超高层商业建筑混凝土框架-核心筒结构设计

超高层商业建筑混凝土框架超高层商业建筑混凝土框架 核心筒结构设计核心筒结构设计 随着城市人口的增多 我国的高层商业建筑也逐渐如雨后春笋 高层建筑最大限度地节约资源 节能 节地 节水 节材 从而为 人们提供健康 舒适的空间及环境 更加适应城市化的进程 一 工程概况 某广场地处繁华地带 是集商业 办公 酒店式公寓等多项功能 的建筑复合体 地下5层 地上42层 以及出屋面水箱间 构架等 主楼地上1层至6层为商业 餐饮 7层至14层 16层至23层用于办公 15层 25层为避难层 24层为空中会所 26层至42层为项级酒店式公 寓 房屋高度160m 地下5层主要用于机械式停车及设备机房 高度 20 2m 屋面上有钢构架围护造型 裙房地上6层 局部7层 裙房 屋顶标高为40 700m 本工程采用框架 核心筒结构 在地面以上主 楼 裙房之间设置缝宽200mm 的抗震缝 二 地基与基础设计 拟建的工程场地地形平坦 为人工开挖的基坑 场区地貌形态类 型单一 岩石种类单一 岩脉发育 岩体强度较高 场区赋存地下水 主要为基岩裂隙水 根据水质分析结果判定 在强透水层和干湿交替 的条件下 按最不利因素考虑 拟建场区地下水对混凝土无腐蚀性 对钢筋混凝土中的钢筋具有弱腐蚀性 对钢结构具有弱腐蚀性 工程建筑场地 0 000m 相当于绝对标高5 500m 主楼采用筏 板基础 基础底板厚度为2400mm 裙房及外围地下室也采用筏板基 础 底板厚为1200mm 另设抗浮锚杆 锚杆孔直径为180mm 锚杆 孔中距为2m 长度为3 75m 基础底板混凝土强度等级为c35 抗渗 等级为1 0 mpa 添加混凝土微膨胀剂 底板混凝土强度拟采用r60强 度 按c40计算 在主楼与裙房之间设置沉降后浇带 地下室同时设置 温度后浇带 地下室外墙采用现浇钢筋混凝土 墙厚为400mm一 600mm一800mm 混凝土强度等级为c35 抗渗等级为 1 2mpa 0 8mpa 添加混凝土微膨胀剂 三 结构设计 一 设计的基本参数 图1为办公标准层 层高4m 结构布置示意图 图2为公寓标准层 层高3 7m 结构布置示意图 结构分析基本参数为基本风压 0 7 kn m 主楼 100年一遇 考虑 0 6kn m 裙房 50年一遇考虑 地面粗糙度 b类 特征周期 0 4s 地震荷载 6度 0 05 场地类别 ii类 地震 分组 二组 抗震等级 框架2级 裙房及主楼地下2层 地下5层为3 级 简体2级 主楼地下2层 地下5层为3级 主楼加强层及上下 各1层框架 核心筒取1级 结构阻尼比 取0 04 二 计算分析及特点 本工程主要采用 高层建筑结构空间有限元分析与设计软件 satwe 进行结构整体分析 计算表明为风荷载起控制作用 结构位移控制指标 按222m取用即为1 584 本工程主楼标准层建筑宽27 5m 内筒宽 9 5m 长31 5m 外柱至内筒最远距离12 8m 最近8 8m 采 用型钢混凝土框架 钢筋混凝土简体结构 即 主塔采用混凝土简体 考虑构造及延性在角部等内置h型钢骨 不参与计算 十字形钢管 混凝土芯柱 型钢混凝土梁 办公部分次梁采用混凝土梁 工程高 宽比 h 6 6 7 内筒宽为总高的1 19 内筒高宽比远远小于规范建 议1 12 是本工程的最大特点 为此综合分析了不设加强层 设加强 层 伸臂桁架方案 设加强层 刚性墙方案 等几种方案 分析计 算表明需设置加强层以提高整体刚度 计算过程中调整了墙肢及梁柱截面 为便于设备管线通过 工程 两个6m层高的加强层同时也是设备层 避难层 设置了大体积混凝土 水箱 电力机房 确定了伸臂桁架的结构加强方案 三 设计中应注意的事项 1 由于下部以商业 办公为主 上部以公寓为主 综合考虑周期 折减系数取0 8 以 0 oom作为嵌固端 经楼层剪切刚度比较现有 建筑条件可以满足此结论 2 核心筒 26层以下 短向两端 轴 