昆明中汇商业的结构设计

昆明中汇商业中心的结构设计昆明中汇商业中心的结构设计 陈麟海陈麟海 王剑非王剑非 钟阳钟阳 云南省建筑工程设计院 云南省建筑工程设计院 邮编 邮编 摘要 钢管混凝土结构在高烈度地震区的应用尚缺乏足够多的经验 如钢 管混凝土及组合钢梁在高烈度地震区的设计 钢柱与支撑的地震力分配控制设 计 钢结构节点的抗震构造设计等都亟待解决 文中介绍了中汇商业中心的基 础设计及问题处理 上部钢管混凝土柱设计 组合钢梁设计及部分节点构造的 设计方法 关键词 高烈度区 结构设计 钢管混凝土柱 组合钢梁 节点构造 一 工程概况 昆明中汇商业中心工程 位于昆明市北京路与烟草 路交界处 地处昆明北市新区的中心地带 中心占地 27 35 亩 总建筑面积约 54486 总长约 146 米 宽约 111 米 地下一层 地上五层 地下室层高为 4 8 米 地 上一 五层高依次为 4 8 米 5 5 米 5 5 米 3 3 米及 4 2 米 总高度为 23 8 米 柱网以 8 4 8 4 米为主 建成后 将集商业 娱乐餐饮为一体 成为昆明北市区标志性建 筑 中心根据建设用地 平面呈不规则多边形 沿高度 方向层高根据功能逐渐减小 平面见图 1 建设中的商业 中心见图 2 二 基础设计 一 地质条件 根据岩土工程勘察报告 工程地址情况较简单 场地 土类型为中软场地土 浅层 10 米内为 Q4的粘土及软粘土 层 强度或变形指标较差 10 米左右有较厚的 Q3圆砾层 fak 180Kpa qp 7000 Kpa 适宜做为桩基持力层 场地无 液化 较为均匀 地下水位在地表下约 2 5 米 建筑场地类别为 类 图 1 图 2 二 桩基础设计 考虑有较好的浅层持力层 基础用采用独立承台桩基 防水板 桩型为静压预制钢筋混凝土方桩 以层 Q3圆砾层 为持力层 单桩承载力设计值为 550KN 桩长 6 8 米 经 抗浮验算 在西北角下沉广场处设置抗拔桩 地下室防水 板厚 400mm C35 防水混凝土 抗渗标号不低于 S6 因压 桩过程中 桩尖触及圆砾层后很难进入 抗拔桩深度未能 达到最初设计预期 加之由于在施工过程中上部荷载未到 位 突降暴雨后水位上涨而部分破坏 经降水处理 采用 永久性拉力型中空注浆锚杆进行抗浮补强 锚杆直径为 200mm 锚杆设计长度 15 米 锚固体置于地勘报告中的第 Q3层圆砾中 有效锚固体长度 8 米 单根锚杆轴向拉力设 计值不低于 150KN 实践证明在圆砾层中采用拉力型中空 注浆锚杆抗浮 施工简单 抗拔承载力能有效保证 三 上部结构设计 一 结构设计 昆明中汇商业中心 采用方钢管混凝土框架 支撑结 构体系 钢柱 钢梁 支撑采用 Q345B 强屈比不小于 1 2 其它次构件材质为 Q235B 楼板采用焊接 H 型钢梁混 凝土现浇楼板组合结构 结构电算分析采用结构空间有限 元分析软件 SATWE 进行 上部结构因超长 中部设置伸缩 缝分为两个结构单元 嵌固端取地下室顶板 结构计算时 分别进行了单独计算和整体计算 并进行了分析比较 由于商业空间布置限制 钢支撑布置数量十分有限 只能在外围不影响立面处 以及中庭环廊处适当布置 设 计时进行多方案比较 控制支撑承担的剪力不超过总剪力 的 35 考虑在高烈度地区钢管混凝土柱实际应运缺乏足够的 经验 结构阻尼比取为 3 5 并在结构设计中将混凝土的工 作承担系数 c控制在相对较低值 约 0 1 0 5 之间 对焊接工字钢与混凝土楼板组合结构的计算中 简支 梁按照组合梁设计 有效的节约了钢梁截面 充分发挥混 凝土抗压性能 对于框架梁 由于支座上部混凝土在受拉 区退出工作 不能实现组合梁的工作模态 我们按照 钢 结构设计规范 GB50017 