兰州中广大厦大底盘双塔楼超限高层钢骨混凝土结构设计

前

言所谓超限高层建筑工程是指超出国家现行规范、规程所规定的适用高度和适用结构类型、体型特别不规则以及有关规范、规程规定应进行抗震专项审查的高层建筑工程。中广大厦是集办公，住宅,商场,餐饮,娱乐为一体的大型高层综合性建筑。包括三栋高层塔楼(A,B,C栋).裙房五层,地下二层。地下一、二层为设备用房，汽车库，地下二层战时为六级人防。地上一~五层为商场。A、B栋塔楼为6~26层蝶形平面的高层住宅，房屋高度89.1米，包括局部突出在内，建筑总高度106.1米。C栋塔楼为6~28层大空间办公室，房屋高度99.6米。包括局部突出在内，建筑总高度118.800米。五层商场总面积为26745平方米，总建筑面积100010平方米。因房屋总长度远超过钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距55米的限值，为此设二道抗震缝将房屋分为三段，形成三个结构单元。即A、B栋高层为大底盘、双塔楼；C栋为独立带裙房的框架剪力墙结构高层建筑；其余为框架结构。建筑抗震设防类别均为乙类，场地类别为Ⅱ类。基础采用钢筋混凝土平板式筏形基础，底板厚度1600mm（住宅部分）、1800mm（办公部分），持力层为强风化砂岩，地基承载力标准值400Kpa，压缩模量Es=12~17Mpa.。本建筑的结构安全等级为一级，设计基准期为50年。本文以A、B栋为论及对象。1、结构布置特点A、B栋高层为满足上部住宅建筑的舒适性、规则性要求（即住宅室内无柱角）及下部五层商场大空间的使用要求，采用五层大底盘双塔楼框支剪力墙结构，在五~六层中间利用设备层做转换层，采用梁式转换，转换层设置标高为23米。高宽比为3.22，长宽比为4.13，转换层上下剪切刚度比值γ=1.395。1、房屋高度超限A、B栋高层房屋高度为89.1米，超过了《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》（JGJ3-91）中规定的框支剪力墙结构8度区适用高度80米的限值。2、采用双塔楼联体结构，质量、刚度分布不均匀，竖向不规则。3、高位转换：在五~六层之间利用设备层做转换层，标高23米。超过8度区转换层宜控制在3层以下的限制。4、由于住宅建筑平面的要求，局部存在二次转换。5、由于商场使用功能的限制，A、B栋塔楼的落地剪力墙数量偏少，且大都布置在商场后部，主体结构与大底盘中心的偏心矩与底盘尺寸之比大于0.2。6、6~26层住宅部分在外围剪力墙局部开设角窗。2、构造措施经我院多次分析论证，认为其主要不利因素为：框支剪力墙结构在转换层以下，支撑框架与落地剪力墙并存，形成了“支撑框架—剪力墙“体系。此中，支撑框架是一个薄弱环节。这种结构体系，在高位转换时，由于在转换层附近的刚度、内力和传力途径发生突变，易形成薄弱层，对抗震不利。同时，支撑框架柱要直接承担上部传来的重力荷载，直接承担其上剪力墙由于倾覆力矩产生的轴力，要直接承担不可能依靠楼板全部间接传力给落地剪力墙而有一部分直接传来的地震水平剪力。这样使得转换层以下支撑框架柱的内力远大于计算分析结果。对此采取以下措施：1、在塔楼范围内五层以下框支部分采用钢骨混凝土柱，钢筋混凝土梁混合结构（钢骨混凝土柱共48个）。作为解决高位转换和高度超限的一项重要措施。2、A、B栋塔楼的裙楼楼屋面板，在塔楼高振型的影响下，承受较大反复作用下的纵向拉压力及横向剪力，受力十分复杂。同时，由于建筑使用功能的要求，在裙楼中部开设大洞以便设置电梯，对楼板削弱较大。针对这一不利因素，在设计中采用了加强开大洞处楼板四周梁的断面及配筋，加大楼板厚度，增设斜筋的措施。3、由于上部住宅为蝶形平面，在转换层个别部位出现了二次转换梁。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）第10.2.10条的规定：转换层上部的竖向抗侧力构件（墙、柱）宜直接落在转换层的主结构上。当结构竖向布置复杂，框支主梁承托剪力墙并承托转换次梁及其上剪力墙时，应进行应力分析，按应力校核配筋，并加强配筋构造措施。B级高度框支剪力墙高层建筑的结构转换层，不宜采用框支主、次梁方案。针对这一不利因素，我们采取了加强框支主梁的配筋构造措施，并在框支主梁的下部配筋区设置钢梁的措施。芳4锦、在住宅势部分开设浪角窗，削搁弱了剪力兄墙结构体氧系的整体垮性，对其遥抗震性能杏带来了不酱利影响，别改变了剪方力墙与框础支梁之间先的传力方筒式。针对揭这一不利登因素，我育们决定从现受力计算牢和构造措侄施两方面洲予以加强座处理。睬3壶、计算结状果分析凤3.值1滔、总体计长算结果历1贯、计算软密件：芝采用中国隐建筑科学壶研究院舱的顷PKP在M牌系列中举的肚TA廉T知（多层及卧高层建筑扬结构三维鹿分析与设柔计软件）柄，钟SATW烂E朱（多、高颠层建筑结澡构空间有淋限元分析袍与设计软会件）两种震不同程序杏分别进行扭对比计算倾，其总体愤计算结果立接近。下阵面列雾出短TA前T望、之SATW吐E浴的计算结驴果。地震数影响系数倾采用《建扯筑棒抗震设计船规范测》爽GBJ1婆1-8窗9偿中的数值援：多遇地店震晴0.1侵6蛛，罕遇地半震碍0.搂9得，阻尼比疗取家0.05皱2鞭、设计参捡数：慌地震烈士度顿

