寧波中銀大廈高層建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計,建筑結(jié)構(gòu)論文

寧波中銀大廈高層建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計,建筑結(jié)構(gòu)論文寧波中銀大廈項目位于浙江省寧波市，為綜合性辦公建筑。項目由49層辦公塔樓、4層商業(yè)裙樓、連接塔樓與裙房的鋼構(gòu)造雨篷及3層地下停車庫組成。塔樓構(gòu)造頂標(biāo)高為246.000m;裙房大屋面標(biāo)高約為24.000m?？偨ㄖ娣e約14.5萬m，華而不實塔樓地上建筑面積約10.7萬m，地下建筑面積約3.8萬m。建筑效果如此圖1所示。2構(gòu)造體系塔樓采用鋼管混凝土柱+樓面鋼梁框架-鋼筋混凝土筒體的混合構(gòu)造體系。塔樓核心筒19層下面外核心筒為圓形;19層以上經(jīng)過轉(zhuǎn)換部分外圍圓形墻體收掉，變?yōu)閹薪堑恼叫涡⊥搀w;外圍框架柱為鋼管混凝土柱。整個塔樓平面從下到上逐步繞中心扭轉(zhuǎn)，構(gòu)成一個扭轉(zhuǎn)型的建筑外形。裙房采用鋼筋混凝土框架構(gòu)造體系。裙房建筑在4層為大空間多功能廳，為實現(xiàn)建筑師對多功能廳大空間的需要，該處屋面采用了一系列約26m跨度的后張法預(yù)應(yīng)力混凝土大梁。裙房與塔樓通過一體式鋼構(gòu)造連廊雨篷連接。為避免雨篷將塔樓和裙房在構(gòu)造上連成整體，造成兩者變形互相牽制及構(gòu)成復(fù)雜受力構(gòu)造體系，雨篷在塔樓側(cè)設(shè)置鉸接支座，在裙樓處設(shè)置滑動支座，進而使雨篷兩側(cè)的塔樓和裙房構(gòu)成獨立的構(gòu)造單元。3地基基礎(chǔ)設(shè)計綜合場地工程地質(zhì)條件和建筑特點，主樓選擇⑩層礫砂作為樁端持力層的超長樁方案，采用大直徑鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑為1000mm，為知足單樁承載力要求，樁端進入⑩層礫砂一定深度才能到達設(shè)計承載力要求。由于樁長較長，持力層為圓礫、卵石，施工難度較大，為節(jié)約基礎(chǔ)投資，提高單樁承載力，對樁端土(⑩層礫砂)采用后注漿處理，經(jīng)壓力注漿處理后的單樁承載力可提高20%以上。單樁豎向承載力特征值為7991kN，采用后注漿工藝后，單樁豎向承載力特征值為9500kN。樁身混凝土強度等級為C45，水下混凝土比原設(shè)計強度提高兩級(即C55)。裙樓及純地下室部分布置常規(guī)的鉆孔灌注樁，經(jīng)過比擬，采用600mm鉆孔灌注樁，樁長52.0m左右，持力層為⑧粉砂層。樁最大抗拔承載力特征值按1300kN考慮。對于主樓范圍以外地下室部分，建筑物荷載較小，基坑開挖深度大，場地地下水位埋深0.0～1.2m，浮力較大，為知足地下室抗浮、基坑圍護等設(shè)計要求，設(shè)置抗浮樁。根據(jù)建筑物荷載要求以及對單樁抗拔承載力的估算，樁端持力層選擇⑧粉砂層，采用鉆孔灌注樁，抗浮設(shè)計水位取室外地坪下0.5m。4地下構(gòu)造設(shè)計本工程地下室3層，塔樓地下室核心筒剪力墻布置同地上構(gòu)造，核心筒兩側(cè)增設(shè)部分剪力墻，增加塔樓地下室抗側(cè)剛度，對上部的抗側(cè)力構(gòu)造起到很好的嵌固作用;分散核心筒荷載，有利于樁基布置和減小底板厚度。地下室除塔樓區(qū)域內(nèi)部分框架柱采用鋼管混凝土柱外，其他區(qū)域均采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架和剪力墻構(gòu)造。樓面均采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板構(gòu)造，既能夠起到作為地下室外墻支點有效傳遞建筑物四周水土壓力的作用，又能夠加強地下室的整體性。