超高層商業(yè)建筑混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).doc

超高層商業(yè)建筑混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)隨著城市人口的增多，我國(guó)的高層商業(yè)建筑也逐漸如雨后春筍，高層建筑最大限度地節(jié)約資源（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材），從而為人們提供健康、舒適的空間及環(huán)境。更加適應(yīng)城市化的進(jìn)程。一、工程概況某廣場(chǎng)地處繁華地帶，是集商業(yè)、辦公、酒店式公寓等多項(xiàng)功能的建筑復(fù)合體，地下5層、地上42層（以及出屋面水箱間、構(gòu)架等），主樓地上1層至6層為商業(yè)、餐飲；7層至14層、16層至23層用于辦公；15層、25層為避難層；24層為空中會(huì)所；26層至42層為項(xiàng)級(jí)酒店式公寓，房屋高度160m。地下5層主要用于機(jī)械式停車及設(shè)備機(jī)房，高度202m。屋面上有鋼構(gòu)架圍護(hù)造型。裙房地上6層（局部7層），裙房屋頂標(biāo)高為40700m。本工程采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)，在地面以上主樓、裙房之間設(shè)置縫寬200mm的抗震縫。二、地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)擬建的工程場(chǎng)地地形平坦，為人工開挖的基坑。場(chǎng)區(qū)地貌形態(tài)類型單一，巖石種類單一，巖脈發(fā)育，巖體強(qiáng)度較高；場(chǎng)區(qū)賦存地下水，主要為基巖裂隙水，根據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果判定，在強(qiáng)透水層和干濕交替的條件下，按最不利因素考慮，擬建場(chǎng)區(qū)地下水對(duì)混凝土無腐蝕性，對(duì)鋼筋混凝土中的鋼筋具有弱腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性。工程建筑場(chǎng)地0000m相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高5500m。主樓采用筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底板厚度為2400mm，裙房及外圍地下室也采用筏板基礎(chǔ)，底板厚為1200mm。另設(shè)抗浮錨桿，錨桿孔直徑為180mm，錨桿孔中距為2m，長(zhǎng)度為375m?；A(chǔ)底板混凝土強(qiáng)度等級(jí)為c35，抗?jié)B等級(jí)為1.0mpa，添加混凝土微膨脹劑。底板混凝土強(qiáng)度擬采用r60強(qiáng)度，按c40計(jì)算。在主樓與裙房之間設(shè)置沉降后澆帶，地下室同時(shí)設(shè)置溫度后澆帶。地下室外墻采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土，墻厚為400mm一600mm一800mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為c35，抗?jié)B等級(jí)為12mpa08mpa，添加混凝土微膨脹劑。三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（一）設(shè)計(jì)的基本參數(shù)圖1為辦公標(biāo)準(zhǔn)層（層高4m）結(jié)構(gòu)布置示意圖，圖2為公寓標(biāo)準(zhǔn)層（層高37m）結(jié)構(gòu)布置示意圖。結(jié)構(gòu)分析基本參數(shù)為基本風(fēng)壓：07knm（主樓，100年一遇考慮）、06knm（裙房，50年一遇考慮），地面粗糙度：b類，特征周期：04s，地震荷載：6度（005）；場(chǎng)地類別：ii類；地震分組：二組；抗震等級(jí)：框架2級(jí)（裙房及主樓地下2層地下5層為3級(jí)），簡(jiǎn)體2級(jí)（主樓地下2層地下5層為3級(jí)），主樓加強(qiáng)層及上下各1層框架、核心筒取1級(jí)；結(jié)構(gòu)阻尼比：取004。（二）計(jì)算分析及特點(diǎn)本工程主要采用“高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計(jì)軟件-satwe”進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體分析.計(jì)算表明為風(fēng)荷載起控制作用，結(jié)構(gòu)位移控制指標(biāo)按222m取用即為1584。本工程主樓標(biāo)準(zhǔn)層建筑寬275m、內(nèi)筒寬95m、長(zhǎng)315m，外柱至內(nèi)筒最遠(yuǎn)距離128m、最近88m。采用型鋼混凝土框架，鋼筋混凝土簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)，即：主塔采用混凝土簡(jiǎn)體（考慮構(gòu)造及延性在角部等內(nèi)置h型鋼骨，不參與計(jì)算），十字形鋼管混凝土芯柱，型鋼混凝土梁（辦公部分次梁采用混凝土梁）。工程高寬比h=66<；7，內(nèi)筒寬為總高的119。內(nèi)筒高寬比遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)范建議112，是本工程的最大特點(diǎn)。為此綜合分析了不設(shè)加強(qiáng)層、設(shè)加強(qiáng)層（伸臂桁架方案）、設(shè)加強(qiáng)層（剛性墻方案）等幾種方案，分析計(jì)算表明需設(shè)置加強(qiáng)層以提高整體剛度。