兰州中广阔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HYPERLINK"/Article/Index.html"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HYPERLINK"/Constructure/Index.html"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HYPERLINK"/Article/Index.html"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HYPERLINK"/Article/Index.html"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HYPERLINK"/Constructure/Index.html"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HYPERLINK"/Constructure/ConHnt/Index.html"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。久4配、在住主宅部分征开设角平窗，削姻弱了剪漆力墙结蚁构体系编的整体住性，对朵其抗震奉性能带隆来了不晨利影响鼻，改变槽了剪力余墙与框养支梁之摊间的传睡力方式残。针对炼这一不乡利因素眼，我们校决定从恰受力计局算和构经造措施宗两方面改予以加阅强处理枪。粪3惰、计算虾结果分娃析栏3.候1勿、总体尾计算结侮果毁1吉、计算民软件：锻采用中累国建筑全科学研砌究院悉的柜PKP辛M铺系列中万的发TA止T隐（多层肠及高层级建筑结怒构三维起分析与彼设计软饺件）爸，撇SAT掀W药E亭（多、誉高层建颤筑结构暖空间有除限元分帜析与设分计软件挪）两种屑不同程时序分别竿进行对浸比计算剑，其总韵体计算仁结果接于近。下井面列伤出润TA益T依、丹SAT观W灵E史的计算蛾结果。递地震影趋响系数械采用《叉建筑HYPERLINK"/Constructure/ConKzsj/Index.html"变抗震设誓计迹规范练》啊GBJ弄11-面8液9贷中的数熔值：多茶遇地命震似0.1豆6引，罕遇旺地由震巡0.述9布，阻尼洗比散取腊0.0观5刚2房、设计禁参数：和地震烈副度裤

抢8勇度洲；遍央场地土晋类康别药

予蜂Ⅱ含类；抗编震等级存框架、会剪力墙杠均为一秋级舒；剃锈楼层自竟由度数洪：每个吸塔楼每攻层号3呈个自由挺度（两勇个平动远，一个章扭转）肤；地震改作用按枕侧刚分点析模型倍考虑扭食转耦连董，渐用篇1弊8洗个振型君计算，阿固定端运取拌在汽±0.停00围0妻处。谱3堵、结构趴基本周躬期：居SAT本W俱E钞结果枕：误T1=呜1.3至611兔

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火最大层战间位移孤和顶点踪位民移乎<1/粗100蹦0得，满足弃规范要芳求。从通最大楼闪层位移衡曲线可为以看出偶，五层简以下较污缓，而迹转换层饥以上较闸陡，说抚明底盘鼠刚度比惩塔楼刚脾度小。尾5叛、弊捏分析表横明，时急程分析词的最大奋位移均赠不超过柔反应谱断法计算姻的位移沿值摩，拐y扩向楼层跪剪力北，勾X榨、桨Y蚊向楼层损弯矩均住不超过怠反应谱晃法计算胆的楼层传剪力及衫楼层弯享矩，碍仅片X零向楼层清剪傅力惑TAF工-服2退波大于往反应谱敢法，但圾三个波荐的平均刻值仍小秆于反映恢谱法楼英层剪力支。动力券时程分休析复核些结果表晒明，不风需要调允整个楼询层构件纠的内力纺和断面蝇配筋。着3.踩3毫、局部个计算及许构造处桑理预1挪、框支轧梁：采念用酸SAT码W仍E欲程序中踩的框支改剪力墙仓有限元枣分析程霜序进行递计算，蹲并进行墓应力分右析。同话时，加驱强框支即梁的配环筋构造茅措施，骗为避免牵框支梁蛾钢筋过狠密，在眨框支主招梁的下慨部配筋缸区加设絮一猴根写580糕m馆m迹高的钢旷梁。兔2种、逐机角窗：判整体计召算时，浇角窗上神部墙体葬按双悬替臂梁进瓣行计算申。配筋阁设计时肺同时满袍足剪力恒墙连梁弦的要求患。同时路，加强矿角窗周巷围的暗办柱及连仍梁的配队筋，边界墙剪力污墙加墙柳垛，角摇窗部分芝楼板加减斜筋浆。损冤3退、殃

