1、浅谈某城市交通大楼结构设计摘要:交通大楼工程,采用框架筒体结构,连廊采用钢结构,结构平面布置复杂。采用防震缝将结构各部分分开,通过设置后浇带解决地下室超长问题。结构计算分析表明,变形和承载力均满足要求。 关键词:高层建筑；基础；框架筒体结构；连廊；地下室 中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号： 1 工程概况 交通大楼,位于新城中心商务区 B 区,总建筑面积 91 147 m2 ,其中地上建筑面积 66 690m2 ,地下建筑面积 24 457m2。地面以上由裙楼及交通大楼和商务大楼两栋塔楼组成,其中裙房 3 层,顶标高 15. 85 m,交通大楼29 层,檐口高度 124. 70 m
2、,商务大楼 22 层,檐口高度 93. 5 m,在 2 层和3 层分别有两个连廊将交通局办公楼和商务办公楼连接为整体。地下部分为平战结合的人防车库,人防抗力等级为常五级核六级。 本工程的建筑结构安全等级为二级,设计使用年限 50 年,抗震设防裂度为 6 度,设计基本地震加速度为 0. 05 g,设计地震分组为第一组,抗震设防类别为丙类。建筑场地类型为类。 2 地基与基础 根据工程勘察院提供的勘察报告,工程的地层分布及地基土层的力学性能见表 1,设计抗浮水位 2. 3 m。 本工程主楼为高层、超高层建筑,荷载大,单桩承载力需求高。根据荷载实际情况,以 8a 中细砂层作为桩基持力层。两个主塔楼下,
3、采用 900钻孔灌注桩,桩长为 52m,单桩竖向承载力特征值 4 200 kN,工程桩桩身混凝土强度等级为 C30。裙房部分采用 700 钻孔灌注桩,桩长为 52 m,单桩竖向承载力特征值 3 200 kN,工程桩桩身混凝土强度等级为 C30。根据地质报告提供的抗浮水位个别桩在恒载作用下出现了拉应力,为此局部 700钻孔灌注桩作为抗拔桩,抗拔承载力特征值为 1 000 kN,采用通长配筋。两个主楼采用桩筏基础,为获得均匀的单桩反力及群桩最大的惯性矩,使群桩形心和上部结构竖向荷载作用力中心尽可能重合,偏心矩 e B /100, B 为建筑宽度。对桩位进行了多次优化调整,桩基平面布置见图 1。基础
4、筏板计算采用中国建筑科学研究院 PKPM、CAD 工程部研发的 JCCCAD 进行分析计算。因工程为框筒结构,荷载主要集中在内筒,筒底下为锅底形变形,为减少基础不均匀沉降,适当增加底板刚度,通过底板将上部结构的荷载有效地扩散到桩基上,以板厚为变参数,进行了多种方案比较,综合考虑板内力、配筋及沉降结果。交通大楼筏板厚度取 2 400,商务大楼筏板厚度取 2 000。裙房及纯地下室部分采用承台 2 桩基础,桩基设计时结合本地区的经验,适当考虑了桩、土、承台的共同作用。主楼与裙楼之间不设沉降缝,通过控制主楼沉降量,在主楼与裙楼之间设置施工后浇带,并控制后浇带封闭时间等措施, 调整主楼与裙房之间的差异
5、沉降。 图 1 基础平面图 3 超长地下室设计 由于建筑的要求,地下室连为一体,不设永久性沉降缝,地下室长 112 m,宽 72m,属超长结构,采取以下抗裂措施: (1)地下室按超长结构设计,采用膨胀混凝土,并设置了多道后浇式膨胀加强带,使同时浇筑混凝土的区域长度控制在 45 m 左右,后浇带宽1000mm,带内膨胀剂掺量为 12%左右, 限制线膨胀率要求大于 0. 025% ,各后浇带混凝土比原构件混凝土强度等级提高一级。 (2)适当增加基础筏板,地下室顶板和外墙中的拉通钢筋, 设计中双层拉通钢筋的配筋率不小于 0. 3%，并对外墙高度的水平中线部位上下500mm 范围内，对水平分布筋进行加
6、密处理。 (3)由于以往的工程中常发现地下室墙体虽掺加了膨胀剂,但因养护中墙壁体容易失水,导致混凝土中膨胀剂中的作用发挥不佳,易出现裂缝,故此次在施工交底时向施工单位特别强调了地下室墙体混凝土保水养护的重要性,要求定时向墙体喷水养护。 经采取上述措施,地下室的混凝土浇筑状况良好,未出现较明显的裂缝。 4 上部结构 4. 1 结构体系和结构布置 理想的结构体系应该是结构受力明确,传力合理,自重轻,具有合适的刚度和一定的延性。为了满足建筑设计要求,本工程的结构具有一定的复杂性,南商务主楼(以下简称南楼)及附房与北交通大楼(以下简称北楼)及附房既相对独立,又有一定联接,故通过设置防震缝将复杂的建筑划
7、分为相对合理的结构单元。 通过方案比较,最终确定在嵌固端0. 00 标高以上在商务主楼与其附房,交通大楼与其附房之间各设置防震缝,将整体结构分隔成四个独立且相对简单的抗侧力单元。北楼标准层平面尺寸 26. 70 m42. 90m,南楼标准层平面尺寸 26. 70 m 34. 80 m,均采用框架核心筒结构体系,南北楼核心筒宽度均为 9 m,满足高规核心筒宽度不宜小于筒体总高 1 /12的要求,属 A 级高度建筑。此结构体系筒体是很好的抗侧力构件,承担了大部分的风荷载和地震荷载产生的水平力,总体刚度大,侧移小,能较好满足建筑功能及立面要求,标准层结构平面见图 2。框架的抗震等级为三级,核心筒的抗
