煙臺創業大廈超限結構設計應對措施分析

宋曉華 鄭云亮

(1.煙臺市建筑設計研究股份有限公司，山東 煙臺 264000; 2.交通運輸部救助打撈局,北京 100736)

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煙臺創業大廈超限結構設計應對措施分析

宋曉華1鄭云亮2

(1.煙臺市建筑設計研究股份有限公司，山東 煙臺 264000; 2.交通運輸部救助打撈局,北京 100736)

通過分析煙臺創業大廈項目的結構體系，梳理出了結構的超限情況，并結合多模型、多軟件及彈塑性結構計算，解決了超限結構的設計難題，針對性的提出了項目超限結構的應對措施。

超限高層，連體結構，抗震措施，地基基礎

1 工程概況

創業大廈位于煙臺CBD高新科技區的A區，總建筑面積13.5萬m2，該工程地下2層，局部3層，地上共30層，地上建筑總高127.5 m，標準層層高4.2 m。該建筑主樓為門字型，東西主樓于23層～30層相互連接，連廊跨度36.8 m和39.2 m共8層，主樓四周設置5層裙房，屋頂高度21 m。

依本工程為設計地震第一組，地震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10g，場地設計特征周期值為0.35 s。建筑結構安全等級為二級，結構設計使用年限50年，基礎設計等級為甲類，基本風壓值按100年重現期，地面粗糙度為B類，雪荷載按50年一遇的雪壓。對連體結構，建筑體型系數由于相鄰建筑相互干擾取增大系數為1.15。

2 項目結構體系

2.1 地上主體結構狀況

本工程結構高度127.5 m，連體平面長度126 m。根據建筑平、立面布置及結構抗力要求，采用框架—剪力墻結構，按JGJ 3—2002高層建筑混凝土結構技術規程，屬B級高度結構。與連體結構相連的框架柱為1 200×2 000的鋼骨混凝土柱，截面保持不變；與連體結構相連的剪力墻厚為900 mm內設型鋼，截面保持不變；其他框架柱從上到下均為鋼筋混凝土柱，截面逐漸減小；剪力墻厚度為700 mm～200 mm。主樓框架柱截面尺寸見表1。

表1 主體結構框架柱截面尺寸及形式

本工程各層樓板均采用現澆鋼筋混凝土板。

主體結構示意圖見圖1。

2.2 地基基礎

本工程主樓基礎采用筏板基礎,裙房采用獨立基礎加防水地板。基礎持力層為強風化云母片巖，fak=350 kPa。根據勘察報告地下水浮托力按水位標高11.500 m，每米水頭浮托力按10 kPa考慮，本工程為深基坑工程，地下水水位較高，因此裙房部分考慮采取抗浮錨桿抗浮。經計算，主樓的基礎體采用2.0 m厚的現澆混凝土基礎筏板，筏板混凝土強度C40。基礎底板抗浮，采用抗拔錨桿。

2.3 解決建筑超長的措施

1)在施工條件允許的條件下，盡量多設置伸縮后澆帶，以減少初期混凝土收縮應力。2)采用低水化熱的水泥配制混凝土，并按有關規范適量添加粉煤灰，以降低水化熱，并加強對混凝土的養護措施。3)針對不同構件的特點，合理添加相應的外加劑，改善混凝土防水、抗裂等性能。4)考慮溫度應力對結構的影響。5)結構構件配筋考慮混凝土收縮和溫度影響。6)施工前應在混凝土終凝前進行二次抹壓，并加強養護。7)計算中根據當地的實際情況考慮最高升溫10 ℃，最低降溫10 ℃的溫度應力影響。

3 項目超限情況

根據國家相關建筑設計規范進行結構規則性判斷。

1)建筑結構基本參數見表2。

表2 建筑結構基本參數表

2)結構布置規則性項目見表3。

表3 結構布置規則性表

3)超限情況。由表2，表3及結構分析：根據規范對框架剪力墻的要求，抗震設防烈度為7度(0.1g)，本工程高度127 m，未超過高規規定B級高度高層建筑的最大使用高度140 m的限值。本工程為復雜高位大跨連體結構，豎向不規則，受力比一般單塔結構或多塔結構受力復雜，連體結構扭轉變形較大，扭轉效應較明顯。連接體為大跨度鋼結構，受力復雜。連接體與兩側塔樓的支座連接處理不當，結構安全將難以保證。

4 結構超限措施

4.1 計算分析

1)分別采用中國建筑科學研究院PKPMCAD工程部編制的SATWE(2006.9版)和ETABS(中文版)兩種三維空間結構有限元分析軟件進行整體計算，通過分析比較，取二者的不利計算結果進行結構設計。

2)進行彈性時程分析補充計算。

3)用mads Gen靜力彈塑性(Pushover)分析，對多遇地震下的彈性設計結果進行校核，大致確定結構在罕遇地震下的破壞程度，找到薄弱環節，針對薄弱環節進行加強，保證了整體結構抗震性能目標的實現。