計(jì)算過程中調(diào)整了墻肢及梁柱截面，為便于設(shè)備管線通過（工程兩個(gè)6m層高的加強(qiáng)層同時(shí)也是設(shè)備層、避難層，設(shè)置了大體積混凝土水箱、電力機(jī)房），確定了伸臂桁架的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)方案。（三）設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的事項(xiàng)1由于下部以商業(yè)、辦公為主，上部以公寓為主，綜合考慮周期折減系數(shù)取08，以0oom作為嵌固端（經(jīng)樓層剪切剛度比較現(xiàn)有建筑條件可以滿足此結(jié)論）。2核心筒（26層以下）短向兩端（軸、軸）壁厚800、其余壁厚500mm（除部分小隔墻200mm厚），長(zhǎng)向（軸、軸）壁厚800mm，柱采用鋼管混凝土芯柱1500mm，內(nèi)置十字形型鋼（兩方向高均700mm，壁厚30mm），混凝土均為c60；核心筒（26層及以上）短向兩端壁厚600mm、其余壁厚400mm（除部分小隔墻200mm厚外），長(zhǎng)向壁厚800mm，柱采用鋼管混凝土芯柱l300mm，內(nèi)置型鋼（兩方向高均為600mm，壁厚25mm），混凝土均為c50；鋼骨梁采用450mmx750mm及400mmx750mm，內(nèi)置型鋼h450x250x16x25及h450x200x16x20，鋼構(gòu)采用q345b；外框架鋼骨梁與鋼管混凝土芯柱剛接，連接外框柱與核心筒墻肢的鋼骨梁兩端剛接（為此對(duì)墻內(nèi)未設(shè)有鋼柱處采用內(nèi)置槽鋼與型鋼梁內(nèi)鋼梁連接，并考慮塑性鉸外移），次梁均為鉸接；伸臂桁架豎桿及斜腹桿采用鋼骨混凝土截面，內(nèi)置600x400x35的鋼骨（計(jì)算時(shí)便于計(jì)算按純鋼構(gòu)，混凝土起耐久作用）。3核心筒外樓面采用鋼筋混凝土樓板，協(xié)調(diào)外圍鋼框架與核心筒在水平荷載作用下的變形。4主樓地下室長(zhǎng)約114m、寬約736m，000樓層考慮單向梁（間隔3m）方案、b2一b4考慮了無梁樓蓋方案，b5則考慮人防荷載。5由于風(fēng)荷載起控制作用，連梁剛度折減系數(shù)取08。主要計(jì)算結(jié)果如下：t1=55s、t2=47s、t3=35s；風(fēng)荷載作用下的樓層層間位移角接近限值，同時(shí)考慮到抗震規(guī)范指出的多遇地震標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的樓層內(nèi)最大的彈性層間位移計(jì)算時(shí)，對(duì)彎曲變形為主的高層建筑可以扣除結(jié)構(gòu)整體彎曲變形，故計(jì)算結(jié)有一定的剛度余量保證。伸臂桁架斜腹桿的強(qiáng)屈比自下而上約為：07、05、04，豎桿的強(qiáng)屈比白下而上約為：039、036、02。本工程頂部構(gòu)架高40m，為西高東低，采用純鋼結(jié)構(gòu)外覆玻璃幕墻，但頂部露空以便擦窗機(jī)能夠工作，此時(shí)風(fēng)荷載取值中的風(fēng)荷載體形系數(shù)經(jīng)與審圖機(jī)構(gòu)溝通確定為s=26，即分別考慮每側(cè)幕墻的風(fēng)壓與風(fēng)吸（常規(guī)13的2倍）從而大幅度增大了本工程的側(cè)向風(fēng)荷載引起的彎矩，這也是最終確定按222m高度控制結(jié)構(gòu)整體指標(biāo)的依據(jù)。（四）型鋼混凝土框架的應(yīng)用本工程主要節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)需考慮型鋼梁和混凝土墻內(nèi)置鋼骨連接時(shí)鋼筋的布置，為此與鋼構(gòu)加工單位溝通，采用圖2所示為十字柱和鋼骨梁節(jié)點(diǎn)，加快施工進(jìn)度。此外，由于采用型鋼混凝土框架而非鋼框架，施工時(shí)不能使得混凝土簡(jiǎn)體施工和外圍框架施工進(jìn)度差別較大。由于采用的混凝土等級(jí)較高，設(shè)計(jì)提出建議采用含堿量<；o6的低堿水泥。鋼結(jié)構(gòu)焊接分為兩類，其中手工電弧焊要求采用e5015或e5016低氫型焊條，焊條應(yīng)符合低合金鋼焊條（gbt5118）的規(guī)定。埋弧焊：=焊絲和焊劑采用f5014一h08mna或f5014一h10mn2，應(yīng)符合埋弧焊用低合金鋼焊絲和焊劑（gbt12470-2003）的規(guī)定。采用其它牌號(hào)時(shí)，熔敷金屬?gòu)?qiáng)度、延伸率、沖擊功等均應(yīng)與q345b相匹配，并經(jīng)設(shè)計(jì)確認(rèn)。當(dāng)采用co2=氣體保護(hù)焊時(shí)，co2應(yīng)符合焊接用二氧化碳（hgt2537）的規(guī)定：co2含量應(yīng)不低于999，水蒸汽與乙醇總含量不得高于0005=，并不得檢出液態(tài)水，當(dāng)瓶?jī)?nèi)氣壓低于1mpa時(shí)，應(yīng)停止使用。co2焊接用焊絲采用er503，應(yīng)符合氣體保護(hù)電弧焊用碳鋼，低合金鋼焊絲（gbt=8110）的規(guī)定。對(duì)厚度10mm鋼板的拼接（全熔透焊縫），鋼柱與鋼梁上、下翼緣的全熔透焊縫，十字形柱、工字形柱在鋼梁及其上、下各600mm范圍內(nèi)的組合焊縫（全熔透焊縫），桁架與鋼柱連接的全熔透焊縫，十字形柱、工字形柱橫向加勁板與翼緣的全熔透焊縫，十字形柱、工字形柱翼緣安裝焊縫（全熔透焊縫）要求焊縫質(zhì)量達(dá)到一級(jí)；工字形柱腹板的安裝焊縫（v形坡口加墊板），十字柱腹板安裝焊縫（k形坡口，反面清根焊），十字形柱腹板與翼緣的組合焊縫，十字形柱腹板與腹板的組合焊縫（一級(jí)焊縫除外，k形坡口，