寧波中銀大廈高層建筑工程結構設計,建筑結構論文

寧波中銀大廈高層建筑工程結構設計,建筑結構論文寧波中銀大廈項目位于浙江省寧波市，為綜合性辦公建筑。項目由49層辦公塔樓、4層商業(yè)裙樓、連接塔樓與裙房的鋼構造雨篷及3層地下停車庫組成。塔樓構造頂標高為246.000m;裙房大屋面標高約為24.000m?？偨ㄖ娣e約14.5萬m，華而不實塔樓地上建筑面積約10.7萬m，地下建筑面積約3.8萬m。建筑效果如此圖1所示。2構造體系塔樓采用鋼管混凝土柱+樓面鋼梁框架-鋼筋混凝土筒體的混合構造體系。塔樓核心筒19層下面外核心筒為圓形;19層以上經過轉換部分外圍圓形墻體收掉，變?yōu)閹薪堑恼叫涡⊥搀w;外圍框架柱為鋼管混凝土柱。整個塔樓平面從下到上逐步繞中心扭轉，構成一個扭轉型的建筑外形。裙房采用鋼筋混凝土框架構造體系。裙房建筑在4層為大空間多功能廳，為實現建筑師對多功能廳大空間的需要，該處屋面采用了一系列約26m跨度的后張法預應力混凝土大梁。裙房與塔樓通過一體式鋼構造連廊雨篷連接。為避免雨篷將塔樓和裙房在構造上連成整體，造成兩者變形互相牽制及構成復雜受力構造體系，雨篷在塔樓側設置鉸接支座，在裙樓處設置滑動支座，進而使雨篷兩側的塔樓和裙房構成獨立的構造單元。3地基基礎設計綜合場地工程地質條件和建筑特點，主樓選擇⑩層礫砂作為樁端持力層的超長樁方案，采用大直徑鉆孔灌注樁基礎，樁徑為1000mm，為知足單樁承載力要求，樁端進入⑩層礫砂一定深度才能到達設計承載力要求。由于樁長較長，持力層為圓礫、卵石，施工難度較大，為節(jié)約基礎投資，提高單樁承載力，對樁端土(⑩層礫砂)采用后注漿處理，經壓力注漿處理后的單樁承載力可提高20%以上。單樁豎向承載力特征值為7991kN，采用后注漿工藝后，單樁豎向承載力特征值為9500kN。樁身混凝土強度等級為C45，水下混凝土比原設計強度提高兩級(即C55)。裙樓及純地下室部分布置常規(guī)的鉆孔灌注樁，經過比擬，采用600mm鉆孔灌注樁，樁長52.0m左右，持力層為⑧粉砂層。樁最大抗拔承載力特征值按1300kN考慮。對于主樓范圍以外地下室部分，建筑物荷載較小，基坑開挖深度大，場地地下水位埋深0.0～1.2m，浮力較大，為知足地下室抗浮、基坑圍護等設計要求，設置抗浮樁。根據建筑物荷載要求以及對單樁抗拔承載力的估算，樁端持力層選擇⑧粉砂層，采用鉆孔灌注樁，抗浮設計水位取室外地坪下0.5m。4地下構造設計本工程地下室3層，塔樓地下室核心筒剪力墻布置同地上構造，核心筒兩側增設部分剪力墻，增加塔樓地下室抗側剛度，對上部的抗側力構造起到很好的嵌固作用;分散核心筒荷載，有利于樁基布置和減小底板厚度。地下室除塔樓區(qū)域內部分框架柱采用鋼管混凝土柱外，其他區(qū)域均采用現澆鋼筋混凝土框架和剪力墻構造。樓面均采用現澆鋼筋混凝土梁板構造，既能夠起到作為地下室外墻支點有效傳遞建筑物四周水土壓力的作用，又能夠加強地下室的整體性。由于地下室長、寬分別為240m和178m，均大大超過(混凝土構造設計規(guī)范〕GB500102018要求的鋼筋混凝土構造伸縮縫最大間距。結合構造實際情況，對該超長地下室構造進行了溫度變化、混凝土收縮和徐變共同作用下的溫度收縮效應分析，根據分析結果對首層進行了重點加強。另外，為了減少施工期間的溫度應力和混凝土收縮應力，結合沉降后澆帶在長、寬方向構造設置施工后澆帶。5塔樓構造設計塔樓上部構造均采用鋼管混凝土柱+鋼梁框架-混凝土核心筒的混合構造體系。為使核心筒具有足夠的承載力和延性，在核心筒角部設置上下貫穿的型鋼?？蚣苤捎脠A形鋼管混凝土柱，框架梁采用焊接H型鋼，與框架柱均采用剛接，以知足外圍框架作為第2道抗震防線的要求(見圖2)。5.1設計特點以及關鍵問題1)沿徑向傾斜的框架柱基于塔樓的外觀采用了沿高度方向扭轉盤旋形的建筑造型，構造設計利用沿徑向傾斜的外圍框架柱實現了該建筑造型，避免了使用對構造較為不利的扭轉型斜柱。外圍框架柱選用了鋼管混凝土柱，柱距約為4m，進而組成具有較強剛度和整體性的外框筒。2)Y形鋼管混凝土柱轉換底層大堂柱距擴大為約7m，知足了大堂入口及其他建筑功能和外觀要求。底層柱網與上部柱網采用Y形柱轉換來實現上、下柱對接，并通過合理的詳圖構造和計算分析保證了力傳遞的直接性和有效性(見圖3)。3)核心筒轉換塊塔樓混凝土核心筒外輪廓在低區(qū)為圓形，中高區(qū)為八角形，圓形與八角形的交界處使用了混凝土轉換塊體來完成筒體的轉換(見圖4)。