北京保利望京国际广场t2单体结构设计.doc

北京保利望京国际广场t2单体结构设计徐佶霆 赵晓 陈雷（深圳市筑博建筑工程设计有限公司北京分公司，北京100013）【摘要】北京保利望京国际广场t2单体建筑高度78.90m，采用框架-剪力墙结构体系。建筑特点：首层，二层外框架柱为钢筋混凝土斜柱，建筑两侧分别设置10层和7层通高共享式中庭，单片幕墙悬挂高度最大33m。四八层在中庭部分设有悬挑式螺旋钢楼梯。本文介绍了t2单体结构设计的若干问题，包括结构选型、基础设计、斜柱设计等问题的分析与处理。【关键词】框架-剪力墙结构；混凝土斜柱设计；弹性板；经济性分析the structure design of beijing wangjing poly international plaza t2xu jiting， zhao xiao ，chen lei（zhubo architectural & engineering design co., ltd.(beijing)，beijing 100013，china）abstract：beijing wangjing poly international plaza t2 is 78.90 meters high, and the structural system is frame-shear wall structure. construction features: the first and second floor of the outer frame columns are reinforced inclined column. both sides of the building are respectively provided with 10 layers and 7 layers through high sharing atrium, the glass screen wall hanging height maximum 33m. fourth to eighth floor provided with a cantilevered spiral steel stairs. this paper introduces the t2 structural design, including the structure type selection, foundation design, inclined column design and some other problems analysis and processing. keywords：frame-shear wall structure; reinforced concrete inclined column; elastic-slab; economic analysis0 工程概况北京保利望京国际广场项目位于北京市五元桥附近，由三栋高层建筑组成（t1，t2，t3）。其中t2办公楼水平长度约为65m，宽度约为39m，平面呈椭圆形。主楼地上17层，地下3层（地下2、3层为六级人防），地上建筑面积3.11万平米，建筑高度78.90m。图1（效果图）本工程结构设计基准期50年，结构的安全等级为一级，设计耐久年限50年，结构重要性系数1.00。工程抗震烈度为8度，设计基本地震加速度为0.20g，风荷载取50年一遇0.45kn/m2，地面粗糙度b类； 场地类型为iii类。基础采用平板式筏基，主楼采用cfg桩复合地基，地下车库部分采用天然地基。1 结构体系及结构空间分析1.1结构体系的确定t2建筑长度约为65m，宽度约为39m，高78.90m。楼电梯集中布置在建筑中心区域，可设置成核心剪力墙筒体，但由于建筑专业对两侧通高共享式中庭的效果要求，结构二层十五层外框架梁不能闭合，这样在确定结构体系上不宜定义为框架-核心筒结构，从框架与剪力墙承担地震倾覆力矩百分比结果分看，各层框架承担弯矩基本在20%40%之间，更接近框架-剪力墙体系，且建筑高度不足规范对框架-剪力墙a级建筑高度最大限值的80%；考虑到实际工程剪力墙确有一定筒体作用，综合框架-剪力墙与框架-核心筒结构的异同，最终确定结构体系为框架-剪力墙结构，各结构构件构造措施取两者较严者执行。同时，加大两侧中庭位置框架柱尺寸，并按角柱处理。