EPC办公楼项目结构设计

结构设计完全响应招标文件评分内容：总体结构形式经济、合理、安全；基础处理、结构设计安全，柱网设置恰当。设计主要荷载（作用）取值1、活荷载按照建筑使用要求，根据《工程结构通用规范》（GB55001-2021）和《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)确定建筑楼、屋面活荷载，主要功能用房活荷载取值见下表：单体名称使用功能活荷载（kN/m2）1#楼、2#楼办公、工作室、研究室、接待室2.5普通实验室3.5首层实验室及地下实验室≥10.0据实定健身房4.5会议室、接待室3.0布展区、休闲区、会议厅、报告厅、多功能厅3.5储藏间、图书区6.0交流展示中心展厅4.0洽谈、办公、接待中心2.5地下室水泵房、变配电房10.0消防水池按实际水深计其他走廊、卫生间、其它设备用房、管井2.5楼梯及其前室、门厅、电梯厅3.5电梯机房、空调机房、消防控制室8.0不上人屋面0.5上人屋面2.0注:①设备荷载按实际重量考虑。②栏杆顶部水平荷载取1.0kN/m。③未注明者按《工程结构通用规范》（GB55001-2021）和《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)取值。2、恒荷载主要楼、屋面建筑面层恒载标准值。楼面做法面层恒载（kN/m2）普通楼面2.0公共卫生间楼面6.0不上人屋面4.6，设排水沟时据实确定上人屋面5.0，设排水沟时据实确定种植屋面6.0，按300厚覆土深度考虑地下室底板2.0注：面层荷载中已包含顶棚及吊挂荷载均为0.50kN/m2。3、风荷载基本风压：0.85kN/m2（50年），0.50kN/m2（10年），地面粗糙度类别为A类。体型系数：高层建筑体型系数为1.40，多层建筑体型系数为1.30。高层建筑考虑风力相互干扰的群体效应，体型系数乘以相互干扰系数1.1。4、雪荷载基本雪压：无。5、地震作用抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组。场地类别为Ⅱ类，多遇地震影响系数最大值为0.0417。大悬挑和大跨结构考虑竖向地震作用。结构阻尼比按材料区分：钢筋混凝土结构阻尼比为0.05；钢结构为0.02。6、温度作用根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012，基本气温：最低14℃，最高36℃，钢结构基本气温在上述基础上增加或降低5℃，取为11℃、41℃。结构合拢温度取20℃～30℃；夏季室内外温差5℃；冬季室内外温差为5℃。（1）室内混凝土结构最大温升和温降温升：ΔTk=36-5-20=11℃；温降：ΔTk=（14+5-30）=-11℃（2）室外混凝土结构最大温升和温降温升：ΔTk=36-20=16℃；温降：ΔTk=14-30=-16℃（3）室内钢结构的最大温升和温降温升：ΔTk=41-5-20=16℃；温降：ΔTk=（11+5-30）=-14℃（4）室外钢结构的最大温升和温降温升：ΔTk=41-20=21℃；温降：ΔTk=-11-30=-19℃。结构设计分类分级工程结构设计所采用的设计主要参数及等级见下表：设计参数分类分级主要依据结构设计工作年限50年《建筑结构可靠性设计统一标准》（GB50068-2018）建筑结构安全等级二级《建筑结构可靠性设计统一标准》（GB50068-2018）建筑工程抗震设防分类丙类《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223-2008）地基基础设计等级甲级《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）抗浮工程设计等级甲级《建筑工程抗浮技术标准》（JGJ476-2019）地下工程防水等级地下室防水等级为一级《地下工程防水技术规范》（GB50108-2008）建筑耐火等级地下室为一级，地上为二级《建筑防火设计规范》（GB50016-2014）（2018版）体结构形式三亚崖州湾科技城技术创新与成果转化平台建设项目位于位于三亚市崖州区麒麟坡东侧。项目总建筑面积约7万平米，主要包含1#楼、2#楼和交流展示中心等，设有地下一层的地下室。