8、震等级为二级,楼面为现浇混凝土楼板。柱间距在 8. 110. 5 m,跨度大,主梁高度控制在 650750 mm。为减少主梁的配筋,在布置次梁时尽可能避开主梁的不利位置,很好控制了梁的配筋率。为减轻结构自重,主楼标准层楼板厚度大部分为 100 mm,局部 120 mm。为防止楼板在竖向荷载作用下,四周外角上翘,但受到筒体剪力墙的约束,使楼板外角可能产生斜裂缝,楼板外角顶面及底面均配置双向钢筋网。附房采用框架结构,抗震等级为三级。根据建筑平面的需要,在 3 层大宴会厅采取井字梁布置形式,平面尺寸为 16. 2m 14m,每隔 2. 7m 布置一道梁,梁高均为 850mm。 4. 2 参数输入及内
9、力分析 工程整体计算采用 PKPM2008 系列软件中的 SATWE,计算时考虑了偶然偏心和双向地震作用。结构重要性系数取 1. 0,计算震型数北塔为 32个,南塔为 24 个,采用模拟施工荷载 3 计算,风荷载主楼 0. 6 kN /m2 ,附房 0. 5 kN /m2 ,地震粗糙度类别 B 类,计算水平地震作用。 周期折减系数 0. 8,结构阻尼比 5% ,梁端负弯距调整系数 0. 85,中梁刚度放大系数 1. 8,全楼地震放大系数 1. 0,其主要结果如下: 北塔: X 向刚重比 3. 33, Y 向刚重比 2. 81,均大于 1. 4,能满足高规(5. 4. 4)的整体稳定要求,大于
10、2. 7,故不需考虑重力二阶效应。本层与上一层受剪承载力之比0. 93,满足高规(4. 4. 3)要求,结构以扭转为主的第一自重周期, Tt 为 2. 319 6,以平动为主的第一自重周期 T1 为 3. 647 5, Tt /T1 = 0. 636,满足高规第 4. 3. 5 条要求, X 向有效质量系数 95. 66%。Y 向有效质量系数 95. 2% ,楼层最大位移以 Y 方向风荷载作用控制,楼层最大位移与层高之比为 1 /1 020,最大位移与层平均位移之比为 1. 15。 南塔: X 向刚重比 6. 61, Y 向刚重比 4. 25,均大于 1. 4,能满足高规(5. 4. 4)的整
11、体稳定要求,大于 2. 7,可以不考虑重力二阶效应。本层与上一层受剪承载力之比0. 95,满足高规(4. 4. 3)要求,结构以扭转为主的第一自重周期, Tt 为 1. 370 3,以平动为主的第一自重周期 T1 为 2. 169 0, Tt /T1 = 0. 632,满足高规第 4. 3. 5 条要求, X 向有效质量系数 95. 52%。Y 向有效质量系数 95. 1% ,楼层最大位移以 Y 方向风荷载作用控制,楼层最大位移与层高之比为 1 /1 650,最大位移与层平均位移之比为 1. 32。说明结构选型比较合理, 均能满足规范要求。 4. 3 主要技术与构造措施 (1)工程核心筒剪力墙
12、,有的墙肢超过 8 m,为了调整剪力墙高度,在过长的墙肢上,人为开设洞口,减小刚度,通过调整后的各墙肢受力比较均匀,配筋也趋于合理。 (2)适当调整筒体强度,调整结构刚度,控制结构的基本周期,达到合理的结果,外墙厚度变阶二次,分别为 350、300, 内筒厚度 300, 次要墙肢 200 厚。 (3)合理选取柱子混凝土强度等级,控制柱子轴压比, 混凝土强度等级分别为 C45、C40、C35、C30,并与同层楼面梁板混凝土等级差控制在5MPa,以方便节点区混凝土连续施工。 (4)裙房与塔楼连接层及其上、下各一层为结构侧向刚度突变区,是地震作用力结构破坏最严重的位置,因此设计中对其承载力、延性、连
13、接构造予以必要的加强。 5 南北连廊结构设计 根据建筑设计要求,在南北向东、西两侧各设一连廊,跨度为 17. 5m,标高为 5. 38m (两层) ,顶盖标高为 9. 88m (三层) ,连廊采用钢桁架结构(桁架立面见图 3) ,其杆件截面小,自重轻,现场能满足建筑上轻巧、通透的要求,拼接安装也较易实现。 图 3 桁架一立面详图 图 4 支座结构 连廊既要保证在外荷载(包括自重、风荷载、地震作用等)作用下有可靠的约束,又要适应南北结构单元的相对位移,包括沉降、地震、风荷载等引起的沿连廊轴向的相对位移和垂直连廊轴向的相对位移。在连廊两端支座设计中需要合理解决约束和位移这一对矛盾,故一侧采用铰接支座,另一侧采用单向滑动铰支座(见图 4)。连廊在外荷载作用下产生的支座反力由两端支座承担,南北结构单元的竖向及垂直连廊轴向的相对位移由两端铰接支座的转动完成,沿连廊轴向的相对位移由单向滑动支座完成。6 结论 (1)对超长地下室结构采用综合的技术方案来解决由于温度和混凝土收缩引起的裂缝问题,并应对地下室外墙的保水养护给予充分重视。 (2)对塔楼间的连廊采用柔性连接方案，简化了塔楼的结构受力体系，使塔楼抗震设计的各项指标更易控制，既经济合理又施工方便。
