梁筋锚入环梁中 见图1 0 。由于 平面柱网不是正交，地下层的钢筋混凝土梁与型钢混凝土柱的节点十分复杂，采取以上措旄，大大降低 了施工难度。 广_ 一f 飞、、1 L 二～k 一．4 一l Z Z 到 图6 狗骨式耗能节点 ．1 5 1 ． 第二十届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 8 年 卫 芗 i N∥借 F 1 N∥ N 渤‘。 5 玉Z j ‘} YI一 1 _ [ 二 1 5层伸臂桁架立面图 n 一 _ T -l ，lI ，II I ＼I一l ，l ＆ N ∥／ 。＼勿 夕7 贰么借 F l ∥■ 1 显 1r 一_ 3 3 层伸臂桁架立面图 图7 加强层伸臂桁架 图8 型钢梁 L』 曼一曩 图1 0 环粱做法 ．1 5 2 - ④ L“ 1 5 ∞ j s o o 8 厂 雌1 4 0 0 图9 粱柱节点 第二十届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 8 年 4 结束语 本工程是在8 度抗震地区设计的一座高层建筑结构，采用了带加强层的矩形钢管混凝土框架钢筋 混凝土核心筒结构体系，其结构形式和建筑高度，在高烈度区并不多见。目前正在进行主体结构的施工。 本工程设计中较好地解决了安全、经济、施工难度之间的矛盾，取得了较好的效果。通过工程实践，我 们可以得到以下几点结论 1 在8 度抗震地区，高层及超高层建筑结构采用带加强层的混合结构体系能够满足抗震设防要 求，与全钢结构相比节省结构造价。 2 工程采用矩形钢管混凝土柱，与钢筋混凝土柱和型钢混凝土柱相比，大大减小了柱的截面尺 寸，提高了建筑面积使用率； 3 在非正交的框架体系中，采用矩形钢管混凝土柱便于与型钢梁的连接，较型钢混凝土柱便于 施工。 4 地下部分一般采用钢筋混凝土结构，上部结构的矩形钢管混凝土柱在地下室的锚固，当有多 层地下室时，可根据嵌固作用的具体情况，将柱下矩形钢管插至地下2 层，不一定伸至基础。 5 地下室的项层，即矩形钢管混凝土柱嵌固部位的混凝土楼盖应采用型钢混凝土梁，以加强嵌 固层。 致谢工程设计过程中得到柯长华总工程师和齐五辉总工程师的悉心指导，在此表示衷心感谢 参考文献 [ 1 ] 易方民，高小旺，张维凝，王巍，肖伟，杨蔚彪．水平加强层在超高层钢结构中的应用研究．建筑科学． 2 0 0 l ，1 7 1 1 5 ～2 0 [ 2 ]胡世德，高层建筑的发展与施工技术展望．施工技术．1 9 9 7 ， 7 4 ～6 [ 3 ]徐玉野，高层建筑结构的发展及结构体系选型的思路探讨．四川建筑．2 0 0 1 ，2 1 4 3 4 ～3 6 [ 4 ]陶忠，张耀春，韩林海，王光远，关于高层建筑结构选型设计的初步探讨，哈尔滨建筑大学学报，2 0 0 0 ，3 3 1 2 0 2 5 [ 5 ]王光远，吕大刚，张世海，论结构选型的若干关键问题，哈尔滨建筑大学学报，2 0 0 0 ，3 3 1 1 ～7 [ 6 ]刘大海，杨翠如，钟锡根，高楼结构方案优选，陕西科学技术出版社．1 9 9 2 [ 7 ]包世华，新编高层建筑结构，中国水利水电出版社，2 0 0 1 [ 8 ]徐永基，刘大海，钟锡根，杨翠如，高层建筑钢结构设计，陕西科学技术出版社，1 9 9 3 [ 9 ]王雪生，徐斌，阚敦莉等，雪莲大厦结构方案比较分析，高层建筑抗震技术交流会论文集第九集，中国建筑学会 抗震防灾分会，2 0 0 3 ．1 2 ．1 5 3 ．