各单体主要参数及结构型式见下表：单体名称主要功能层数房屋高度（m）各层层高1#楼科学实验937.7一层5.4m；标准层4.0m2#楼-1科学实验937.7一层5.4m；标准层4.0m2#楼-2科学实验937.7一层5.4m；标准层4.0m交流展示中心展览厅418.3一层5.4m；标准层4.2m地下室科学实验、车库、人防1-5.13.7m、5.1m1#楼、2#楼-1、2#楼-2建筑平面均呈矩形；其中1#楼长50.4m，宽30.4m；2#楼-1长67.2m；宽30.4m，2#楼-2长64.45m，宽30.4m。1#楼和2#楼-2在八至十层采用跨层钢桁架连廊连为一体，采用刚性的强连接；2#楼-1和2#楼-2之间在七至九层采用钢梁结构的连廊连接，在2#楼-1设置滑动支座，在2#楼-2设置固定铰支座，采用滑动的弱连接。1#楼、2#楼-1、2#楼-2采用钢筋混凝土结构，结构形式为框架结构，抗震等级为三级。钢结构抗震等级为三级，螺栓连接均采用摩擦型高强螺栓。其中六至十层抗震等级为二级。基础顶面作为上部结构嵌固端。结构划分示意图、结构计算模型见下图：结构单元示意图交流展示中心平面呈矩形，长35.8m，宽35.8m，交流展示中心采用钢筋混凝土结构，结构形式为剪力墙结构，抗震等级为四级，结构整体计算模型如下：交流展示中心结构模型基础处理及设计本工程根据由西北综合勘察设计研究院于2023年8月出具的《三亚崖州湾科技城技术创新与成果转化平台建设项目（一期）勘察报告》（初步勘察）进行设计。1、基础结构选型根据地勘报告地基基础设计参数如下表：层号土层名称地基承载力特征值fak（kPa）①杂填土（松散）—②粉质粘土（可塑）140③中砂（稍密）150④淤泥质粉质粘土（流塑）70⑤砾砂（砾砂）250⑥粉质粘土（可塑）140⑦砂质粘土（硬塑）220⑧粉质粘土（硬塑）250根据地勘报告桩基设计参数如下表：层号地层名称钻孔灌注桩混凝土预制桩抗拔系数qsikqpkqsikqpkλ(kPa)(kPa)(kPa)(kPa)①素填土18-24--②淤泥质粉质黏土20-22-0.2③粉质粘土55-60-0.5④中砂46-55-0.5⑤淤泥质粉质黏土20-22-0.2⑥粉质粘土556005822000.5⑦1中砂5311005845000.65⑦2砾砂80190010080000.7⑧1粉质粘土7010007832000.7⑧2粉质粘土8012008555000.75⑧3粉质粘土8512008860000.75根据地勘报告典型的地质剖面如下图：结合各单体荷载分布及地质条件，本工程可采取的基础形式如下：单体名称基础形式优缺点1#楼、2#楼桩基础（钻孔灌注桩）地勘建议、沉降差异小、更适用于本单体较大荷重交流展示中心桩基础（混凝土预制桩）地勘建议、沉降差异小、更适用于本单体较小荷重地下室桩基础（混凝土预制桩）地勘建议、沉降差异小、更适用于本单体较小荷重综上所述，本工程基础采用钻孔灌注桩和预应力混凝土管桩。1#楼、2#楼采用钻孔灌注桩，采用桩端后注浆，直径为1000mm，桩端持力层为8-3层粉质粘土，有效桩长不小于48m且入持力层深度不小于10m，单桩竖向抗压承载力特征值为5000kN。交流展示中心和地下室采用预应力管桩PHC500B100，采用静压法施工，桩端持力层为7-2砾砂、8-1粉质粘土或8-2砂类土，有效桩长不小于26m且入持力层深度不小于5m，单桩竖向抗压承载力特征值为1500kN，单桩竖向抗拔承载力特征值为700kN。基础应有一定的埋置深度。桩基础（不计桩长）基础埋置深度不小于建筑物高度的1/18。基坑、承台及基础梁周边待地下室底板、侧壁、后浇带封闭后方可回填。回填之前应排除积水，清除虚土和建筑垃圾，坑底先铺300厚C15素混凝土原坑浇筑，再采用三七灰土在四周均匀对称回填，并分层夯实，分层厚度不大于300mm，回填土的压实系数≥0.94。不得采用淤泥质土回填。室外地面钢筋混凝土硬化处理，按建施图做泛水找坡。不得使场地四周长时间积水。同时本项目进行了桩基沉降验算，桩基最大沉降量为8.94mm。2、抗浮设计由于地下室埋置较深，采用结构自重结合抗压兼抗拔桩抵抗水浮力作用，作为抗浮措施。采用预应力管桩PHC500B100，采用静压法施工，桩端持力层为7-2砾砂、8-1粉质粘土或8-2砂类土，有效桩长不小于26m且入持力层深度不小于5m，单桩竖向抗压承载力特征值为1500kN，单桩竖向抗拔承载力特征值为700kN。