宁波中银大厦高层建筑工程结构设计,建筑结构论文

宁波中银大厦高层建筑工程结构设计,建筑结构论文宁波中银大厦项目位于浙江省宁波市，为综合性办公建筑。项目由49层办公塔楼、4层商业裙楼、连接塔楼与裙房的钢构造雨篷及3层地下停车库组成。塔楼构造顶标高为246.000m;裙房大屋面标高约为24.000m。总建筑面积约14.5万m，华而不实塔楼地上建筑面积约10.7万m，地下建筑面积约3.8万m。建筑效果如此图1所示。2构造体系塔楼采用钢管混凝土柱+楼面钢梁框架-钢筋混凝土筒体的混合构造体系。塔楼核心筒19层下面外核心筒为圆形;19层以上经过转换部分外围圆形墙体收掉，变为带切角的正方形小筒体;外围框架柱为钢管混凝土柱。整个塔楼平面从下到上逐步绕中心扭转，构成一个扭转型的建筑外形。裙房采用钢筋混凝土框架构造体系。裙房建筑在4层为大空间多功能厅，为实现建筑师对多功能厅大空间的需要，该处屋面采用了一系列约26m跨度的后张法预应力混凝土大梁。裙房与塔楼通过一体式钢构造连廊雨篷连接。为避免雨篷将塔楼和裙房在构造上连成整体，造成两者变形互相牵制及构成复杂受力构造体系，雨篷在塔楼侧设置铰接支座，在裙楼处设置滑动支座，进而使雨篷两侧的塔楼和裙房构成独立的构造单元。3地基基础设计综合场地工程地质条件和建筑特点，主楼选择⑩层砾砂作为桩端持力层的超长桩方案，采用大直径钻孔灌注桩基础，桩径为1000mm，为知足单桩承载力要求，桩端进入⑩层砾砂一定深度才能到达设计承载力要求。由于桩长较长，持力层为圆砾、卵石，施工难度较大，为节约基础投资，提高单桩承载力，对桩端土(⑩层砾砂)采用后注浆处理，经压力注浆处理后的单桩承载力可提高20%以上。单桩竖向承载力特征值为7991kN，采用后注浆工艺后，单桩竖向承载力特征值为9500kN。桩身混凝土强度等级为C45，水下混凝土比原设计强度提高两级(即C55)。裙楼及纯地下室部分布置常规的钻孔灌注桩，经过比拟，采用600mm钻孔灌注桩，桩长52.0m左右，持力层为⑧粉砂层。桩最大抗拔承载力特征值按1300kN考虑。对于主楼范围以外地下室部分，建筑物荷载较小，基坑开挖深度大，场地地下水位埋深0.0～1.2m，浮力较大，为知足地下室抗浮、基坑围护等设计要求，设置抗浮桩。根据建筑物荷载要求以及对单桩抗拔承载力的估算，桩端持力层选择⑧粉砂层，采用钻孔灌注桩，抗浮设计水位取室外地坪下0.5m。4地下构造设计本工程地下室3层，塔楼地下室核心筒剪力墙布置同地上构造，核心筒两侧增设部分剪力墙，增加塔楼地下室抗侧刚度，对上部的抗侧力构造起到很好的嵌固作用;分散核心筒荷载，有利于桩基布置和减小底板厚度。地下室除塔楼区域内部分框架柱采用钢管混凝土柱外，其他区域均采用现浇钢筋混凝土框架和剪力墙构造。楼面均采用现浇钢筋混凝土梁板构造，既能够起到作为地下室外墙支点有效传递建筑物四周水土压力的作用，又能够加强地下室的整体性。由于地下室长、宽分别为240m和178m，均大大超过(混凝土构造设计规范〕GB500102018要求的钢筋混凝土构造伸缩缝最大间距。结合构造实际情况，对该超长地下室构造进行了温度变化、混凝土收缩和徐变共同作用下的温度收缩效应分析，根据分析结果对首层进行了重点加强。另外，为了减少施工期间的温度应力和混凝土收缩应力，结合沉降后浇带在长、宽方向构造设置施工后浇带。5塔楼构造设计塔楼上部构造均采用钢管混凝土柱+钢梁框架-混凝土核心筒的混合构造体系。为使核心筒具有足够的承载力和延性，在核心筒角部设置上下贯穿的型钢。框架柱采用圆形钢管混凝土柱，框架梁采用焊接H型钢，与框架柱均采用刚接，以知足外围框架作为第2道抗震防线的要求(见图2)。5.1设计特点以及关键问题1)沿径向倾斜的框架柱基于塔楼的外观采用了沿高度方向扭转盘旋形的建筑造型，构造设计利用沿径向倾斜的外围框架柱实现了该建筑造型，避免了使用对构造较为不利的扭转型斜柱。外围框架柱选用了钢管混凝土柱，柱距约为4m，进而组成具有较强刚度和整体性的外框筒。2)Y形钢管混凝土柱转换底层大堂柱距扩大为约7m，知足了大堂入口及其他建筑功能和外观要求。底层柱网与上部柱网采用Y形柱转换来实现上、下柱对接，并通过合理的详图构造和计算分析保证了力传递的直接性和有效性(见图3)。3)核心筒转换块塔楼混凝土核心筒外轮廓在低区为圆形，中高区为八角形，圆形与八角形的交界处使用了混凝土转换块体来完成筒体的转换(见图4)。