（标准层平面见图2、图3）1.2结构空间分析 t2主体结构堪固于地下二层顶板，建筑首层及顶层层高8.4m，其余楼层层高4.2m，主要结构构件尺寸如表1：. 作者简介：徐佶霆，学士，工程师，email：图2（建筑标准层）图3（结构标准层）表1框架柱剪力墙主要框架梁位置柱截面位置墙厚位置梁截面-13层1200-13层500-1层500x800500x2000410层12001050410层400300首层600x13001116层105090011顶层3503002层500x800500x100顶层9003层以上500x700500x1000建筑两侧分别设置10层和7层通高共享式中庭，单片幕墙悬挂高度最大33m。上挂式幕墙使结构楼层荷载等效质点位置提高，且四八层在中庭部分设有悬挑式螺旋钢楼梯，由于悬挑尺寸较大，在考虑地震作用及舒适性的要求下，楼梯结构构件相对较大，自重明显增加，对结构抗震不利，框架梁及框架柱用钢量增加。结构计算采用pkpm的satwe程序（三维模型见图4），增加3个斜交抗侧力构件角度，15度，30度，45度。整体分析结果显示，首层为薄弱层，结构竖向不规则，按照高规4.3.12条处理；考虑偶然偏心作用时x方向最大层间位移比为1.34，y方向为1.09，结构平面不规则，计算考虑双向地震作用影响。由于主体结构堪固于地下二层顶板，地下一层为地下车库，框架柱数量相对地上主体结构有明显变化，按照高规8.1.4条，对0.2q0采取分段调整，即地下一层与地上结构分别调整；规定水平力框架柱地震倾覆力矩百分比500kpa；外框架部分处理后承载力特征值360kpa；最大沉降量控制在60mm内。筏板基础采用pkpm基础筏板有限元计算。2.2钢筋混凝土斜柱设计主楼建筑立面造型12层内收，外框架柱形成斜柱，倾斜角度3.5度，向内偏移0.75m，斜柱长度12.6m。2.2.1斜柱受力特点由结构杆系分析，在竖向荷载作用下，斜柱顶部柱轴力分解为斜杆轴力和梁拉力，斜柱范围内柱轴力以斜杆方式传递，相交部位梁不受力；斜柱底部柱轴力分解为斜杆轴力和梁压力。内收框架斜柱使得本层框架抗侧刚度降低，本质上弱化了框架抗侧作用，进一步强化了筒体的抗侧作用，地震作用下斜柱吸收地震作用相对较小。2.2.2结构计算及配筋设计1）结构计算采用satwe计算，斜柱按斜撑输入，由于倾斜角度小于15度，程序自动按柱单元计算。为了计算出斜柱在柱端产生的水平力数值，将首层及二层楼板设置成弹性板后对结构做补充计算，由于弹性板考虑了结构板的实际刚度，程序可以相对准确的计算柱端的水平力，再根据内力结果对相交处框架梁按偏心受拉（上部）、偏心受压（下部）进行人工复核。计算结构显示，斜柱上端连接梁最大拉力设计值465kn；斜柱下端连接梁最大压力设计值100kn。采用普通钢筋混凝土梁可满足受力要求。2）考虑斜柱中间楼层在施工时存在施工误差，与斜柱相交处梁按偏心受拉控制配筋。3）斜柱顶端楼层框架梁受拉，最大裂缝宽度按0.2mm控制。结构设计时，人为假定拉力全部由梁纵筋承担，没有考虑梁顶有效宽度范围楼板钢筋的有利作用，楼板钢筋作为结构安全储备。4）受拉层楼板在受拉范围内采用加强配筋处理。5）因本工程柱倾斜角度较小，经复核计算采用普通混凝土结构可以满足设计要求。若倾斜角度较大或楼层较高则需采用型钢混凝土梁、柱或采用斜撑转换等其它措施以保证安全。2.2.3标准层框架梁高度取值与经济性分析目前无论是甲方还是建筑最终的使用者，都非常关注楼层的实际使用净高尺寸，在投资及设计合理的情况下楼层净高最大化基本上是每一个甲方所追求的。本工程标准层框架梁跨度约12m，实际设计梁高700mm，通高中庭两侧为1000mm，跨高比约为1/17，比建筑方案要求层净高高出10cm。梁高的减小会导致用钢量有所增加，为此结构专业进行了工程用钢量比较，经过比较，梁高增加100mm，全楼用钢量大概减少1.2kg/m2，地上建筑面积约3万平米，可节约钢材36吨，按照目前钢材市场价格4800元/吨，可减少造价17.3万元。对于一个5a级高档写字楼来说，楼层净高度增加10cm所带来的经济效益要远远高于这不到20万元造价的增加，净高的增加提高了建筑品质，使建筑销售上更具吸引力和竞争力，建筑实际使用者获得更大的使用空间。3 结语本项目根据建筑的具体情况选择合理的结构体系，采取合理的抗震构造措施，对结构的关键问题进行细致的分析，以保证高层建筑的安全和经济合理；通过对结构构件的受力机理进行分析及合理计算，解决了斜柱带来的一系列结构设计问题；通过经济性比较，在结构