大底盘双塔楼超限高层钢骨混凝土结构设计

大底盘双塔超限高层钢筋混凝土结构设计摘要：结合超限高层框支剪力墙的优化设计，对钢筋混凝土组合结构的设计、计算方法和施工方法的讨论可供设计者参考。关键词：在钢筋混凝土柱钢筋混凝土柱钢筋混凝土结构的钢材含量面前，超限高层建筑工程是指国家现行规定、规定的适用高度和适用结构的类型、体型特别不规则以及相关规定、程序规定要求抗震特别审查的高层建筑工程。中光楼是一座集办公室、住宅、商场、餐饮、娱乐为一体的大型高层综合建筑。包括三座高层塔(a、b和c)。海带5层，地下2层。地下一、二层是装备用房、车库、地下二层是战时的6级民防产业。地上1-5层是商场。a，b栋塔为6-26层折合平面的高层住宅，住宅高度为89.1米，局部突出，建筑物整体高度为106.1米。c栋是6-28层的大型空间办公室，房子高度为99.6米。包括局部悬挑在内，建筑物的总高度为118.800米。五层商业街总面积为26785平方，总建筑面积为平方米。由于房屋的总长度远远超过钢筋混凝土结构伸缩缝的最大间距55米限制，因此设置了两个地震接缝，将房屋分成三段，形成三个结构单元。a，b高层建筑是大型机箱，双塔。c栋是带讲台的独立框架剪力墙结构的高层建筑。其馀是框架结构。建筑的抗震设防类别均为b类，场地类别为ii类。基础采用坚固的风化砂岩钢筋混凝土平板筏形基础，楼板厚度1600mm(住宅部分)，1800mm(办公部分)，基础承载力标准值400Kpa，压缩系数es=12 17m pa。本建筑物的结构安全等级为1级，设计标准期限为50年。本文以a，b栋为对象。1、结构布局特性a、b高层建筑的舒适性、规则要求(即没有房屋的室内柱角)和5层商场大空间要求，5层大底盘双塔框架剪力墙结构，转换层、梁转换、转换层设置在23米的5 6层中间使用设备层。纵横比为3.22，纵横比为4.13，转换层上下剪切刚度比=1.395。1、房屋高度超限a、b高层建筑高度89.1米、钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程 (JGJ3-91)中规定的框架剪力墙结构8度超过区域复盖高度80米限值。2、双塔接头结构的使用，质量、刚度分布不均匀的垂直不规则。3，高转换：使用5-6层之间的设备层作为转换层，23米层。8度以上的转换层应控制3层以下的限制。4、由于住宅建筑平面图的要求，局部有二次转换。5、由于商场功能限制，a、b塔的地板剪力墙数量少，大部分放置在商场后部，主结构和大型底盘中心的偏心力矩与底盘大小的比例为0.2。6，6-26层住宅部分周围剪力墙部分打开了角窗。2、通过我院的多种分析和论证，其主要不利因素是框支剪力墙结构在转换层下，支撑框架与底剪力墙共存，形成“支撑框架-剪力墙”系统。其中支撑框架是薄弱环节。这种结构在高转换时在变换层附近的刚度、内力和力传递路径上发生突变，因此较弱的层容易形成，对抗震性不利。同时，支撑框架柱应直接承担从上部传入的重力荷载，其剪力墙应直接承担倾覆力矩引起的轴力，不应依赖于楼板剪力墙的整个楼板间接传导力的地震水平剪力。这样，转换层下支撑框架柱的内力大大大于计算分析结果。对此采取以下措施：1、钢筋混凝土柱、钢筋混凝土梁混合结构(共48根钢筋混凝土柱)在塔范围的5层以下的框架支撑部分。作为解决高转换和高超限的重要措施。用于2，a，b塔的美观建筑屋塔受高振动类型的影响，在更大的重复作用下，承受纵向拉伸压力和横向剪切力，力非常复杂。与此同时，由于建筑物使用功能要求，在讲台中央开了一个大洞，安装了电梯，削弱了地板。为了达到这样的劣势，设计了加固围绕大孔楼板的梁的截面和加强材料、增加楼板厚度、添加斜加强材料的措施。3.上层住宅是蝴蝶平面，因此转换层的个别部分出现了二次转换梁。根据高层建筑混凝土结构技术规程 (JGJ3-2002)第10.2.10条，过渡层顶部的垂直侧阻构件(墙、柱)必须直接放置在过渡层的主结构中。结构竖向布置复杂，框架支撑主大梁支撑剪力墙，转换次梁及其剪力墙时，应进行应力分析，按应力检查加固，加强加固施工措施。