佛山城發(fā)中心曲折柱大跨度框架-核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計

佛山城發(fā)中心以清香悠遠、高雅挺拔的佛山市花白蘭花為設(shè)計理念，充分展現(xiàn)佛山溫和而務(wù)實、朝氣蓬勃的氣質(zhì)，建成后將成為集金融辦公集群、城市地標、精品文旅于一體的產(chǎn)業(yè)綜合體，打造佛山新門戶、灣區(qū)新坐標。本項目位于廣東省佛山市禪城區(qū)季華六路北側(cè)、文化路東側(cè)，總建筑面積約6.8萬m2，地上38層，建筑高度189.0m，地下3層，底板標高-13.25m。▲建筑效果圖1

結(jié)構(gòu)設(shè)計概況本項目塔樓采用曲折柱外框架-核心筒結(jié)構(gòu)。塔樓平面為八邊形，平面尺寸從底部的42m×42m漸變至中上部的35m×35m，鋼筋混凝土核心筒于21層和25層各發(fā)生一次豎向收進。外框架由8根鋼管混凝土柱和鋼骨混凝土梁組成，為順應(yīng)建筑體型沿高度方向的變化，6~25層范圍設(shè)置傾斜角度約為6.6°的斜柱，在6層和25層分別形成外凸和內(nèi)凹轉(zhuǎn)折節(jié)點。主要樓層核心筒外樓蓋采用雙向密肋樓蓋，四個避難層頂及頂部商業(yè)采用普通主次梁樓蓋。▲

建筑功能分區(qū)立面圖

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結(jié)構(gòu)三維模型▲

低區(qū)典型結(jié)構(gòu)平面▲

中區(qū)典型結(jié)構(gòu)平面▲

高區(qū)典型結(jié)構(gòu)平面▲斜柱布置演示動畫2

結(jié)構(gòu)設(shè)計亮點亮點1

建筑體型與結(jié)構(gòu)設(shè)計融合本項目建筑體型具有切角矩形平面及扭轉(zhuǎn)切割立面的特點，建筑平面外輪廓為非等邊八邊形，長邊的位置隨著高度不斷變化。該建筑外輪廓可在一定程度上減小結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載效應(yīng)，風(fēng)洞試驗的基底剪力和傾覆彎矩約為規(guī)范風(fēng)荷載計算值的85%~90%。▲風(fēng)洞試驗結(jié)構(gòu)體系中的外框架采用8根非直線隨形框架柱，該結(jié)構(gòu)方案能夠使結(jié)構(gòu)形態(tài)與建筑體型完全契合，且柱子數(shù)量減少到極致從而獲得通透的建筑視覺效果以及更靈活的辦公空間，實用面積亦有所增大，雖土建結(jié)構(gòu)成本略有增加（約6%），但綜合效益更優(yōu)。6~25層范圍設(shè)置的斜柱，結(jié)合線剛度較大的鋼管混凝土柱和鋼骨混凝土梁，使得大跨度外框架獲得足夠的抗側(cè)剛度，能夠承擔適當比例的剪力和彎矩?！鴺菍蛹袅ΑA覆力矩占比圖亮點2

曲折柱結(jié)構(gòu)設(shè)計曲折柱轉(zhuǎn)折處將對樓蓋產(chǎn)生水平分力。本塔樓曲折柱于6層和25層分別形成外凸和內(nèi)凹轉(zhuǎn)折節(jié)點。內(nèi)凹轉(zhuǎn)折節(jié)點對樓蓋主要產(chǎn)生壓力，且其位于塔樓中部，曲折柱軸力相對較小，故危害性較小；而外凸轉(zhuǎn)折節(jié)點對樓蓋主要產(chǎn)生拉力，且其位于塔樓底部，曲折柱軸力較大，故危害性較大?！壑馔罐D(zhuǎn)折層節(jié)點內(nèi)力平衡關(guān)系圖對6層曲折柱外凸轉(zhuǎn)折層，結(jié)構(gòu)設(shè)計構(gòu)建以下多道防線：（1）與轉(zhuǎn)折節(jié)點相連的框架柱和框架梁按照有樓板、無樓板雙工況進行包絡(luò)設(shè)計，且保證受拉框架梁內(nèi)置鋼骨能承受該梁的全部軸向拉力；（2）轉(zhuǎn)折層板厚加大至180mm，雙層雙向配筋，配筋率不小于0.4%；▲曲折柱轉(zhuǎn)折層樓板主應(yīng)力流分布圖/Mpa（3）轉(zhuǎn)折層核心筒外圍剪力墻內(nèi)設(shè)置一圈暗梁，形成封閉的拉力環(huán)，避免核心筒內(nèi)部樓板承受較大拉力而開裂；（4）設(shè)置緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋；▲6層轉(zhuǎn)折層預(yù)應(yīng)力筋布置示意圖亮點3