斩滚钢骨柱奇的计算拘：首先恶，确定题钢骨的雹截面形耻式，预顿定钢骨锹柱的钢著骨含钢袋率，带金入酸SAT范W登E秩程序中瑞进行整繁体计算灵，并根算据计算危结果调锐整含钢闹率。有折关钢骨宋柱的构换造及具朗体做法粗见下面烫的详细卷介绍。甚4足、钢骨HYPERLINK"/Constructure/ConHnt/Index.html"登混凝土从结构达设计前掠的准备仓工作睁采用钢含骨混凝页土是解术决超限汽问题的崇重大技魄术措施幅，也是坦本次设惭计的重柿要组成脾部分，辟在我省计也是首酱次采用唱。在本倍次设计晴中，钢份骨柱采双用的是贵实腹式辅十字型期钢，钢技骨梁采运用的是橡工字型近钢。在酷钢骨HYPERLINK"/Constructure/ConHnt/Index.html"梢混凝土殖结构残设计中甘需要注缠意的几笨个问题鞠如下：似4.炕1脉、钢骨控的含钢违率：浮关于钢唯骨混凝猎土构件茅的最小恐和最大趣含钢率科，目前欢没有统诱一的认艇识，但瓶当钢骨辞含钢率左小各于怪2计%膜时，可所以采用蛇钢筋混木凝土构掠件，而恳没有必革要采用右钢骨混阔凝土构颈件。当常钢骨含寄钢率太裁大时，碰钢骨与抖混凝土掌不能有蚁效地共初同工作胳，混凝傲土的作掏用不能宽完丝全发挥粒，且混浅凝土浇放注施工摸有困难震。因此功，在冶甜金部行搜业标准蒙《钢骨拆混凝土串结构设际计规程燕》余YB9刘082露-9灿7类中将钢宝骨含钢蹲率定梅为探2%~滤15哨%闸。一般揉说来，铲较为合监理的含谢钢率冈为竟5%~阻8杜%齿。另在默建设部纤行业标掏准《型影钢混凝默土组合钥结构技禽术规程标》兔JGJ涉138凭-20谷0躁1食中定北为邪4%~扇10院%糠。在中腿广大厦览钢骨混符凝土柱氧的设计兄中，考短虑到建膊设单位怒尽量节浑约钢材芹，节省吼资金的蹄要求，徒经专家盐委员会糊认可，搅钢骨柱乱的含钢轨率确定蔬为目3.5浅%毁。奏4.情2哄、钢骨聋的宽厚晨比：励钢板的它厚度不喇宜小火于凑6m似m替，一般酒为翼缘狐板童20m闸m纸以上，辟腹圣板顷16m抱m头以上，咽但当钢防板厚度纱大饥于恩36m慨m摔时，钢边材的厚缸度方向图的断面拢收缩率涛应符合魔现行国允家标准子《厚度属方向性莲能钢板种》狼GB5豆31拌3燃中已的着Z1卖5科级的规闯定。这弹是因为估厚度较振大的钢抽板在轧闹制过程吸中存在较各向异志性，由枯于在焊郑缝附近胸常形成馅约束，族焊接时互容易引彼起层状甜撕裂，妄焊接质待量不易颤保证。筹钢骨的夕宽厚比休应满足振规范的畏要求。史4.修3柴、钢骨仰的混凝项土保护贺层厚度欠：险根据规魔范规定钳，对钢材骨柱，笑混凝土洗最小保陵护层厚质度不宜灶小嘉于坊120信m堡m线，对钢时骨梁则腥不宜小厕于裙100当m叶m霉。皂4.馋4胆、要重拔视钢骨婚混凝土寇柱与钢丹筋混凝购土梁在麻构造连纠接上的允配合协弹调问题妇。炭5盈、钢骨会的制作馋与构造价措施斩5.茅1注、钢骨俗的制作准钢骨的红制作必创须采用布机械加当工，并蒸宜由HYPERLINK"/Constructure/ConGjg/Index.html"尼钢结构细制作厂司家承担界。型钢绘的切割络、焊接侍、运输在、吊装愚、探伤芳检验应弃符合现码行国家锐标准《HYPERLINK"/Constructure/ConGjg/Index.html"沙钢结构蛋工程施导工及验喷收规范老》撞GB5迹020丰5票、《建科筑钢结摆构焊接遇技术规滨程纺》璃JGJ锤8羊1斑、《钢浸结构工炮程质量畜检验评喝定标准蛛》幼GB5仓022完1浸的规定抓，钢材蹄、焊接盟材料、粪螺栓等央应有质俊量证明油书，质痒量应符招合国家庭有关规胀范的规旗定。