b级高框支剪力墙高层建筑的结构转换层、框支主、副梁方案不合适。针对这种不利因素，加强了框架主梁的加固工程措施，并采取了在框架主梁下部加固区域设置钢梁的措施。4、在住宅部分打开角窗，削弱了剪力墙结构体系的完整性，改变了剪力墙和框架支撑梁之间的力传递方法，对其冲击带有不利影响。对于这些不利因素，我们决定从应力计算和施工措施两个方面加强处理。3、分析计算结果3.1，整体计算结果1，计算软件：中国建筑科学研究院PKPM系列TAT(多层和高层建筑结构三维分析和设计软件)，SATWE(多层建筑结构空间有限元分析和设计软件)两个不同的程序进行比较计算，整体计算结果接近。以下是TAT，SATWE的计算结果：地震影响系数使用建筑抗震设计规范 GBJ11-89的值。地震发生0.16，地震发生0.9，阻力0.05 2，设计参数：地震强度8度；场地土壤类别类别；抗震等级框架，剪力墙为一级。层自由度：每个层3个自由度(2个平动，1个扭转)；地震作用根据侧向刚度分析模型考虑扭转耦合，通过18个模式计算固定在0.000。3.2结构基本持续时间：SATWE结果：t1=1.3611 T2=1.3455 T3=1.2611 T4=1.1075 t5=1.0510 T6=1.0458(仅列出前六种模式形式)TAT结果：t1=1.5046 T2=1.4899 T3=1.3669 T4=1.2368 t5=1.1506 T6=1.0749(仅列示前六种模式类型)4，地震时底部水平地震剪切系数：SATWE结果：Qox/G=4.44% Qoy/G=4.35% TAT结果：Qox/G=4.08% Qoy/G=4.08以下是基于sat web程序的分析：1、在固有范围内，结构扭转基础的第一自然频率与转换基础的第一自然频率比0.9满足规范。2，模式曲线符合法则。3，3.2%的地板剪切率符合规格要求。4、最大层间位移和顶点位移1/1000，符合规格要求。从最大底部位移曲线可以看出，5层以下缓慢，转换层以上陡峭，机箱刚度小于塔。5、分析结果时程分析的最大位移不超过响应谱法计算的位移值、y-地板剪切、x-y-地板弯矩不超过响应谱法计算的地板剪切和地板弯矩，只有x-地板剪切TAF-2波大于响应谱法，但3波的平均值仍小于反射谱级剪切力。动力时程分析检阅结果表示不需要调整个别楼板元件的内力和断面强化。3.3、本地计算和结构处理1、框架支撑梁：使用SATWE程序的框架剪力墙有限元分析程序进行计算，并进行应力分析。同时，加强框架支撑梁的加固施工措施，将580mm高的钢梁添加到框架主梁的下部钢筋区域，以免框架支撑梁的钢筋过于密集。2，角窗：在总体计算中，角窗的顶部墙计算为双悬臂。同时满足剪力墙连接梁要求的加固设计。另外，角窗周围的暗柱和连续梁的加固、侧墙剪力墙墙堆栈以及角窗部分楼板中添加了斜加固。3、钢柱的计算：首先，确定钢的截面形状，确定预定钢柱的钢含量，将其导入sat web程序中进行整体计算，并根据计算结果调整钢材含量。下面详细介绍了钢筋柱的结构和具体方法。4、钢筋混凝土结构设计前准备工作采用钢筋混凝土是解决超限问题的主要技术措施，是此次设计的重要组成部分，也是我省首次采用。在本设计中，钢柱使用实际的腹板十字型钢，钢梁使用I字形型钢。钢筋混凝土结构设计中需要注意的几个问题包括：4.1、目前对钢筋混凝土构件的最小和最大钢比例没有统一的认识，但如果钢筋含量低于2%，则可以使用钢筋混凝土构件，不需要使用钢筋混凝土构件。如果包含钢的比例太大，钢和混凝土不能有效地一起工作，混凝土的作用不能完全发挥，混凝土浇筑施工可能会很困难。因此，在冶金行业标准钢骨混凝土结构设计规程 YB9082-97中，钢含量为2%15%。一般来说，更合理的钢铁拥有率为5%到8%。另外，建设部产业标准型钢混凝土组合结构技术规程 JGJ138-2001定为4%-10%。在中矿大厦钢筋混凝土柱的设计中考虑建设单位的钢铁节约和成本节约要求时，经专家委员会批准，钢柱的钢铁储备率确定为3.5%。