造8纠度相；音寻场地土类遮别疤

糕泄Ⅱ笑类；抗震叠等级框架辱、剪力墙拨均为一级筹；们喝楼层自由诉度数：每曾个塔楼每际层鬼3皆个自由度卷（两个平土动，一个枯扭转）；职地震作用全按侧刚分森析模型考清虑扭转耦瓶连，材用手1认8购个振型计渔算，固定饺端取倾在饥±0.0竭0灾0桌处。朵3驱、结构基材本周期：首SATW层E症结果歪：启T1=1西.361阁1

负T2=扬1.34忌55

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斯T6=房1.04脂58睬（仅列出辈前六个振筹型）服TA查T材结果看：峰T1=辅1.50输46

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T矮6=1.减0749疼峡(笨仅列出前杀六个振盆型咱)逃4殖、地震作联用下的底条层水平地梦震剪力系毯数初：窜SATW闲E坚结果抚：渣

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Q连oy/G阿=4.0得8%尖5右、地震作文用下按弹易性方法计踢算的最大捆层间位移缩与层高比厘值持：呆

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诱异7粱、结构振引型曲线及点时程分析潮的部分图鸦形姻3.开2唤、计算结犯果分彩析美

价建根据以上丽计算结果解来看，两帮种计算结波果接近。司下面兔以盟SATW头E何程序为主溪进行分析吐：哄1笼、自振周够期在合理玉范围之内顾，结构扭会转为主的击第一自振泽周期与平踏动为主的捆第一自振旁周期之比能为垦0.轻9货，满足规炕范要求。返2壤、振型曲漫线光滑符需合规律。走3顽、高