在混凝土转换块中设置了型钢柱、型钢梁和钢支撑来承当和传递上、下筒体间的应力。对转换块体进行有限元分析，并利用分析结果确定了合理的配筋和构造。5.2塔楼构造计算分析塔楼构造存在构造高度超限以及竖向规则性超限，属于超限高层，需进行超限高层建筑抗震设防专项审查。塔楼构造分别采用ETABS和SATWE两种不同力学模型的三维空间分析软件进行整体计算。采用弹性方式方法计算构造荷载和多遇地震作用下内力和位移，考虑P-效应，并采用弹性时程分析法进行补充验算。1)框架承当的地震剪力比x向和y向地震作用下框架承当的剪力比方图5所示。根据(高层建筑混凝土构造技术规程〕JGJ32018第11.1.5条，各层框架应该能够承当基底总剪力V0的25%和框架承当的最大剪力Vfmax的1.8倍中的较小值。25％V0为2767kN，1.8倍Vfmax为5331kN。能够看到，x方向框架剪力将需要放大到1.8倍框架剪力最大值。对于不知足上述条件的楼层，其框架构件的地震剪力以及地震弯矩都将乘以相应的放大系数。2)楼层侧向刚度楼层的侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻3层侧向刚度平均值的80%。楼层的侧向刚度可取为该层剪力和该层层间位移的比值。在避难层及2层挑空位置，由于楼板缺失，2层合并为1层计算侧向刚度。x，y方向的楼层侧向刚度比方图6所示。3)楼层抗剪承载力楼层抗剪承载力比值如此图7所示。能够看到，在有墙体转换块的楼层，由于转换块的存在，使得该层下面楼层水平抗剪承载力与本层相比＜0.8，因而其抗剪承载力有一个较大变化，构造存在薄弱层。但是通过对块体截面的调整及在块体内设置型钢，能够控制该比值＞0.75。设计时将对薄弱层水平地震力放大1.15倍，并控制块体塑性铰开展。4)弹性时程分析弹性时程分析与振型分解反响谱得到的基底剪力比拟如此图8所示。由以上时程分析结果能够看出，所有时程分析的基底剪力都不小于反响谱分析基底剪力的65%，而且平均值不小于反响谱基底剪力的80%，进而表示清楚选择的时程记录知足抗震规范要求。但塔楼顶部楼层的楼层剪力在动力时程分析中的最大值约为振型分解反响谱法相应值的1.05倍，可近似将振型分解反响谱法的设计内力等乘以1.05的放大系数用于设计。5)筒体转换块分析在核心筒低区和高区转换的位置，角部一片剪力墙进行了转换，转换构造是一个大的混凝土实心块，位于19层和20层楼板之间。为分析内墙与外墙之间的竖向荷载传递、混凝土转换体下面墙的应力和混凝土转换体的应力，采用Strand7建立了转换构造的模型。单元划分采用壳单元、梁单元、八点立方形或六点楔形单元来模拟墙、梁和混凝土转换体。有限元模型仅对转换区的上、下部分进行模拟，并包含了埋入混凝土转换体的钢截面及1%的墙体配筋率。分析结果显示，转换块下部外墙及正下方墙最大压应力分别是20，10MPa，低于最大允许压应力27.5MPa。转换体中最大压应力是6～8MPa和最大拉应力大部分低于2MPa，压应力低于最大允许压应力27.5MPa。但局部拉应力超过混凝土的抗拉强度的区域。不过考虑混凝土转换体会利用最高1%的配筋率后，实际的抗拉强度为4MPa，高于分析得到的最大拉应力。5.3塔楼构造抗震设计加强措施1)根据弹塑性分析结果，底部加强部位的剪力墙和剪力墙约束边缘构件应加强配筋。2)控制钢管混凝土柱的轴压比在0.6以内，使钢管混凝土柱具有较好的延性;提高核心筒剪力墙的抗弯性能和延性，使核心筒具有一定的塑性变形能力，在地震作用下起到耗散地震能量的作用。在底部加强部位外围核心筒剪力墙与内部剪力墙交界处及筒体剪力墙角部等关键部位沿全高设置型钢。3)根据筒体转换块分析结果，将其配筋率提高到1%。4)部分楼层由于楼板缺失较多，导致构造连接较弱及柱局部内力突变。计算时考虑楼板设为弹性板，以考虑真实的楼板刚度对内力分析和截面设计的影响，加厚楼板并增加配筋，并加强周边的钢梁截面以及连接钢梁与混凝土组合楼板的栓钉，并控制塔楼构造避难层大开洞楼板在多遇地震作用下小于混凝土抗拉强度的标准值，基本烈度下板内钢筋不委屈服从。6结束语本工程所包含构造类型及专项设计较多，且设计复杂，给构造设计带来众多困难。例如，地下室超长、塔楼扭转型造型、核心筒转换及大型钢构造雨篷等，均为构造设计的关键问题。在设计方努力及其他各方协助下，攻克了各个构造设计难点，使之得到顺利合理解决。当前，本工程较预期已提早构造封顶，将成为宁波