其中单桩最大抗拔力为619kN，满足抗拔承载力特征值的要求。结构设计本项目采用由北京盈建科软件有限责任公司编制的三维有限元分析与设计软件YJK5.3.0版进行主体结构分析。1#，2#各结构单元主要计算结果见下表：指标方向结构单元1#楼、2#楼-22#楼-1周期X向1.38831.1950Y向1.29341.3538扭转1.24721.1467周期比0.90<0.900.85<0.90有效质量系数X向95.95%92.05%Y向99.67%90.75%最小剪重比X向1.39%>0.83%1.71%>0.83%Y向1.58%>0.83%1.53>0.83%刚重比X向34.8547.67Y向40.3236.46最小楼层侧刚比X向1.00（10F）0.90（2F）Y向0.71（6F）1.00（3F）最小楼层抗剪承载力比X向0.73（2F）0.75（3F）Y向0.74（2F）0.79（3F）地震作用下层间位移角X向1/2093（4F）1/3309（2F）Y向1/2764（4F）1/2633（2F）风荷载作用下层间位移X向1/2720（4F）1/4681（2F）Y向1/2357（4F）1/2648（2F）最大层位移比X向1.37（2F）1.17（3F）Y向1.29（2F）1.37（3F）最大层间位移比X向1.34（10F）1.35（2F）Y向1.29（10F）1.45（5F）刚重比满足结构整体稳定性要求，且可以不考虑重力二阶效应。剪重比满足最小剪重比要求。楼层侧刚比：为X，Y方向本层塔侧移刚度与上一层相应塔侧移刚度70%的比值或上三层平均侧移刚度80%的比值中之较小者。1#楼、2#楼楼层侧刚比大于1.0，2#附属楼层侧刚比小于1.0。楼层抗剪承载力比：X，Y方向本层楼层抗剪承载力与上一层的楼层抗剪承载力之比。楼层抗剪承载力比<0.8，不满足规范要求。地震作用下和风作用下的结构水平位移角均小于规范限值要求。最大层位移比（最大位移与层平均位移的比值的最大值）大于1.2，小于1.4；最大层间位移比（最大层间位移与平均层间位移的比值的最大值）大于1.5。本项目1#楼、2#楼-2之间的连廊跨度为31m，由于楼盖跨度较大，对楼面进行了舒适度分析，对楼板进行选定路径的单人行走激励计算，楼盖的第一阶竖向自振频率为4.67Hz，最不利振动点时程分析得到的峰值加速度为0.015m/s2，竖向自振频率和峰值加速度均满足规范对舒适度的要求。3）结构规则性判别依据住房和城乡建设部2015年5月21日下发的《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》（建质【2015】67号）之规定对本工程进行结构规则性判断。根据计算分析结果，判断各结构单元的规则性如下：（1）1#楼、2#楼-2结构状态规范要求超限判断规则性判定结构类型框架结构高度37.4m6度时,框架结构最大适用高度为60m37.4<60规则高宽比最大高宽比为2.096、7度时,框架结构高宽比小于4。2.09<4规则平面不规则1a扭转不规则最大位移比1.37扭转不规则为“考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2”1.37>1.2不规则1b偏心布置0.33偏心布置为“偏心率大于0.15或相邻质心相差大于相应边长15%”0.33>0.152a凹凸不规则无凹凸不规则为“平面凹凸尺寸大于相应边长30%等”不属于规则2b组合平面无组合平面为“细腰形或角部重叠形”不属于楼板不连续有规定楼板不连续为“有效宽度小于50%，开洞面积大于30%，错层大于梁高”属于不规则竖向不规则4a刚度突变最小刚度比为1.00刚度突变为刚度比小于1.0。1.00＞1.0不规则4b尺寸突变无竖向构件收进位置高于结构高度20%且收进大于25%,或外挑大于10%和4m,多塔属于5构件间断无上下墙、柱、支撑不连续，含加强层、连体类属于不规则承载力突变最小抗剪承载力为1.0相邻层受剪承载力变化大于80%1.0≥0.8规则局部不规则无局部的穿层柱、斜柱、夹层、个别构件错层或转换，或个别楼层扭转位移比略大于1.2等属于不规则综上所述，1#楼、2#楼-2存在扭转不规则、楼板不连续、尺寸突变、构件间断、局部不规则，属于超限高层建筑。