由于地下室長、寬分別為240m和178m，均大大超過(混凝土構(gòu)造設(shè)計規(guī)范〕GB500102018要求的鋼筋混凝土構(gòu)造伸縮縫最大間距。結(jié)合構(gòu)造實際情況，對該超長地下室構(gòu)造進行了溫度變化、混凝土收縮和徐變共同作用下的溫度收縮效應(yīng)分析，根據(jù)分析結(jié)果對首層進行了重點加強。另外，為了減少施工期間的溫度應(yīng)力和混凝土收縮應(yīng)力，結(jié)合沉降后澆帶在長、寬方向構(gòu)造設(shè)置施工后澆帶。5塔樓構(gòu)造設(shè)計塔樓上部構(gòu)造均采用鋼管混凝土柱+鋼梁框架-混凝土核心筒的混合構(gòu)造體系。為使核心筒具有足夠的承載力和延性，在核心筒角部設(shè)置上下貫穿的型鋼?？蚣苤捎脠A形鋼管混凝土柱，框架梁采用焊接H型鋼，與框架柱均采用剛接，以知足外圍框架作為第2道抗震防線的要求(見圖2)。5.1設(shè)計特點以及關(guān)鍵問題1)沿徑向傾斜的框架柱基于塔樓的外觀采用了沿高度方向扭轉(zhuǎn)盤旋形的建筑造型，構(gòu)造設(shè)計利用沿徑向傾斜的外圍框架柱實現(xiàn)了該建筑造型，避免了使用對構(gòu)造較為不利的扭轉(zhuǎn)型斜柱。外圍框架柱選用了鋼管混凝土柱，柱距約為4m，進而組成具有較強剛度和整體性的外框筒。2)Y形鋼管混凝土柱轉(zhuǎn)換底層大堂柱距擴大為約7m，知足了大堂入口及其他建筑功能和外觀要求。底層柱網(wǎng)與上部柱網(wǎng)采用Y形柱轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)上、下柱對接，并通過合理的詳圖構(gòu)造和計算分析保證了力傳遞的直接性和有效性(見圖3)。3)核心筒轉(zhuǎn)換塊塔樓混凝土核心筒外輪廓在低區(qū)為圓形，中高區(qū)為八角形，圓形與八角形的交界處使用了混凝土轉(zhuǎn)換塊體來完成筒體的轉(zhuǎn)換(見圖4)。在混凝土轉(zhuǎn)換塊中設(shè)置了型鋼柱、型鋼梁和鋼支撐來承當(dāng)和傳遞上、下筒體間的應(yīng)力。對轉(zhuǎn)換塊體進行有限元分析，并利用分析結(jié)果確定了合理的配筋和構(gòu)造。5.2塔樓構(gòu)造計算分析塔樓構(gòu)造存在構(gòu)造高度超限以及豎向規(guī)則性超限，屬于超限高層，需進行超限高層建筑抗震設(shè)防專項審查。塔樓構(gòu)造分別采用ETABS和SATWE兩種不同力學(xué)模型的三維空間分析軟件進行整體計算。采用彈性方式方法計算構(gòu)造荷載和多遇地震作用下內(nèi)力和位移，考慮P-效應(yīng)，并采用彈性時程分析法進行補充驗算。1)框架承當(dāng)?shù)牡卣鸺袅Ρ葂向和y向地震作用下框架承當(dāng)?shù)募袅Ρ确綀D5所示。根據(jù)(高層建筑混凝土構(gòu)造技術(shù)規(guī)程〕JGJ32018第11.1.5條，各層框架應(yīng)該能夠承當(dāng)基底總剪力V0的25%和框架承當(dāng)?shù)淖畲蠹袅fmax的1.8倍中的較小值。25％V0為2767kN，1.8倍Vfmax為5331kN。能夠看到，x方向框架剪力將需要放大到1.8倍框架剪力最大值。對于不知足上述條件的樓層，其框架構(gòu)件的地震剪力以及地震彎矩都將乘以相應(yīng)的放大系數(shù)。2)樓層側(cè)向剛度樓層的側(cè)向剛度不宜小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的70%或其上相鄰3層側(cè)向剛度平均值的80%。樓層的側(cè)向剛度可取為該層剪力和該層層間位移的比值。在避難層及2層挑空位置，由于樓板缺失，2層合并為1層計算側(cè)向剛度。x，y方向的樓層側(cè)向剛度比方圖6所示。3)樓層抗剪承載力樓層抗剪承載力比值如此圖7所示。能夠看到，在有墻體轉(zhuǎn)換塊的樓層，由于轉(zhuǎn)換塊的存在，使得該層下面樓層水平抗剪承載力與本層相比＜0.8，因而其抗剪承載力有一個較大變化，構(gòu)造存在薄弱層。