4)對連接體用mads Gen進行中震反應譜分析，連接體按彈性樓板計算。

4.2 抗震構造措施

1)連接體鋼桁架的設計。桿件立面見圖2。

本工程東西主樓連體部分為頂部10層，每上下兩層通過一組豎向鋼桁架與兩側塔樓連接，節點通過桁架上下弦與塔樓剪力墻端柱型鋼進行剛性連接。這樣在滿足創業大廈建筑使用功能的同時，使上下兩層的受力體系布局和傳導合理。為了減少兩塔樓中間的連接體受兩側塔樓的扭轉和錯動的影響，連接體的樓面結構采用水平鋼支撐和豎向鋼桁架組成的箱形鋼結構體系，增強樓面剛度，能有效承受各種不利的內力組合。樓面板結構由壓型鋼板和混凝土組合而成，施工時壓型鋼板同時可作為樓屋蓋模板，方便并減少施工費用。連接體的鋼桁架采用超靜定結構，為結構設置了多道的安全防線，并采用多種不同的計算模型，復核驗算程序對各種情況產生的內力進行分析和計算，選用最不利的內力組合進行連接體的桿件和節點的設計。由于連接體樓板的剛度偏弱，計算模型分別假定此處樓板為彈性樓板和不考慮樓板的共同作用的兩種計算方法，并且計算在罕遇地震作用下鋼筋混

凝土樓板開裂后，連接體樓板剛度退化后的桿件內力。鋼梁與混凝土樓板需要可靠連接，我們采取在鋼梁上焊接剪力栓的措施。連接體桁架的設計原則是弱桿件，強節點，與兩側塔樓之間的連接節點需要更強，為保證破壞機制的合理，設計計算時中間節點的板厚度和焊縫均取1.05倍的放大系數，桁架與塔樓間連接節點板的加勁肋和焊縫均取1.2倍放大系數。

a.工程連接體部分鋼桁架的桿件和節點的內力分析。采用PKPM計算程序中的SATWE和ETBAS程序分別對計算模型作整體計算分析，找出上下弦桿和腹桿件最不利的內力組合。桁架取其最不利組合進行桿件及節點的承載力驗算。

b.工程連接體部分鋼桁架與主塔樓兩側的連接節點設計。通過計算分析發現連接體的整體剛度弱，但是內力很大，所以連接體與主塔樓設計連接節點的設計非常重要，鋼桁架與主樓剪力墻端柱和框架柱內設置多肢組合型鋼通過焊接與鋼桁架形成剛性節點，并通過對連接體支座彎矩的調幅，來解決局部受壓及荷載傳遞問題。

c.工程連接體部分鋼桁架的桿件承載力設計計算依據及方法。鋼桁架的桿件、節點、連接構造均按《鋼結構設計規范》中的有關規定進行設計；鋼桁架與兩側塔樓連接處的連接節點、連接強度，經驗算都超過了相鄰桿件承載力的1.4倍，滿足大震時該連接點晚于桁架其他部位屈服破壞；連接體中次梁承載力計算時不考慮周圍混凝土翼板的有利作用。

2)工程連接體部分結構與塔樓連接處的抗震措施。

綜合考慮項目性質和結構特點，連接體與塔樓連接處的結構構件的抗震等級比其他部位提高一級，連接體周圍的墻柱及連接節點按大震不屈服、中震彈性設計，墻柱內設置多肢組合型鋼，與型鋼柱相連的梁也采用型鋼混凝土梁。連接體桁架按中震彈性設計，連接體的樓板及兩塔樓各一跨的范圍內加厚，并在此范圍設置水平支撐，板內鋼筋雙面雙向拉通，使連接體部分能更好地抵抗板內產生的水平剪力。

5 結語

本工程為復雜高層結構中的大跨度連體超限高層建筑，我們在結構設計時針對連體部分采用了合理的抗震構造措施和性能化設計，使此連體結構具有良好的抗震性能。本項目通過全國超限高層建筑工程抗震設防審查專家委員會專項審查，目前已建成使用，受到業主的好評。

[1] GB 50223—2008,建筑工程抗震設防分類標準[S].

[2] GB 50011—2010,建筑抗震設計規范[S].

[3] JGJ 3—2010,高層建筑混凝土結構技術規程[S].

[4] 建質[2010]109號，超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點[Z].

[5] 徐培福.復雜高層建筑結構設計[M].北京:中國建筑工業出版社,2005.

Analysis on super high-rise structure design countermeasures of Chuangye mansion in Yantai

Song Xiaohua1Zheng Yunliang2

(1.YantaiBuildingDesignAcademyCo.,Ltd,Yantai264000,China; 2.TrafficTransportationMinistrySalvage,Beijing100736,China)

The paper analyzes structural system of Yantai Chuangye mansion project, discusses the structural out-codes instance, solves out-code structure design difficulties by combining with multi-model, multi-software and elastic-plastic structure calculation, and finally puts forward corresponding high-rise structure countermeasures.

super high-rise, connective structure, seismic resisting measures, foundation base

1009-6825(2017)10-0047-02

2017-01-22

宋曉華(1975- )，女，高級工程師； 鄭云亮(1973- )，男，高級工程師

TU318

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