析底层剪重仿比蝶>3.2富%廉,象满足规范屿要求。钳4伐、铺

凤最大层间挣位移和顶萄点位旨移君<1/1含00垄0副，满足规驼范要求。迟从最大楼要层位移曲档线可以看虎出，五层绣以下较缓街，而转换侮层以上较追陡，说明按底盘刚度购比塔楼刚和度小。涛5俘、反岭分析表明先，时程分术析的最大续位移均不乌超过反应构谱法计算腔的位移值犯，菜y蛋向楼层剪抚力注，弯X字、畜Y糠向楼层弯悦矩均不超捏过反应谱说法计算的车楼层剪力笨及楼层弯膝矩，染仅果X栽向楼层剪最力粮TAF-芦2骄波大于反同应谱法，喘但三个波梅的平均值收仍小于反周映谱法楼熔层剪力。忍动力时程贸分析复核夏结果表明途，不需要咱调整个楼娘层构件的浅内力和断谜面配筋。屋3.砖3积、局部计则算及构造殃处理塑1烂、框支梁恳：采晕用命SATW判E锅程序中的淹框支剪力柔墙有限元浅分析程序厘进行计算南，并进行爪应力分析炭。同时，确加强框支暖梁的配筋深构造措施宰，为避免施框支梁钢裹筋过密，斗在框支主瘦梁的下部阅配筋区加勒设一雄根左580m黑m丽高的钢梁秀。尺2岁、梯隶角窗：整行体计算时圈，角窗上伞部墙体按债双悬臂梁矩进行计算诵。配筋设普计时同时躁满足剪力炕墙连梁的交要求。同油时，加强滚角窗周围培的暗柱及河连梁的配危筋，边墙何剪力墙加离墙垛，角充窗部分楼迫板加斜筋胆。穴信3鞠、腹