但是通過對塊體截面的調(diào)整及在塊體內(nèi)設(shè)置型鋼，能夠控制該比值＞0.75。設(shè)計時將對薄弱層水平地震力放大1.15倍，并控制塊體塑性鉸開展。4)彈性時程分析彈性時程分析與振型分解反響譜得到的基底剪力比擬如此圖8所示。由以上時程分析結(jié)果能夠看出，所有時程分析的基底剪力都不小于反響譜分析基底剪力的65%，而且平均值不小于反響譜基底剪力的80%，進而表示清楚選擇的時程記錄知足抗震規(guī)范要求。但塔樓頂部樓層的樓層剪力在動力時程分析中的最大值約為振型分解反響譜法相應(yīng)值的1.05倍，可近似將振型分解反響譜法的設(shè)計內(nèi)力等乘以1.05的放大系數(shù)用于設(shè)計。5)筒體轉(zhuǎn)換塊分析在核心筒低區(qū)和高區(qū)轉(zhuǎn)換的位置，角部一片剪力墻進行了轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換構(gòu)造是一個大的混凝土實心塊，位于19層和20層樓板之間。為分析內(nèi)墻與外墻之間的豎向荷載傳遞、混凝土轉(zhuǎn)換體下面墻的應(yīng)力和混凝土轉(zhuǎn)換體的應(yīng)力，采用Strand7建立了轉(zhuǎn)換構(gòu)造的模型。單元劃分采用殼單元、梁單元、八點立方形或六點楔形單元來模擬墻、梁和混凝土轉(zhuǎn)換體。有限元模型僅對轉(zhuǎn)換區(qū)的上、下部分進行模擬，并包含了埋入混凝土轉(zhuǎn)換體的鋼截面及1%的墻體配筋率。分析結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)換塊下部外墻及正下方墻最大壓應(yīng)力分別是20，10MPa，低于最大允許壓應(yīng)力27.5MPa。轉(zhuǎn)換體中最大壓應(yīng)力是6～8MPa和最大拉應(yīng)力大部分低于2MPa，壓應(yīng)力低于最大允許壓應(yīng)力27.5MPa。但局部拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度的區(qū)域。不過考慮混凝土轉(zhuǎn)換體會利用最高1%的配筋率后，實際的抗拉強度為4MPa，高于分析得到的最大拉應(yīng)力。5.3塔樓構(gòu)造抗震設(shè)計加強措施1)根據(jù)彈塑性分析結(jié)果，底部加強部位的剪力墻和剪力墻約束邊緣構(gòu)件應(yīng)加強配筋。2)控制鋼管混凝土柱的軸壓比在0.6以內(nèi)，使鋼管混凝土柱具有較好的延性;提高核心筒剪力墻的抗彎性能和延性，使核心筒具有一定的塑性變形能力，在地震作用下起到耗散地震能量的作用。在底部加強部位外圍核心筒剪力墻與內(nèi)部剪力墻交界處及筒體剪力墻角部等關(guān)鍵部位沿全高設(shè)置型鋼。3)根據(jù)筒體轉(zhuǎn)換塊分析結(jié)果，將其配筋率提高到1%。4)部分樓層由于樓板缺失較多，導(dǎo)致構(gòu)造連接較弱及柱局部內(nèi)力突變。計算時考慮樓板設(shè)為彈性板，以考慮真實的樓板剛度對內(nèi)力分析和截面設(shè)計的影響，加厚樓板并增加配筋，并加強周邊的鋼梁截面以及連接鋼梁與混凝土組合樓板的栓釘，并控制塔樓構(gòu)造避難層大開洞樓板在多遇地震作用下小于混凝土抗拉強度的標(biāo)準(zhǔn)值，基本烈度下板內(nèi)鋼筋不委屈服從。6結(jié)束語本工程所包含構(gòu)造類型及專項設(shè)計較多，且設(shè)計復(fù)雜，給構(gòu)造設(shè)計帶來眾多困難。例如，地下室超長、塔樓扭轉(zhuǎn)型造型、核心筒轉(zhuǎn)換及大型鋼構(gòu)造雨篷等，均為構(gòu)造設(shè)計的關(guān)鍵問題。在設(shè)計方努力及其他各方協(xié)助下，攻克了各個構(gòu)造設(shè)計難點，使之得到順利合理解決。當(dāng)前，本工程較預(yù)期已提早構(gòu)造封頂，將成為寧波