復(fù)雜空間體型高層建筑的建筑設(shè)計

復(fù)雜空間體型高層建筑的建筑設(shè)計

一、主體建筑的設(shè)計北京蘭華國際大樓位于北京安慧北里社區(qū)西北角，占地面積8000公頃，總面積5326公頃。工程為綜合服務(wù)樓,以辦公為主,并附設(shè)商店、出租會議室等服務(wù)設(shè)施。主體建筑由南側(cè)的23層主樓及北側(cè)的10層副樓組成,在層7~9有一個3層高的空中會議室將主樓和副樓連在一起,在主、副樓的層6以下,有一側(cè)柱由直變斜,傾斜角度70°,并無樓板相連。主、副樓落在整體3層地下室上,地下室深12m。建筑效果圖見圖1。工程的建筑概念設(shè)計突出體現(xiàn)為:平面上,剪力墻分布在左右兩側(cè),從而在中間形成較大的、開闊的空間;沿高度方向,弧線的造型體現(xiàn)了輕巧和動感;空間上,斜柱及首層的開放空間減輕了高層建筑大體量的壓迫感。二、結(jié)構(gòu)形式設(shè)計主、副樓均為鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu),標(biāo)準(zhǔn)層平面見圖2所示。主樓層6以下框架柱和層6樓面梁為型鋼混凝土構(gòu)件,主樓和副樓層6以下斜柱采用外包鋼混凝土截面形式。剪力墻及柱沿豎向僅改變截面厚度,使其豎向剛度和強度基本能均勻、連續(xù)地變化。作為會議室的空中連廊為空間鋼結(jié)構(gòu),采用隔震墊和阻尼器與主、副樓連接成三位一體的空間復(fù)雜結(jié)構(gòu)。主、副樓基礎(chǔ)采用CFG復(fù)合地基,地下室其余部分的筏板均坐落在第四紀(jì)沉積層上。三、主題結(jié)構(gòu)分析1.分析過程主體結(jié)構(gòu)采用TAT,SATWE,ETABSV6.22三種分析程序,對結(jié)果進(jìn)行分析比較。2.單體模型與副樓模型計算結(jié)果比較鑒于建筑使用功能的要求,在建筑首層設(shè)有下沉廣場,建筑地下層1樓板設(shè)置了較多洞口,故結(jié)構(gòu)分析模型嵌固于地下層2底板,并以各自獨立的單體模型和連體模型分別進(jìn)行分析。在模型的抗震計算中考慮平扭耦聯(lián)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng),分別采用多遇地震下的振型分解反應(yīng)譜法、多遇地震下彈性時程分析法及罕遇地震下彈塑性時程分析法分析結(jié)構(gòu)在地震作用下的內(nèi)力和變形。主樓單體模型簡圖及主、副樓連體模型簡圖分別見圖3,4,兩圖均為ETABS輸出。用ETABS建立連體結(jié)構(gòu)的計算模型,主要問題是對空中連廊的模擬。利用軸向剛度相等的原則,將空中連廊模擬為一個二力桿件,并將隔震橡膠支座的水平剛度、豎向剛度和阻尼比作為該桿件與主、副樓連接的力學(xué)條件輸入到模型中去。用ETABS計算主樓在單體模型的結(jié)果與連體模型的計算結(jié)果的比較見表1~3,副樓模型計算結(jié)果從略。表4為主樓模型用三種分析軟件計算的周期和振型,從表中可以看出,其數(shù)值和特征基本接近,計算結(jié)果可信度較高。另外在多遇地震作用下,設(shè)置隔震墊時連廊內(nèi)軸向作用力N僅為110kN,而取消隔震墊后N將達(dá)到2000kN。比較上述結(jié)果可以得出如下結(jié)論:1)無論是在單體工作狀態(tài)下還是在連體工作狀態(tài)下,塔樓的層間位移、扭轉(zhuǎn)等各項指標(biāo)均符合中國現(xiàn)行規(guī)范的要求;2)隔震墊減輕了兩棟塔樓對連廊的影響。分析副樓計算結(jié)果還可得出:隔震墊減輕了連廊對副樓的牽動力。主樓單體在罕遇地震下的彈塑性時程分析采用中國建筑科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)所編制的EPDA彈塑性動力分析程序,輸入地震動為MMW-3人工波,最大加速度取400cm/s2,結(jié)構(gòu)阻尼比為0.05。計算結(jié)果表明在x向罕遇地震作用下,最大層間位移為1/148(層4),y向最大層間位移為1/214(層1),均滿足規(guī)范的要求。主樓支承端環(huán)桿底部單元內(nèi)力及組合值見表5。四、連廊計算結(jié)果空中連廊采用了空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。構(gòu)件截面型式為方鋼管,縱向方通為連續(xù)桿件,環(huán)向方通與縱桿分段平交,見圖5。空中連廊的結(jié)構(gòu)分析采用了ARUP公司的GSA(GeneralStructureAnalysis)三維計算分析軟件。連廊模型及應(yīng)力見圖5,連廊支座詳見圖6。在模型分析中考慮的各種工況如下:1)結(jié)構(gòu)、設(shè)備及面層的自重;2)使用活荷載;3)溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力;4)風(fēng)荷載;5)連廊的豎向地震作用力(包括多遇、罕遇);6)連廊的水平地震作用力(包括多遇、罕遇);7)塔樓水平地震作用力的影響。連廊設(shè)計中驗算的項目包括:1)連廊在重力荷載作用下的豎向變形≤L/400=52.5mm;2)在承載能力極限狀態(tài)下各構(gòu)件和支座的強度和穩(wěn)定性驗算:S≤R,SE≤R/γRE;3)支座在罕遇水平地震作用下不產(chǎn)生拉應(yīng)力的驗算;4)支座在罕遇水平地震作用下的水平位移驗算滿足u<[u]=0.55倍的支座有效直徑和3.0倍的橡膠層總厚度兩者中的較小者;5)支座處抗震縫在罕遇水平地震作用下的撞擊驗算(考慮粘滯阻尼器工作)。五、凝土柱的確定主樓斜柱為截面1800×1000的外包鋼混凝土柱,如圖7所示。設(shè)計時按特一級標(biāo)準(zhǔn)考慮,并驗算構(gòu)件在中震下是否處于彈性工作狀態(tài)。在計算中采用直接法考慮P-Δ效應(yīng)。具體計算部分略去。六、抗震檢查工作工程作為一個復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)體系,在設(shè)計過程中較全面地考慮了單體、連體結(jié)構(gòu)分析。采取了可靠措施保證鋼結(jié)構(gòu)連廊及其支座部分在多遇和罕遇地震下的安全。采用外包鋼混凝土的斜柱保證在中震下結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。工程的抗震初步設(shè)計專項審查工作于2002年8月在京舉行,