盗邀钢骨柱的淡计算：首舌先，确定却钢骨的截忆面形式，院预定钢骨易柱的钢骨帅含钢率，笑带透入让SATW哗E吓程序中进刷行整体计聪算，并根午据计算结边果调整含习钢率。有宇关钢骨柱黄的构造及疫具体做法参见下面的贸详细介绍覆。圾4芹、钢骨程混凝土结掉构猫设计前的焦准备工作红采用钢骨跑混凝土是棵解决超限茶问题的重搭大技术措慌施，也是曾本次设计用的重要组劣成部分，末在我省也禾是首次采乐用。在本娇次设计中脉，钢骨柱亿采用的是炒实腹式十泄字型钢，公钢骨梁采制用的是工未字型钢。服在钢骨铲混凝土结爆构毁设计中需添要注意的液几个问题烘如下：返4.努1识、钢骨的迹含钢率：爽关于钢骨缓混凝土构存件的最小夜和最大含寻钢率，目词前没有统葵一的认识冷，但当钢涝骨含钢率注小摘于绪2倦%晨时，可以败采用钢筋蔑混凝土构渔件，而没侮有必要采何用钢骨混孤凝土构件杆。当钢骨登含钢率太惹大时，钢榨骨与混凝脱土不能有备效地共同喷工作，混茂凝土的作向用不能完付全发挥，框且混凝土躲浇注施工烘有困难。打因此，在棕冶金部行缩业标准《烤钢骨混凝朗土结构设都计规程捉》脱YB90榜82-9带7锡中将钢骨扑含钢率定欠为剥2%~1姓5际%堂。一般说煎来，较为壳合理的含接钢率风为浙5%~8炭%掌。另在建棒设部行业办标准《型提钢混凝土督组合结构脉技术规程阵》闪JGJ1完38-2辩00剩1究中定在为课4%~1倾0剖%假。在中广撕大厦钢骨昨混凝土柱锦的设计中直，考虑到盐建设单位爽尽量节约厦钢材，节伤省资金的袍要求，经富专家委员岸会认可，许钢骨柱的鄙含钢率确零定柱为易3.5遭%秤。离4.喊2卷、钢骨的校宽厚比：消钢板的厚秆度不宜小轻于番6m饺m贞，一般为值翼缘岔板券20m胃m式以上，腹避板蚁16m轿m氏以上，但妙当钢板厚绿度大持于码36m丙m饰时，钢材欣的厚度方漂向的断面蓝收缩率应威符合现行元国家标准瓶《厚度方屿向性能钢僚板椒》英GB53阶1修3屋中愁的型Z1旬5赠级的规定鼠。这是因拴为厚度较叮大的钢板莲在轧制过凑程中存在酿各向异性轧，由于在玩焊缝附近忌常形成约掠束，焊接哨时容易引汇起层状撕帆裂，焊接顶质量不易况保证。钢逢骨的宽厚薪比应满足浓规范的要锅求。壮4.图3糟、钢骨的目混凝土保而护层厚度录：饺根据规范可规定，对快钢骨柱，胁混凝土最碗小保护层坏厚度不宜挪小饥于勺120m江m尚，对钢骨糖梁则不宜攻小摸于库100m仁m茫。栽4.忽4疲、要重视胖钢骨混凝待土柱与钢洒筋混凝土悟梁在构造命连接上的搬配合协调旦问题。伴5熔、钢骨的燕制作与构欲造措施毙5.权1郊、钢骨的甚制作米钢骨的制披作必须采布用机械加躁工，并宜熊由递钢结构斯制作厂家脾承担。型两钢的切割思、焊接、拿运输、吊汤装、探伤蒸检验应符喷合现行国功家标准《级钢结构染工程施工碎及验收规诞范只》业GB50榨20参5刃、《建筑娱钢结构焊造接技术规性程青》位JGJ8拢1倡、《钢结罗构工程质速量检验评悲定标准尤》挡GB50砖22赚1逝的规定，茅钢材、焊忠接材料、冰螺栓等应乳有质量证鉴明书，质鹿量应符合敞国家有关望规范的规筒定。焊接蠢前应将构溉件焊接面厉除油、除贡锈，焊工翁应持证上泽岗。施工猾中应确保批施工现场喜型钢柱拼洋接和梁柱弊节点连接迹的焊接质戴量，型钢而钢板的制于孔，应采倡用工厂车肯床制孔，岩严禁现场辩用氧气切眠割开孔，特在钢骨制正作完成后仆，建设单钻位不可随田意变更，公以免引起段孔位改变粱造成施工再困难如。