焊猎接前应陷将构件须焊接面截除油、杜除锈，芳焊工应送持证上魂岗。施抢工中应栗确保施让工现场婆型钢柱孔拼接和钓梁柱节隔点连接贡的焊接乡质量，叼型钢钢梨板的制闯孔，应引采用工绣厂车床论制孔，叛严禁现牺场用氧领气切割由开孔，拥在钢骨密制作完剃成后，侮建设单赢位不可疑随意变脾更，以天免引起的孔位改蓬变造成艇施工困筹难焰。杠瞒5.色2析、钢骨芦混凝土啦中设置须抗剪拴肃钉的要宜求厦钢骨混枪凝土与语钢筋混逝凝土结献构的显滚著区别习之一是除型钢与秘混凝土寻的粘结斑力远远挠小于钢新筋与混选凝土的臣粘结力葬。根据摩国内外息的试验永，大约冬只相当矩于光面革钢筋粘西结力恩的饭45忠%毒。因此船，在钢狱筋混凝习土结构离中认为踏钢筋与锹混凝土详是共同带工作的果，直至房构件破拉坏。而喊在钢骨巾混凝土站中，由介于粘结藏滑移的痒存在，炼将影响搂到构件蜂的破坏疫形态、江计算假盾定、构扎件承载密能力及灵刚度、饲裂缝。标通常可还用两种萄方法解稼决，一滔是在构悦件上另静设剪切家连接桌件晓(僚栓灾钉走)搂，并按丸照计算规确定其辛数量，翼即滑移迫面上的泡剪力全适由剪切趟连接件掘承担，脾称为完泰全剪力色连接。刃这样可妻以认为乳型钢与讯混凝土倘完全共匪同工作吩。另一划种方法寻是在计砖算中考展虑粘结票滑移对表承载力多的影响定，同时而在型钢翼的一定陶部位：勇如乎（聪1慈）柱脚碑及柱脚起向上一租层范围旅内；者（垦2洞）与框烟架梁连辅接的牛岭腿的上宽、下翼赤缘处；渴（拉3暑）结构逗过渡层删范围内峡的钢骨胀翼缘处伙加设抗恳剪栓钉蛾作为构鼠造要求痰。构件浆中设置爽的栓钉蝶应符合木国家现致行标准周《园柱汤头焊钉报》饰GB1填043屑3刘的规定救，栓钉触直径一文般脊为际Ø19赖,事长度不绑宜小原于樱4盟倍栓钉侦直径，伐间距不索宜小幻于渐6坦倍栓钉刺直径，惧且不宜恢大惜于纲200洋m侧m污。并采游用特制饺的设钉币枪进行蜻焊接，岗焊接质合量应满蛇足规范聋要求。皮5.雨3战、钢骨冈的拼接诸钢骨柱权的长度誓应根据处钢材的盟生产和锐运输长碑度限制践及建筑夫物层高误综合考隆虑，一切般每三晕层为一课根，其岁工地拼鞠接接头胖宜设于阔框架梁奴顶面以福上攻1~3据m丈处。钢畏骨柱的籍工地拼归接一般原有三种慨形式：翠（凭1泻）全焊被接连接棕；黎（脉2趋）全螺脏栓连接标；宾掌（巴3袭）栓、顺焊混合染连接。眯设计施墨工中多炎采用第挣三种形论式，即咬钢骨柱送翼缘采嘱用全溶声透的剖效口对接典焊缝连各接，腹塑板采用突摩擦型姥高强度济螺栓连蚊接。中舞广大厦保设计中疯的钢骨号工地拼厘接采用覆第三种上形式。岂5.退4怠、钢骨塌柱的柱废脚构造疗1娇、钢骨匀柱的柱焦脚分为无埋入式照和非埋耕入式两源种，在级抗震区椒宜采用融埋入式早柱脚，肾柱脚钢想骨的混缝凝土最宿小保护固层厚度窗为：中值间柱：羞不得小趟于湖180描m先m咬，边柱鹅和角柱剃：不得芳小稿于拉250塌m虏m觉。粥2征、钢骨掩柱埋入田式柱脚太的埋入街深度不好应小逗于娃3扬倍型钢兰柱截面读高度，逼在注脚流部位和读柱脚向劝上一层吉的范围节内，钢彼骨柱翼庙缘外侧践设置栓接钉，栓烧钉直径主不小升于禽Ø1狱9希，间距肉不大仆于亚200铜mm青,扰且栓钉子至翼缘烂板边缘可的距离系大筛于景50m挑m昂。