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摘要:南宁龙光世纪中心建筑高度378.00m,采用钢管混凝土框架-核心筒结构体系。比较分析了不同材料的楼盖体系对结构的技术指标、经济及施工周期等的影响及结构选型依据。介绍超限审查中的一些疑难问题处理及加强措施。
关键词:超限高层;加强层;结构选型
1工程概况
南宁龙光世纪中心集合了商业、办公、酒店、公寓等多项功能的复杂超高层综合体,总建筑面积约38万平方米,包括1#、2#两座超高层塔楼、裙楼以及地下室。1#塔建筑功能包括办公、酒店,2#塔建筑功能为公寓式办公,裙房为商业、影院及酒店配套餐饮等。地下室共四层,建筑功能为停车、酒店后勤用房及相关设备配套用房,战时地下四层用作为人防地下室。
本文主要介绍1#塔楼相关结构设计,龙光世纪中心1#塔楼建筑效果图见图1,建筑剖面见图2。
2结构主要特点
1#塔楼结构主体高度为354.20m,屋面花瓣顶点高度为378.00m。
超出《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)中规定的6度区混合结构最大适用高度(220m)60.9%,为高度超限高层建筑。结构高宽比约为7.3,核心筒高宽比约为15,采用钢管混凝土框架-混凝土核心筒混合结构,沿建筑高度利用避难层共设置腰桁架及伸臂桁架2道。
建筑体型为正方形,如图3所示,平面尺寸约为48米*48米,外框架柱柱距为9.6米。框架梁与柱刚接,与剪力墙铰接;次梁与主梁及核心筒剪力墙均为铰接,计算时次梁考虑组合楼板作用。外框楼板采用钢-砼组合楼盖,核心筒内采用普通现浇混凝土楼板结构。
主楼采用钢管混凝土柱,钢管混凝土柱底层截面Ø1800x30mm,向上逐渐收缩至Ø1000x20mm,钢管柱内混凝土强度等级由底层C60降为顶层C40。由由于建筑立面需要,从63层至80层,外围框架柱向中心核心筒每层收进200mm形成斜柱。
钢结构主要材质为Q345B,钢板厚度≥40mm,时采用Q345GJB,伸臂桁架节点区采用Q390GJB。
核心筒底部剪力墙最大墙厚为1500mm,从下至上逐级收缩至500mm,混凝土强度等级由底层C60降低至顶层C40。
本工程采用SATWE及MIDASGEN软件进行小震及风荷载作用下的弹性整体计算分析及对比。主要计算结果汇总见表1。
3结构选型
3.1方案对比分析
在方案阶段,上部外框结构根据使用的不同材料进行了小震计算及经济性对比(注:方案中均未考虑伸臂桁架)
从表2,3可以看出,1)方案一刚度最大,但自重大,导致基础造价增加;且楼层框架梁较高,竖向构件尺寸大,建筑使用面积和净高为三个方案中最小的;2)方案二刚度适中,由于核心筒墙厚的减少使每层的使用面积多出8~10m2,净高比方案一增加100~150mm,缺点是节点构造较为复杂;3)方案三为多数300m以上超高层采用的结构,自重较小,基础造价低,但刚度较小,自震周期较长。4)从施工角度上看,方案一施工速度最慢,方案二虽然采用了钢组合梁楼盖结构,但是梁柱节点构造复杂仍然会制约了施工速度;经测算,方案三可比方案一提前220d,工期缩短有利于建筑物及早投入使用,节约财务成本;5)经济性方面,方案三造价比方案一、二分别多出4460万元、1940万元;综上所述,方案三虽然比方案一和二造价高,但由于方案三工期短,其相应的时间成本和财务成本比较低,而且节约建筑使用空间,基础方案又经济,综合效益最好,故采用方案三作为实施方案。
3.2加强层敏感性分析
根据建筑功能,分别利用24F(层高7.3m),43F(层高6.8m)及62F(层高6.3m)三个避难层作为设置加强层的楼层。敏感性分析按加强层设置位置共分析四种情况,计算结果见表4.
由表4可知,由方案A到D逐步取消伸臂桁架及腰桁架后,结构刚度减小,结构周期增加到8.08s;位移增加到1/764;方案D的刚重比不符合规范要求;基底剪力略微减小。方案A~C的技术指标均满足《高规》要求,其中方案A中由于22层设置腰桁架会造成该层刚度突变,对结构抗震不利,超限审查时,专家组建议取消;而方案B和C技术指标差别不大,刚重比B比C大约4%,且方案C的Y向更接近规范限值,故实施方案保留一定富余度选择方案B。
4超限审查中几点问题及加强措施
结合本项目特点,在抗震超限专项审查时,专家组提出若干意见,其中加强设计方面有以下几点:1)伸臂桁架构件验算承载力时,楼板按零刚度考虑;2)结构周期偏长,最小剪力系数不满足规范要求,宜适当调整提高结构整体刚度,使不满足的最小剪力系数值和层数不超过15%;
3)小震按规范反应谱,在6s以后按平直段计算地震反应,阻尼比0.035;
综合专家组的意见和分析结果,本工程主要采取以下加强措施:
1)加强层及上下层楼板板厚设计为200,双层双向配筋并提高配筋率至0.5%;
2)提高加强层及上下层剪力墙墙体和边缘构件的配筋率;
3)在加强层及上下层筒体角部伸臂桁架交接处增加型钢构件,并提高伸臂桁架节点区钢材强度至Q390GJB作为安全储备;
4)底部加强区剪力墙在核心筒四角、及中间电梯间剪力墙两端设置钢骨,并适当提高底部加强区墙体配筋率;
5)在64层斜柱开始处,型钢梁按无楼板工况复核截面,楼板钢筋双层双向拉通并加强配筋;
5结束语
本工程地处广西南宁市,风荷载及地震作用均较小,竖向构件尺寸为结构轴压比控制,层间位移角富余较多。本文比较分析了几种结构体系的经济性、安全性,并对是否设置加强层的进行了分析。最后选择钢管混凝土框架柱-核心筒体系,楼盖采用钢梁组合楼盖体系。经过精心设计,各项技术指标均满足规范要求,对于薄弱部位得到有效加强,从而整体结构达到安全,经济。
参考文献:
[1]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.
[2]GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.
[3]中华人民共和国建设部.建质[2010]109号超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点[S].2010.