（2）2#楼-12#楼-1结构规则性判断如下表：结构状态规范要求超限判断规则性判定结构类型框架结构高度37.4m6度时,框架结构最大适用高度为60m37.4<60规则高宽比最大高宽比为2.216、7度时,框架结构高宽比小于4。2.21<4规则平面不规则1a扭转不规则最大位移比1.45扭转不规则为“考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2”1.45＞1.2不规则1b偏心布置0.23偏心布置为“偏心率大于0.15或相邻质心相差大于相应边长15%”0.12＞0.152a凹凸不规则无凹凸不规则为“平面凹凸尺寸大于相应边长30%等”不属于规则2b组合平面无组合平面为“细腰形或角部重叠形”不属于楼板不连续有规定楼板不连续为“有效宽度小于50%，开洞面积大于30%，错层大于梁高”属于不规则竖向不规则4a刚度突变最小刚度比为0.8刚度突变为刚度比小于1.0。0.8<1.0不规则4b尺寸突变无竖向构件收进位置高于结构高度20%且收进大于25%,或外挑大于10%和4m,多塔不属于5构件间断无上下墙、柱、支撑不连续，含加强层、连体类属于不规则承载力突变最小抗剪承载力为1.0相邻层受剪承载力变化大于80%0.67<0.8不规则局部不规则无局部的穿层柱、斜柱、夹层、个别构件错层或转换，或个别楼层扭转位移比略大于1.2等不属于规则综上所述，2#楼-1楼存在扭转不规则、楼板不连续尺寸突变、构件间断、承载力突变属于超限高层建筑。针对项目1#,2#楼存在的扭转不规则和楼板不连续结构设计应采取加强措施。在扭转位移比较大的位置适当加大框架刚度，提高结构整体的抗扭刚度。针对楼板不连续，适当加大楼板配筋率、采用双层双向配筋，楼板洞口角部集中配置斜向钢筋。本工程后续应进行抗震性能化分析，补充超限设计的可行性论证报告。针对本项目跨度大于4m的梁，设计起拱高度为跨度的2/1000；对跨度大于2m的悬挑构件，端部设计起拱高度为悬挑长度的3/1000。交流展示中心主要计算结果见下表：指标方向结构单元交流展示中心周期X向0.2628Y向0.2437扭转0.2009周期比0.76<0.90有效质量系数X向92.26%Y向93.90%最小剪重比X向4.36%>1.08%Y向4.36%>1.08%刚重比X向104.42Y向128.17最小楼层侧刚比X向1.00（5F）Y向1.00（5F）最小楼层抗剪承载力比X向0.95（2F）Y向0.92（2F）地震作用下层间位移角X向1/9999（4F）Y向1/9999（4F）风荷载作用下层间位移X向1/9999（4F）Y向1/9999（4F）最大层位移比X向1.22（2F）Y向1.20（2F）最大层间位移比X向1.00（10F）Y向1.00（10F）刚重比满足结构整体稳定性要求，且可以不考虑重力二阶效应。剪重比满足最小剪重比要求。楼层侧刚比：为X，Y方向本层塔侧移刚度与上一层相应塔侧移刚度70%的比值或上三层平均侧移刚度80%的比值中之较小者。交流展示中心侧刚比大于1.0。楼层抗剪承载力比：X，Y方向本层楼层抗剪承载力与上一层的楼层抗剪承载力之比。楼层抗剪承载力比大于0.8，满足规范要求。地震作用下和风作用下的结构水平位移角均小于规范限值要求。最大层位移比（最大位移与层平均位移的比值的最大值）大于1.2，小于1.4；最大层间位移比（最大层间位移与平均层间位移的比值的最大值）小于1.5。3）结构规则性判别依据住房和城乡建设部2015年5月21日下发的《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》（建质【2015】67号）之规定对本工程进行结构规则性判断。根据计算分析结果，判断各结构单元的规则性如下：结构状态规范要求超限判断规则性判定结构类型剪力墙结构高度18m6度时,剪力墙结构最大适用高度为140m37.4<60规则高宽比最大高宽比为1.06、7度时,剪力墙结构高宽比小于6。1.0<6规则平面不规则1a扭转不规则最大位移比1.19扭转不规则为“考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2”1.19＜1.2规则1b偏心布置0.07偏心布置为“偏心率大于0.15或相邻质心相差大于相应边长15%”0.07<0.15