關于超高層商業建筑混凝土框架-核心筒結構設計
張中良
隨著城市人口的增多,我國的高層商業建筑也逐漸如雨后春筍,高層建筑最大限度地節約資源(節能、節地、節水、節材) ,從而為人們提供健康、舒適的空間及環境。更加適應城市化的進程。 一、工程概況 某廣場地處繁華地帶,是集商業、辦公、酒店式公寓等多項功能的建筑復合體,地下5層、地上42層(以及出屋面水箱間、構架等),主樓地上1層至6層為商業、餐飲;7層至14層、16層至23層用于辦公;15層、25層為避難層;24層為空中會所;26層至42層為項級酒店式公寓,房屋高度160m。地下5層主要用于機械式停車及設備機房,高度20.2m。屋面上有鋼構架圍護造型。裙房地上6層(局部7層),裙房屋頂標高為40.700m。本工程采用框架-核心筒結構,在地面以上主樓、裙房之間設置縫寬200mm 的抗震縫。 二、地基與基礎設計 擬建的工程場地地形平坦,為人工開挖的基坑。場區地貌形態類型單一,巖石種類單一,巖脈發育,巖體強度較高;場區賦存地下水,主要為基巖裂隙水,根據水質分析結果判定,在強透水層和干濕交替的條件下,按最不利因素考慮,擬建場區地下水對混凝土無腐蝕性,對鋼筋混凝土中的鋼筋具有弱腐蝕性,對鋼結構具有弱腐蝕性。 工程建筑場地±0.000m 相當于絕對標高5.500m 。主樓采用筏板基礎,基礎底板厚度為2400mm,裙房及外圍地下室也采用筏板基礎,底板厚為1200mm。另設抗浮錨桿,錨桿孔直徑為180mm,錨桿孔中距為2m,長度為3.75m。基礎底板混凝土強度等級為c35,抗滲等級為1.0 mpa,添加混凝土微膨脹劑。底板混凝土強度擬采用r60強度,按c40計算。在主樓與裙房之間設置沉降后澆帶,地下室同時設置溫度后澆帶。地下室外墻采用現澆鋼筋混凝土, 墻厚為400mm一600mm一800mm,混凝土強度等級為c35,抗滲等級為1.2mpa~0.8mpa,添加混凝土微膨脹劑。 三、結構設計 (一)設計的基本參數 圖1為辦公標準層(層高4m)結構布置示意圖,圖2為公寓標準層(層高3.7m)結構布置示意圖。 結構分析基本參數為基本風壓:0.7 kn/m (主樓,100年一遇考慮)、0.6kn/m (裙房,50年一遇考慮),地面粗糙度:b類,特征周期:0.4s,地震荷載:6度(0.05) ;場地類別:ii類;地震分組:二組;抗震等級:框架2級(裙房及主樓地下2層~ 地下5層為3級),簡體2級(主樓地下2層~ 地下5層為3級),主樓加強層及上下各1層框架、核心筒取1級;結構阻尼比:取0.04。 (二)計算分析及特點 本工程主要采用“高層建筑結構空間有限元分析與設計軟件-satwe”進行結構整體分析. 計算表明為風荷載起控制作用,結構位移控制指標按222m取用即為1/584。本工程主樓標準層建筑寬27.5m、內筒寬9.5m、長31.5m,外柱至內筒最遠距離12.8m、最近8.8m。采用型鋼混凝土框架,鋼筋混凝土簡體結構,即:主塔采用混凝土簡體(考慮構造及延性在角部等內置h型鋼骨,不參與計算),十字形鋼管混凝土芯柱,型鋼混凝土梁(辦公部分次梁采用混凝土梁)。工程高寬比 h =6.6<7,內筒寬為總高的1/19。內筒高寬比遠遠小于規范建議1/12,是本工程的最大特點。為此綜合分析了不設加強層、設加強層(伸臂桁架方案)、設加強層(剛性墻方案)等幾種方案,分析計算表明需設置加強層以提高整體剛度。
計算過程中調整了墻肢及梁柱截面,為便于設備管線通過(工程兩個6m層高的加強層同時也是設備層、避難層,設置了大體積混凝土水箱、電力機房),確定了伸臂桁架的結構加強方案。