4.2，钢高宽比：钢板厚度必须小于6mm，通常法兰大于20mm，腹板大于16mm，但钢板厚度大于36mm，钢厚度方向的截面收缩率必须符合当前国家标准厚度方向性能钢板 GB5313的Z15类规定。这是因为厚度大的钢板在轧制过程中存在各向异性，焊接附近经常形成约束，焊接时容易发生分层撕裂，不容易保证焊接质量。钢的长宽比必须符合规范的要求。4.3，钢筋混凝土保护层厚度：按照规定，对于钢筋柱，混凝土最小保护层厚度必须小于120mm，对于钢筋梁，混凝土最小保护层厚度必须小于100mm。4.4，应重点关注结构连接中钢筋混凝土柱和钢筋混凝土梁的调整问题。5、钢铁生产和施工措施5.1、钢铁生产钢铁的制作必须使用机械加工，由钢铁制造企业承担。钢材切割、焊接、运输、吊装、检验测试应符合当前国家标准钢结构工程施工及验收规范 GB 50505、建筑钢结构焊接技术规程 JGJ81、钢结构工程质量检验评定标准 GB50205，钢铁、焊接材料、螺栓及其他质量证书，质量应符合相关国家规定。焊前零件焊面脱纸、除锈、焊工要经过认证。施工中，应采用施工现场的型钢柱连接和梁柱连接的焊接质量、型钢钢板孔、厂房排架孔，现场不得用氧气切割孔，在铁制完成后，施工单位不得随意变更，以免因孔位置变更而发生施工困难。5.2、在钢筋混凝土中设置剪切销的要求钢筋混凝土和钢筋混凝土结构的一个重要区别是钢筋混凝土粘结力比钢筋混凝土粘结力小得多。根据国内外实验，大致相当于光面钢筋结合力的45%。因此，在钢筋混凝土结构中，钢筋和混凝土被视为共同工作，直到构件被破坏。在钢筋混凝土中，粘结滑移的存在会影响构件的破坏形式、计算假设、构件承载能力和刚度、裂缝。通常，可以通过两种方法解决。一种是在元件上设定其他切割连接器(崁柱)，并根据计算确定其数量。也就是说，滑动面的剪切力全部由剪切连接器构成，这称为全剪切连接。这可以认为钢与混凝土完全协同工作。另一种方法是：(1)在主脚和柱脚的上一级范围内，计算型钢特定部分的粘结滑移对承载力的影响。(2)连接到框架梁的牛腿上下法兰；(3)将剪切螺柱作为施工要求添加到结构过渡层范围的钢筋法兰中。构件中设置的栓钉必须符合国家标准园柱头焊钉 GB10433，栓钉直径通常为19，长度不应小于4倍栓钉直径，间隙不应小于6倍栓钉直径，大于200mm，必须用特殊紧固件焊接，焊接质量必须符合规范。5.3、钢连接钢柱的长度，根据钢铁生产和运输长度限制及建筑物层综合考虑，一般每三层一个，现场连接接头应位于框架梁顶面1 3米以上。钢柱的现场连接通常有三种形式。(1)全焊接连接；(2)全螺栓连接；(3)螺栓，焊缝混合连接。第三种形式大部分用于设计工程。也就是说，钢柱法兰用完全溶解的切割对接焊缝连接，腹板用摩擦型高强度螺栓连接。在重光大厦设计中，钢场地连接采取第三种形式。5.4、钢柱结构1.柱脚石的柱脚分为埋设和非卖雪。柱脚的混凝土最小保护层厚度柱脚的柱脚如下。柱脚必须小于180mm，马桶柱和柱状：小于250mm。2、钢柱嵌入柱脚的嵌入深度不得小于3倍钢柱截面高度，在柱脚部分和柱脚的上一级范围内，在钢柱凸缘外部设置柱脚。栓钉直径不小于19，间距不大于200mm，栓钉到凸缘边的距离大于50mm。3.在重光建筑的铁制设计中，建筑终端卡在0.000米处，经过多次研究、讨论，确保地下一层车库的使用功能，底部框架梁水平、垂直加腋、钢筋延伸到框架柱的长度1.5米处，底部和钢筋混凝土柱心脏钢筋焊接。工程提出，在施工过程中，将钢脚放在半层柱上施工存在困难，无法保证施工质量。之后，对工程单位、设计单位、制作单位、建设单位进行了多次研究，决定在钢柱脚下增设格子支架。将支架扩大到地下一层(支架必须保证张力传递)，比上述方法更容易施工，加快了施工进度。以后设计中出现同级问题的时候，直接将其推到地下楼层，就解决了嵌入式柱脚的深层问题，与底部梁和液一起取消了建筑工程和支架的制作安装过程，从而节省了时间，保证了建筑质量。5.5、钢柱的节点结构框架梁、柱节点核心区域是结构力的核心部分，设计时力传递明确、安全、可靠、施工方便，节点核心区域不允许过度变形。在钢筋混凝土结构中，“梁和柱”节点包含以下形状：(1)钢筋混凝土梁-钢筋混凝土柱的连