姨损5.祸2毙、钢骨混近凝土中设脾置抗剪拴瓦钉的要求察钢骨混凝本土与钢筋桨混凝土结勾构的显著怠区别之一介是型钢与饮混凝土的法粘结力远黄远小于钢雀筋与混凝蜡土的粘结号力。根据惨国内外的压试验，大侵约只相当倦于光面钢匠筋粘结力交的加45醋%讲。因此，部在钢筋混季凝土结构犬中认为钢造筋与混凝半土是共同询工作的，岩直至构件虎破坏。而虚在钢骨混白凝土中，殿由于粘结奶滑移的存稿在，将影忙响到构件蠢的破坏形景态、计算器假定、构咬件承载能谈力及刚度内、裂缝。救通常可用列两种方法脂解决，一条是在构件敢上另设剪连切连接段件讨(筝栓舱钉溉)蜜，并按照葵计算确定屿其数量，权即滑移面古上的剪力驶全由剪切太连接件承片担，称为犁完全剪力纸连接。这半样可以认蛮为型钢与苹混凝土完孙全共同工愉作。另一翼种方法是爱在计算中铅考虑粘结玻滑移对承绩载力的影已响，同时斗在型钢的痕一定部位或：如裁（挎1树）柱脚及病柱脚向上光一层范围页内；陷（药2炼）与框架届梁连接的兰牛腿的上槽、下翼缘醋处；筝（铁3更）结构过鹿渡层范围侮内的钢骨盒翼缘处加揭设抗剪栓牛钉作为构碧造要求。世构件中设痒置的栓钉京应符合国乳家现行标脏准《园柱落头焊钉肠》丢GB10伸43反3减的规定，立栓钉直径慧一般绣为祥Ø19绵,举长度不宜持小叮于至4章倍栓钉直闹径，间距鲜不宜小极于凭6估倍栓钉直胁径，且不跃宜大蔽于饮200m鸟m殃。并采用赴特制的设敏钉枪进行幼焊接，焊亚接质量应郑满足规范推要求。混5.内3冤、钢骨的忙拼接摧钢骨柱的味长度应根文据钢材的疼生产和运衡输长度限愁制及建筑都物层高综查合考虑，扰一般每三针层为一根钥，其工地农拼接接头源宜设于框异架梁顶面括以预上熄1~3称m计处。钢骨隆柱的工地休拼接一般坏有三种形绍式：占（间1才）全焊接虚连接；层（饲2垒）全螺栓扁连接侨；叨趣（丸3周）栓、焊壁混合连接匹。设计施运工中多采户用第三种便形式，即冲钢骨柱翼寒缘采用全陈溶透的剖贺口对接焊由缝连接，逃腹板采用秋摩擦型高体强度螺栓呀连接。中虫广大厦设列计中的钢东骨工地拼渠接采用第厚三种形式蝇。根5.破4雪、钢骨柱涌的柱脚构亮造阅1木、钢骨柱牌的柱脚分欲为埋入式旗和非埋入垄式两种，宏在抗震区舅宜采用埋痰入式柱脚分，柱脚钢筝骨的混凝趣土最小保努护层厚度瓜为：中间毙柱：不得三小族于刃180m颂m雹，边柱和蚂角柱：不蛙得小盾于悲250m墨m摸。雅2药、钢骨柱竹埋入式柱虾脚的埋入器深度不应极小榨于步3尾倍型钢柱策截面高度绿，在注脚竖部位和柱乐脚向上一注层的范围液内，钢骨祖柱翼缘外命侧设置栓稠钉，栓钉滋直径不小项于株Ø1贪9川，间距不饰大夜于炎200m哪m脾,非且栓钉至夫翼缘板边味缘的距离主大唐于尿50m归m扎。的3决、在中广号大厦的钢肿骨设计中辟，由于建罚筑物嵌固狸端取择在圆±0.0龙0些0疯米处，为偏保证地下尸一层汽车社库的使用湾功能，经萍多次反复黄研究、讨经论，最终逃确定了底环层框架梁抱水平、垂伴直加腋，痕钢骨伸入澡框架柱内坛长度挽为饿1.5摄m汇，下部与层钢筋混凝麦土柱柱心圾钢筋焊接考。在施工冰过程中，认施工单位湾提出，钢币骨注脚放奔在半层柱建上施工有虹困难，施饱工质量无精法保证。住后经施工储单位、设教计单位、撞制作单位伴及建设单幅位多次研锋究，决定来在钢骨柱奸柱脚底部劝另设格构秃式支架，逐将支架一娃延伸至地辰下一层底榨板（支架驾必须保证呜拉力传递辟），比上记述方法容偏易施工，室加快了施松工进度。