轴 壁厚800 其余 壁厚500mm 除部分小隔墙200mm厚 长向 轴 轴 壁厚 800mm 柱采用钢管混凝土芯柱 1500mm 内置十字形型钢 两方 向高均700mm 壁厚30mm 混凝土均为c60 核心筒 26层及以上 短向两端壁厚600mm 其余壁厚400mm 除部分小隔墙200mm厚外 长向壁厚800mm 柱采用钢管混凝土芯柱鬺300mm 内置型钢 两 方向高均为600mm 壁厚25mm 混凝土均为c50 钢骨梁采用 450mmx750mm 及400mmx750mm 内置型钢h450 x250 x 16x25及 h450 x200 x 16x20 钢构采用q345b 外框架钢骨梁与钢管混凝土芯柱 刚接 连接外框柱与核心筒墙肢的钢骨梁两端刚接 为此对墙内未设 有钢柱处采用内置槽钢与型钢梁内钢梁连接 并考虑塑性铰外移 次梁均为铰接 伸臂桁架竖杆及斜腹杆采用钢骨混凝土截面 内置 600 x400 x35的钢骨 计算时便于计算按纯钢构 混凝土起耐久作用 3 核心筒外楼面采用钢筋混凝土楼板 协调外围钢框架与核心筒 在水平荷载作用下的变形 4 主楼地下室长约1 14m 宽约73 6m 0 00楼层考虑单向 梁 间隔3m 方案 b2一b4考虑了无梁楼盖方案 b5则考虑人防荷载 5 由于风荷载起控制作用 连梁刚度折减系数取0 8 主要计算结果如下 t 1 5 5s t2 4 7s t3 3 5s 风荷载 作用下的楼层层间位移角接近限值 同时考虑到抗震规范指出的多遇 地震标准值产生的楼层内最大的弹性层间位移计算时 对弯曲变形为 主的高层建筑可以扣除结构整体弯曲变形 故计算结有一定的刚度余 量保证 伸臂桁架斜腹杆的强屈比自下而上约为 0 7 0 5 0 4 竖杆的强屈比白下而上约为 0 39 0 36 0 2 本工程顶部构架高40m 为西高东低 采用纯钢结构外覆玻璃幕 墙 但顶部露空以便擦窗机能够工作 此时风荷载取值中的风荷载体 形系数经与审图机构沟通确定为靤 2 6 即分别考虑每侧幕墙的风压 与风吸 常规1 3的2倍 从而大幅度增大了本工程的侧向风荷载引起 的弯矩 这也是最终确定按222m高度控制结构整体指标的依据 四 型钢混凝土框架的应用 本工程主要节点设计需考虑型钢梁和混凝土墙内置钢骨连接时钢 筋的布置 为此与钢构加工单位沟通 采用图2所示为十字柱和钢骨 梁节点 加快施工进度 此外 由于采用型钢混凝土框架而非钢框架 施工时不能使得混凝土简体施工和外围框架施工进度差别较大 由于采用的混凝土等级较高 设计提出建议采用含碱量 o 6 的 低碱水泥 钢结构焊接分为两类 其中手工电弧焊要求采用e5015或 e5016低氢型焊条 焊条应符合 低合金钢焊条 gb t 5118 的规 定 埋弧焊 焊丝和焊剂采用f5014一h08mna或f5014一h10mn2 应 符合 埋弧焊用低合金钢焊丝和焊剂 gb t12470 2003 的规定 采用其它牌号时 熔敷金属强度 延伸率 冲击功等均应与q345b相匹 配 并经设计确认 当采用co2 气体保护焊时 co2应符合 焊接用二 氧化碳 hg t2537 的规定 co2含量应不低于99 9 水蒸汽 与乙醇总含量不得高于0 005 并不得检出液态水 当瓶内气压低 于1mpa时 应停止使用 co2焊接用焊丝采用er50 3 应符合 气体 保护电弧焊用碳钢 低合金钢焊丝 gb t 8110 的规定 对厚度 10mm钢板的拼接 全熔透焊缝 钢柱与钢梁上 下翼缘的全熔透 焊缝 十字形柱 工字形柱在钢梁及其上 下各600mm范围内的组合 焊缝 全熔透焊缝 桁架与钢柱连接的全熔透焊缝 十字形柱 工 字形柱横向加劲板与翼缘的全熔透焊缝 十字形柱 工字形柱翼缘安 装焊缝 全熔透焊缝 要求焊缝质量达到一级 工字形柱腹板的安装 焊缝 v形坡口加垫板 十字柱腹板安装焊缝 k形坡口 反面清根 焊 十字形柱腹板与翼缘的组合焊缝 十字形柱腹板与腹板的组合