2003 第 11 1 6 进行 15 的调幅 以充分发挥组合结构材料性能 次梁的布置方式采用棋盘 式布置 因考虑次梁为组合梁结构 这样的布置方式在不 影响楼层刚度的同时 使两个方向的框架梁受力趋同 截 面也趋同 给设计和施工 以及建筑空间都带来益处 二 结构构造 1 方钢管混凝土柱 应用高频焊接方钢管混凝土柱具有如下优点 承载力高 节省用钢量 塑性变形能力增强 抗震性能好 抗侧刚度大 耐火性能良好 从而可降低防火处理费用 现场安装方便 钢管壁厚较薄 自重小 运输 吊 装方便 中汇商业中心的竖向承重结构为矩形钢管混凝土柱 结构抗震由钢管混凝土柱 钢支撑的结构体系承担 柱子断 面地面上两层为 450 450 16 三层以上为 400 400 12 局部采用 500 500 14 及 450 450 12 管内为 C40 无收缩混凝土 正式施工前进行了两个约 10 米 长柱段的混凝土试浇灌 对无收缩混凝土的配合比进行实 测 达龄期后经超声探测及现场剥离 表明矩形钢管与混 凝土结合严密 整体性可靠 方钢管混凝土柱向下延伸 在地下室内底板采用外包式柱脚 在满足规范要求及内力 计算的前提下 地下室柱段形成外包加内填的钢管混凝土 组合结构如图 3 图 3 地下室底板柱脚处采用垫铁解决标高偏差 在施工中 调整外包主筋角度 以实现柱脚螺栓的安装 见图 4 柱 子与梁连接节点 经过与安装公司的现场研究 采用一种 改良后的内隔板式与外伸内隔板式的节点构造 并在工厂 加工后在现场吊装 现场操作十分方便 见图 5 图 4 图 5 2 组合钢梁 该工程中存在钢梁与混凝土墙柱连接 钢梁与钢梁连 接 钢梁与钢管混凝土柱连接等多种节点 并根据连接方 式分为铰接和钢接 基本原则是 钢梁与混凝土连接采用 预埋板 钢梁与钢梁 钢梁与钢管柱连接根据连接性质 分别采用螺栓连接和栓焊结合的连接方式 并对框架梁支 座上部受拉区进行构造加强 设置加劲板 典型节点如图 6 3 现浇楼板 受建设方对投资控制的影响 楼板采用现浇板 楼板 与钢梁之间通过栓钉连接 避免在产生挠度时的相对滑移 栓钉规格根据剪力的大小分别从 1 排 16 200 2 排 19 125 到不等 现浇板筋与钢框架梁柱的节点构造 根 据不同条件采用了混凝土内锚固和焊接的方式 图 6 4 竖向交通系统 钢结构施工中 竖向交通的电梯 楼梯与混凝土结 构有着本质的不同 结合本工程有如下体会 A 由于墙体系统的不同 砌体或者金属墙板 电 梯安装支架的敷设将分别与圈梁或小型型钢构件连接 结构施工时必须配合安装进行协调 避免后期返工 造 成大量的现场手工焊 直接影响结构安全的可靠性 B 在采用剪刀梯提供足够疏散通道的方案中 由 于楼梯间开门方式是多方向的 而楼梯梯段一般在工厂 完成后吊运现场组装 梯段竖向支承的方式和位置必须 预先考虑 在满足结构要求的同时不能破坏建筑功能 五 防火措施 根据 矩形钢管混凝土结构技术规程 CECS 159 2004 钢管混凝土柱的防火涂层宜采用厚涂型钢结 构防火涂料或金属网抹 M5 水泥砂浆 综合考虑经济性以及 施工难度 该工程的钢梁采用了涂料防火 钢柱采用金属 网抹防火砂浆的方法 由于抹灰较厚 必须分 2 3 次完成 我们在钢管柱表面四角增加了钢筋骨架以固定和架高金属 网 实际运用效果良好 四 结语 昆明中汇商业中心作为昆明北市区标志性建筑 建筑 体量较大 采用了高烈度地震区运用不多的钢管混凝土柱 加支撑结构体系 同时由于建设方的投资控制要求 采用 了现浇楼板和砌体维护墙 给结构设计带来了很多课题 如钢结构嵌固端取为地下室顶板时的约束条件保证 钢管 混凝土及组合钢梁在高烈度地震区的设计 钢柱与支撑的 地震力分配控制设计 钢