伞经实践证纤明在今后谅的设计中况若遇到同处类问题，旁宜将钢骨豪直接伸入微地下一层便，这样即维满足了埋嫁入式柱脚遣的埋深问信题，又取浙消了底层波梁加腋的歪施工工序哈、支架的添制作安装捐工序，节羞省了时间座，施工质质量较易保拨证。夺5.源5塌、钢骨柱厌的节点构尝造绪框架梁、露柱节点核到心区是结浴构受力的霞关键部位薪，设计时且应保证传敌力明确，霸安全可靠兄，施工方堂便，节点竟核心区不探允许有过企大的变形影。逆在钢骨混可凝土结构走中，梁、该柱节点包号括以下几午种形式：别（促1害）钢骨混员凝土攀梁平—余钢骨混凝牌土柱的连擦接；披（共2嗓）钢勇梁暂—获钢骨混凝侦土柱的连裕接；撞（号3涝）钢筋混顿凝土阻梁仪—工钢骨混凝差土柱的连修接。在中却广大厦设摇计中我们啊遇到的是育第三种情份况。湿规范规定累，节点区孩钢骨部分馆的连接构镇造应与钢拼结构的节酸点连接相矛一致，在框柱钢骨的强钢牛腿翼搜缘水平位毫置处应设窄置加劲肋振，其构造垒应便于混勾凝土浇灌原，并保证雨混凝土密岛实。柱中待钢骨和主岂筋的布置配应为梁中厨主筋贯穿宝留出通道渴，梁中主恋筋不应穿吉过钢骨翼辉缘，也不榆得与柱中法钢骨直接虑焊接，钢两骨腹板部请分设置钢榨筋贯穿孔驻时，截面礼缺损率不织宜超过腹致板面积全的驶25症%陷。籍铲根据规范斯要求，在仪中广大厦惑钢骨设计歌中，我们菌采用的方侨法是：在恼钢筋混凝念土梁与钢四骨柱连接朱的梁端，烛设置一段料工字型钢到梁（牛腿挨），钢梁彼的高度由利钢筋混凝更土梁高决笛定，一般律为钢筋混语凝土梁高数的镇0.炮7浩倍以上，容钢筋混凝辉土梁内钢状筋的一部辽分与钢牛泛腿焊接或侍搭接，钢凉牛腿的长岔度应满足纵梁内钢筋诵内力传递放要求。因滨钢骨柱主额筋穿过钢件牛腿翼缘杂，钢牛腿脸强度有所页削弱，因沉此梁内钢惠筋焊接或殊搭接长度负应从牛腿宁根部起算孕。在实际肾施工中，照由于钢牛铁腿长度较玩长，运输朗有困难，侮钢牛腿的冷长度均取佣满足梁内各主筋焊接翻长度要求逮。在钢牛旧腿的上、槐下翼缘上半设置栓钉陪，栓钉的陷直径鄙为深Ø1腊9惨，间耐距疑200m乱m榆，从框架退梁梁端至径钢梁（牛下腿）端部鲁以乓外百2阀倍梁高范泡围内为框粗架梁端箍浪筋加密区径，梁内主惑筋保证有稼不少呆于肥1/斥3书主筋面积亡穿过钢骨苦连续配置乓。示为方便钢姿骨的工厂挡化制作，拥钢骨混凝东土结构与绿普通钢筋拐混凝土结谱构设计中无不同且难芦度最大的额是：循（闻1甜）舞

枯需确定钢壳骨柱中每辱根钢筋的饱准确位置装；混（市2滚）埋

粱根据钢骨灶这种型钢钢翼缘的宽候度确定框请架梁的宽阴度；穷（菠3饭）逝

闯确定框架米梁中每根封钢筋的位碑置；鞭（伯4仗）机

纤根据柱梁不钢筋的位鬼置确定钢笑骨穿孔的旗位置；许（诚5涌）洽

缺钢骨中穿妖钢筋的孔饺径由钢筋霉直径确定捞，一般比厉钢筋直径蹦大更4~6m网m鞋；逢（绵6撞）弓,运钢骨中纵剖横两方向般穿钢筋孔涂的位置至救少应错开坑一个孔径各。朵5.担6障、钢骨的葛柱顶构造逃根据规范饿规定，但达结构下部丝采用钢骨强混凝土柱卖、上部采浆用钢筋混宾凝土柱时评，其间应咐设置过渡盼层。在本级次设计中瘦，过渡层棋设置在转倾换层中，砌柱顶加设星一逃块链2拨5弦厚柱顶锚度固板。但浆在实际施伍工过程中袜，转换大邻梁配筋较调多，柱顶苏锚固板直输接影响