寧波中銀大廈高層建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),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(jì),建筑結(jié)構(gòu)論文寧波中銀大廈項(xiàng)目位于浙江省寧波市，為綜合性辦公建筑。項(xiàng)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(kù)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(wàn)m，華而不實(shí)塔樓地上建筑面積約10.7萬(wàn)m，地下建筑面積約3.8萬(wàn)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(guò)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(gè)塔樓平面從下到上逐步繞中心扭轉(zhuǎn)，構(gòu)成一個(gè)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(shí)現(xiàn)建筑師對(duì)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(guò)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(dòng)支座，進(jìn)而使雨篷兩側(cè)的塔樓和裙房構(gòu)成獨(dú)立的構(gòu)造單元。3地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)綜合場(chǎng)地工程地質(zhì)條件和建筑特點(diǎn)，主樓選擇⑩層礫砂作為樁端持力層的超長(zhǎng)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(jìn)入⑩層礫砂一定深度才能到達(dá)設(shè)計(jì)承載力要求。由于樁長(zhǎng)較長(zhǎng)，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(duì)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(qiáng)度等級(jí)為C45，水下混凝土比原設(shè)計(jì)強(qiáng)度提高兩級(jí)(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(guò)比擬，采用600mm鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)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(duì)于主樓范圍以外地下室部分，建筑物荷載較小，基坑開(kāi)挖深度大，場(chǎng)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(hù)等設(shè)計(jì)要求，設(shè)置抗浮樁。根據(jù)建筑物荷載要求以及對(duì)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(jì)水位取室外地坪下0.5m。4地下構(gòu)造設(shè)計(jì)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(duì)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(diǎn)有效傳遞建筑物四周水土壓力的作用，又能夠加強(qiáng)地下室的整體性。由于地下室長(zhǎng)、寬分別為240m和178m，均大大超過(guò)(混凝土構(gòu)造設(shè)計(jì)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(shí)際情況，對(duì)該超長(zhǎng)地下室構(gòu)造進(jìn)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(duì)首層進(jìn)行了重點(diǎn)加強(qiáng)。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(zhǎng)、寬方向構(gòu)造設(shè)置施工后澆帶。5塔樓構(gòu)造設(shè)計(jì)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。框架柱采用圓形鋼管混凝土柱，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(jiàn)圖2)。5.1設(shè)計(jì)特點(diǎn)以及關(guān)鍵問(wèn)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(pán)旋形的建筑造型，構(gòu)造設(shè)計(jì)利用沿徑向傾斜的外圍框架柱實(shí)現(xiàn)了該建筑造型，避免了使用對(duì)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(jìn)而組成具有較強(qiáng)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(kuò)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(lái)實(shí)現(xiàn)上、下柱對(duì)接，并通過(guò)合理的詳圖構(gòu)造和計(jì)算分析保證了力傳遞的直接性和有效性(見(jiàn)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(lái)完成筒體的轉(zhuǎn)換(見(jiàn)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(lái)承當(dāng)和傳遞上、下筒體間的應(yīng)力。對(duì)轉(zhuǎn)換塊體進(jìn)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(jì)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(jìn)行超限高層建筑抗震設(shè)防專項(xiàng)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(jìn)行整體計(jì)算。采用彈性方式方法計(jì)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(shí)程分析法進(jìn)行補(bǔ)充驗(yàn)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(duì)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(jì)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(gè)較大變化，構(gòu)造存在薄弱層。但是通過(guò)對(duì)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(jì)時(shí)將對(duì)薄弱層水平地震力放大1.15倍，并控制塊體塑性鉸開(kāi)展。4)彈性時(shí)程分析彈性時(shí)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(shí)程分析結(jié)果能夠看出，所有時(shí)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(jìn)而表示清楚選擇的時(shí)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(dòng)力時(shí)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(jì)內(nèi)力等乘以1.05的放大系數(shù)用于設(shè)計(jì)。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(jìn)行了轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換構(gòu)造是一個(gè)大的混凝土實(shí)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?jiǎng)澐植捎脷卧?、梁?jiǎn)卧它c(diǎn)立方形或六點(diǎn)楔形單元來(lái)模擬墻、梁和混凝土轉(zhuǎn)換體。有限元模型僅對(duì)轉(zhuǎn)換區(qū)的上、下部分進(jìn)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(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度的區(qū)域。不過(guò)考慮混凝土轉(zhuǎn)換體會(huì)利用最高1%的配筋率后，實(shí)際的抗拉強(qiáng)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(jì)加強(qiáng)措施1)根據(jù)彈塑性分析結(jié)果，底部加強(qiáng)部位的剪力墻和剪力墻約束邊緣構(gòu)件應(yīng)加強(qiáng)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(qiáng)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?jī)?nèi)力突變。計(jì)算時(shí)考慮樓板設(shè)為彈性板，以考慮真實(shí)的樓板剛度對(duì)內(nèi)力分析和截面設(shè)計(jì)的影響，加厚樓板并增加配筋，并加強(qiáng)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(kāi)洞樓板在多遇地震作用下小于混凝土抗拉強(qiáng)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(yǔ)本工程所包含構(gòu)造類型及專項(xiàng)設(shè)計(jì)較多，且設(shè)計(jì)復(fù)雜，給構(gòu)造設(shè)計(jì)帶來(lái)眾多困難。例如，地下室超長(zhǎng)、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(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題。在設(shè)計(jì)方努力及其他各方協(xié)助下，攻克了各個(gè)構(gòu)造設(shè)計(jì)難點(diǎn)，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