鉴3讽、在中宗广大厦路的钢骨宗设计中卫，由于赞建筑物猪嵌固端霉取兰在冤±0.芒00麦0桐米处，倦为保证示地下一闯层汽车俯库的使轨用功能再，经多冶次反复婶研究、点讨论，肿最终确翠定了底果层框架弹梁水平深、垂直尤加腋，狱钢骨伸完入框架暮柱内长洽度前为森1.5相m绿，下部惰与钢筋世混凝土俩柱柱心梅钢筋焊收接。在取施工过灵程中，响施工单滚位提出寄，钢骨衰注脚放洁在半层番柱上施炉工有困恳难，施芦工质量并无法保通证。后浴经施工递单位、次设计单笨位、制罚作单位急及建设屑单位多僚次研究闷，决定券在钢骨则柱柱脚历底部另稻设格构均式支架网，将支简架一延索伸至地宏下一层物底板（环支架必踪须保证怕拉力传刑递），素比上述悟方法容寒易施工肠，加快话了施工踏进度。量经实践萄证明在扑今后的耕设计中钢若遇到士同类问特题，宜烟将钢骨孟直接伸咏入地下赖一层，个这样即迁满足了淹埋入式衫柱脚的氏埋深问结题，又逐取消了辟底层梁蔬加腋的敬施工工如序、支帜架的制识作安装婆工序，仿节省了浸时间，作施工质羡量较易毕保证。解5.所5环、钢骨烧柱的节因点构造呀框架梁油、柱节抽点核心防区是结游构受力袭的关键流部位，某设计时易应保证艳传力明蔑确，安赶全可靠羡，施工印方便，墨节点核废心区不蛾允许有棵过大的敞变形。院在钢骨地混凝土酱结构中柱，梁、死柱节点门包括以种下几种枝形式：农（扔1旱）钢骨童混凝土弱梁畅—笛钢骨混抖凝土柱颜的连接悦；泼（筛2乳）钢删梁捐—杀钢骨混毯凝土柱悬的连接慌；肠（快3连）钢筋鲁混凝土骂梁存—傻钢骨混言凝土柱劈的连接打。在中演广大厦粗设计中喜我们遇层到的是怠第三种忙情况。残规范规饿定，节督点区钢欠骨部分骨的连接户构造应润与钢结千构的节伤点连接状相一致店，在柱士钢骨的拔钢牛腿齐翼缘水典平位置沃处应设摊置加劲蛋肋，其耳构造应择便于混互凝土浇虚灌，并偷保证混挪凝土密迎实。柱肯中钢骨匪和主筋脾的布置惹应为梁暴中主筋公贯穿留屠出通道步，梁中妖主筋不坝应穿过酸钢骨翼钉缘，也裙不得与颠柱中钢叮骨直接昂焊接，罚钢骨腹负板部分慕设置钢弱筋贯穿来孔时，狮截面缺种损率不魔宜超过驾腹板面败积戒的洞25史%棒。捷下根据规砍范要求冤，在中狡广大厦常钢骨设块计中，炒我们采悔用的方粉法是：梅在钢筋捎混凝土姜梁与钢浴骨柱连便接的梁号端，设悟置一段茫工字型醒钢梁（差牛腿）诉，钢梁想的高度慨由钢筋庄混凝惯土梁高曾决定，驰一般为旗钢筋混锡凝土梁功高锁的亡0.陷7伤倍以上原，钢筋泳混凝土宪梁内钢扯筋的一汉部分与据钢牛腿讲焊接或戏搭接，羡钢牛腿椅的长度迫应满足英梁内钢恢筋内力倚传递要罢求。因客钢骨柱塑主筋穿两过钢牛讯腿翼缘益，钢牛粘腿强度补有所削怕弱，因小此梁内锯钢筋焊笑接或搭狐接长度怪应从牛唉腿根部钩起算。驾在实际右施工中慎，由于刊钢牛腿狂长度较市长，运航输有困姻难，钢著牛腿的号长度均创取满足见梁内主伍筋焊接财长度要并求。在衰钢牛腿按的上、柴下翼缘非上设置贱栓钉，架栓钉的豆直径另为壶Ø1把9概，间狡距合200堤m掌m喜，从框呢架梁梁还端至钢螺梁（牛见腿）端绘部以毅外霞2址倍梁高暴范围内友为框架荡梁端箍是筋加密尽区，梁声内主筋艘保证有伐不少舞于名1/酒3泻主筋面伤积穿过联钢骨连裤续配置畏。摩为方便凳钢骨的妇工厂化莫制作，啄钢骨混泼凝土结谅构与普宰通钢筋善混凝土艰结构设乐计中不融同且难恭度最大常的是：兰（席1漂）聚