在混凝土轉換塊中設置了型鋼柱、型鋼梁和鋼支撐來承當和傳遞上、下筒體間的應力。對轉換塊體進行有限元分析，并利用分析結果確定了合理的配筋和構造。5.2塔樓構造計算分析塔樓構造存在構造高度超限以及豎向規(guī)則性超限，屬于超限高層，需進行超限高層建筑抗震設防專項審查。塔樓構造分別采用ETABS和SATWE兩種不同力學模型的三維空間分析軟件進行整體計算。采用彈性方式方法計算構造荷載和多遇地震作用下內力和位移，考慮P-效應，并采用彈性時程分析法進行補充驗算。1)框架承當的地震剪力比x向和y向地震作用下框架承當的剪力比方圖5所示。根據(高層建筑混凝土構造技術規(guī)程〕JGJ32018第11.1.5條，各層框架應該能夠承當基底總剪力V0的25%和框架承當的最大剪力Vfmax的1.8倍中的較小值。25％V0為2767kN，1.8倍Vfmax為5331kN。能夠看到，x方向框架剪力將需要放大到1.8倍框架剪力最大值。對于不知足上述條件的樓層，其框架構件的地震剪力以及地震彎矩都將乘以相應的放大系數。2)樓層側向剛度樓層的側向剛度不宜小于相鄰上部樓層側向剛度的70%或其上相鄰3層側向剛度平均值的80%。樓層的側向剛度可取為該層剪力和該層層間位移的比值。在避難層及2層挑空位置，由于樓板缺失，2層合并為1層計算側向剛度。x，y方向的樓層側向剛度比方圖6所示。3)樓層抗剪承載力樓層抗剪承載力比值如此圖7所示。能夠看到，在有墻體轉換塊的樓層，由于轉換塊的存在，使得該層下面樓層水平抗剪承載力與本層相比＜0.8，因而其抗剪承載力有一個較大變化，構造存在薄弱層。但是通過對塊體截面的調整及在塊體內設置型鋼，能夠控制該比值＞0.75。設計時將對薄弱層水平地震力放大1.15倍，并控制塊體塑性鉸開展。4)彈性時程分析彈性時程分析與振型分解反響譜得到的基底剪力比擬如此圖8所示。由以上時程分析結果能夠看出，所有時程分析的基底剪力都不小于反響譜分析基底剪力的65%，而且平均值不小于反響譜基底剪力的80%，進而表示清楚選擇的時程記錄知足抗震規(guī)范要求。但塔樓頂部樓層的樓層剪力在動力時程分析中的最大值約為振型分解反響譜法相應值的1.05倍，可近似將振型分解反響譜法的設計內力等乘以1.05的放大系數用于設計。5)筒體轉換塊分析在核心筒低區(qū)和高區(qū)轉換的位置，角部一片剪力墻進行了轉換，轉換構造是一個大的混凝土實心塊，位于19層和20層樓板之間。為分析內墻與外墻之間的豎向荷載傳遞、混凝土轉換體下面墻的應力和混凝土轉換體的應力，采用Strand7建立了轉換構造的模型。單元劃分采用殼單元、梁單元、八點立方形或六點楔形單元來模擬墻、梁和混凝土轉換體。有限元模型僅對轉換區(qū)的上、下部分進行模擬，并包含了埋入混凝土轉換體的鋼截面及1%的墻體配筋率。分析結果顯示，轉換塊下部外墻及正下方墻最大壓應力分別是20，10MPa，低于最大允許壓應力27.5MPa。轉換體中最大壓應力是6～8MPa和最大拉應力大部分低于2MPa，壓應力低于最大允許壓應力27.5MPa。但局部拉應力超過混凝土的抗拉強度的區(qū)域。不過考慮混凝土轉換體會利用最高1%的配筋率后，實際的抗拉強度為4MPa，高于分析得到的最大拉應力。5.3塔樓構造抗震設計加強措施1)根據彈塑性分析結果，底部加強部位的剪力墻和剪力墻約束邊緣構件應加強配筋。2)控制鋼管混凝土柱的軸壓比在0.6以內，使鋼管混凝土柱具有較好的延性;提高核心筒剪力墻的抗彎性能和延性，使核心筒具有一定的塑性變形能力，在地震作用下起到耗散地震能量的作用。在底部加強部位外圍核心筒剪力墻與內部剪力墻交界處及筒體剪力墻角部等關鍵部位沿全高設置型鋼。3)根據筒體轉換塊分析結果，將其配筋率提高到1%。4)部分樓層由于樓板缺失較多，導致構造連接較弱及柱局部內力突變。計算時考慮樓板設為彈性板，以考慮真實的樓板剛度對內力分析和截面設計的影響，加厚樓板并增加配筋，并加強周邊的鋼梁截面以及連接鋼梁與混凝土組合樓板的栓釘，并控制塔樓構造避難層大開洞樓板在多遇地震作用下小于混凝土抗拉強度的標準值，基本烈度下板內鋼筋不委屈服從。6結束語本工程所包含構造類型及專項設計較多，且設計復雜，給構造設計帶來眾多困難。例如，地下室超長、塔樓扭轉型造型、核心筒轉換及大型鋼構造雨篷等，均為構造設計的關鍵問題。在設計方努力及其他各方協助下，攻克了各個構造設計難點，使之得到順利合理解決。當前，本工程較預期已提早構造封頂，將成為寧波