雙向密肋樓蓋設(shè)計塔樓主要標準層核心筒外樓蓋采用雙向密肋樓蓋。相比于主次梁樓蓋和空心樓蓋，雙向密肋樓蓋兼具結(jié)構(gòu)及建筑凈高更優(yōu)、傳力更均勻、自重較輕、施工便利和造價合理可控等特點?！p向密肋樓蓋剖面示意▲典型尺寸模盒大樣圖對于雙向密肋樓蓋，因其本身的“肋”既是“板肋”也是“肋梁”，肋梁端可形成塑性鉸達到屈服耗能的作用，而無需增設(shè)暗梁（連接外框架和內(nèi)核心筒的寬扁梁）。設(shè)計中將肋梁視作耗能構(gòu)件的一部分，對與核心筒外壁、外框柱直接相連的密肋梁端按四級框架梁采取相應(yīng)抗震構(gòu)造措施。同時，取消暗梁不會明顯改變結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度和整體受力性能，且能避免了暗梁與密肋樓蓋的肋梁之間形成大量的不規(guī)則鋸齒狀實心區(qū)，可更大范圍地使用規(guī)則模殼，提高了施工效率，且能夠減輕樓蓋自重約2%，減少鋼筋用量約6%，節(jié)約了材料和造價。亮點4

關(guān)鍵節(jié)點設(shè)計曲折柱轉(zhuǎn)折層節(jié)點、鋼管混凝土柱-鋼骨混凝土梁-雙向密肋樓蓋節(jié)點均采用以下連接做法：（1）框架柱和框架梁分別采用鋼管混凝土柱和鋼骨混凝土梁，柱鋼管于梁鋼骨翼緣標高處設(shè)置內(nèi)環(huán)板；（2）柱鋼管于梁縱筋和板鋼筋標高處設(shè)置外環(huán)板，梁縱筋采用可焊套筒與外環(huán)板連接，板鋼筋直接焊接在外環(huán)板上；（3）采用ABAQUS建立節(jié)點實體有限元模型，選取中震下最不利工況進行計算，以分析節(jié)點連接的可靠性。▲圖17

關(guān)鍵節(jié)點連接大樣圖▲曲折柱外凸轉(zhuǎn)折節(jié)點（6F）有限元模型及應(yīng)力云圖▲鋼管混凝土柱-鋼骨混凝土梁-雙向密肋樓蓋節(jié)點有限元模型及應(yīng)力云圖亮點5

大震彈塑性分析及振動臺試驗大震彈塑性分析顯示結(jié)構(gòu)損傷情況如下：（1）核心筒損傷集中于底部加強區(qū)及豎向收進處，設(shè)計上通過加大墻厚、減小洞口及加大配筋等方式進行加強；連梁嚴重損傷，結(jié)構(gòu)抗震耗能性能良好?！讓觺五層塔樓核心筒及連梁混凝土壓縮損傷情況圖▲塔樓核心筒混凝土壓縮損傷情況立面圖（2）框架柱處于輕微損壞狀態(tài)，其中斜柱段損傷較大；框架梁處于輕度損壞狀態(tài)，主要集中于高區(qū)梁端。（3）大部分樓板為無損壞或輕微損壞狀態(tài)。本項目在廣州大學(xué)振動臺試驗室進行振動臺試驗，經(jīng)歷了7度多遇地震、設(shè)防地震、罕遇地震以及超7度罕遇地震作用，試驗?zāi)Ｐ偷牡卣痦憫?yīng)正常、力學(xué)表現(xiàn)良好。試驗后裂縫主要出現(xiàn)在連梁、裙