树需确定架钢骨柱涝中每根犁钢筋的被准确位福置；做（延2渡）铲

由根据钢拐骨这种侵型钢翼崭缘的宽虹度确定沿框架梁延的宽度拢；鞭（集3时）装

话确定框阔架梁中无每根钢跟筋的位费置；替（仗4下）加

幕根据柱辫梁钢筋盈的位置修确定钢菊骨穿孔雀的位置竿；脆（溉5对）汤

锄钢骨中必穿钢筋钞的孔径俩由钢筋胀直径确碧定，一蝶般比钢米筋直径该大肝4~6董m督m翠；要（急6丢）辩,笛钢骨中相纵横两番方向穿尼钢筋孔焦的位置检至少应四错开一片个孔径脖。揉5.店6淘、钢骨蛇的柱顶慰构造桥根据规劳范规定呢，但结银构下部谈采用钢粪骨混凝槐土柱、策上部采笋用钢筋朋混凝土罗柱时，抢其间应锁设置过担渡层。跨在本次族设计中春，过渡治层设置波在转换岩层中，葛柱顶加迷设一算块庙2赌5纤厚柱顶睁锚固板筐。但在影实际施婶工过程地中，转甘换大梁土配筋较僵多，柱肺顶锚固杆板直接肉影响转挠换大梁驳钢筋的签锚固，顾经多方乞研究，重取消了练柱顶锚直固板，雷为转换求大梁的泊顺利施寄工创造鸟了条件堵。拌6淋、经济淘比较播未采用跃钢骨混援凝土柱国前，框胶支柱截档面尺寸烤为