沈阳五里河大厦的结构设计.pdf

沈阳五里河大厦的结构设计杜大忠杨旭邢宝全张春良(沈阳华新国际工程设计顾问有限公司 110016)摘要 本文简要介绍了五里河大厦的结构设计计算、主要构造做法，以及新规范在该工程中的应用情况一、 工程简介五里河大厦是一栋集商业、娱乐会所、高档酒店式公寓为一体的综合性建筑，地处沈阳市青年大街的南端西侧隔青年大街与五里河体育场相望该工程总建筑面积约75000m2，建筑形式为裙房连体双塔楼，由地下二层汽车库、地上四层商用裙房和A、B座二十二层(由裙房顶算起)的塔楼组成，建筑檐口高度为90．7m．建筑剖面见图(一)畦 l I|嘟i 陆 Iu l 糍 ‘捌 J，II{ 1 -● lI il日 口 ⅢI -1日 Ⅲ 日● il口 口 口● i1日 _ 日● il_ _ 口I -l_ 口 日I ●I_ 日 日lI_ 日 日gIⅢ 日 口●I口 日 日Dl口 口 日J ●I_ 口 日i -1日 _ 日{ -l口 口 日I ¨ 日 日I Ⅷ 日 口l gI口 Ⅲ 日l 91日 口 日I ●1日 口 口l -l目 Ⅲ |elm 日 | 习1} ] } |i l 1 I II j I ． ] Ⅵ ■iT“_|| r—匪一 - r {1 』| 曲 I审 蒯 蓝 }—匪 一|I： ， 督1 d i J{ ∞ 删 止盔 ——— 一叶 ] ■i廿 上r。

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2、转换层采用传力比较直接的梁式转换转换梁将裙房顶板与设备层顶板连成一体形成箱形转换，减小裙房与塔楼间竖向刚度和抗力突变对转换层的不利影响【lI3、塔楼转角窗下的框支柱截面加长做成“L”形或“一”字形，使上部转角窗边有300～400ram长的剪力墙能落在框支柱截面范围内，避免转换粱端纯剪传递竖向荷载，减小框支柱轴力的偏心影响4、为满足建筑功能要求，本工程虽然超长但未设永久缝这样，本工程就形成了比较典型的有转换层的双塔楼复杂高层结构i2J5、塔楼的大开间楼板采用厚度为160～200mm的后张无粘结部分预应力楼板，加强了楼板的整体性和平面外刚度三、上部结构的设计计算本工程设计过程中，正值新旧规范交替之际本工程的设计完全依据2002版新规范进行l、设计参数本工程设计使用年限为50年，安全等级为二级，抗震设防类别为丙类，设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0 log，设计地震分组为第一组本工程位于II类建筑场地，设计场地特征周期为0．35s上部结构的嵌固部位选在±O．000，依据规范规定【2】【”，本工程地下二层的框架及剪力墙按三级抗震等级设计，主楼的框支层框架按特一级抗震等级设计，主楼外围裙房的框架按一级抗震等级设计，主楼的剪力墙从地下一层至转换层上两层按一级抗震等级设计，为剪力墙底部加强部位。

非加强部位的剪力墙按二级抗震等级设计2、主要构件的截面确定框支柱的截面根据轴压比限值及构造要求确定，然后根据内力计算调整方柱最大截面为1100×1100，角部矩形柱最大截面为2400X 800转换粱的截面宽度均取600，高度贯穿2．2m高的设备层，其截面及配筋设计，依据SATWE程序空间分析结果并按规范调整后的内力包络图，经手工核算确定，并加强构造措施设计中严格控制转换梁的剪压比V／f在O 06～o．12之间为满足转换层上下结构侧向刚度比的要求，转换层以下的剪力墙加厚，经计算最大厚度达600mm3、对扭转不规则的调整扭转对结构的动力特性影响很大，89规范主要强调通过概念设计来减小结构的扭转影响271新规范对控制结构的扭转不规则提出了具体要求：扭转不规则时应计算扭转效应的影响，且竖向构件最大弹性水平位移和层问位移，分别不宜大于楼层两端弹性水平位移和层间位移平均值的1．5倍【3】；扭转为主的第一周期L与平动为主的第一周期Tl的比值不超过0．9(A级高度)吼在平面复杂的工程设计中，要满足上述两项内容有一定的难度，需要设计人清楚地知道抗侧力构件布置在什么位置作用最大，相同的材料用量如何能获得最大的抗扭刚度，即要合理布置结构平面。

本工程上部塔楼平面不对称，且开了很多角窗，有多处凹进，结构的整体性较差，削弱了结构的抗扭转能力，扭转不规则针对这种情况，笔者在结构布置时重点考虑了两项内容：一是尽量调整结构的刚度中心与质心重合，这是结构布置的基本要求：二是加大距质心较远的剪力墙即外墙的厚度，同时减小质心附近剪力墙的厚度，目的是在结构侧向刚度不变或变化不大的情况下加大结构的抗扭转刚度最后塔楼的外墙调整为300ram厚，内墙200ram厚，计算结果竖向构件最大层间位移与楼层两端层间位移平均值的比值最大为1．28，满足规范要求4、转换层上下结构等效侧向刚度比的计算新《高规》规定，对转换层位置高于一层以上的情况，其上下结构的等效侧向刚度比y按附录E中E．0．2条的方法计算．本工程设计时，SA=11ⅣE程序尚不能自动计算y笔者在设计中采用如下近似算法，供参考计算模型见图(四)下部 上部}蝌(四)转换层上下等效侧向刚度计算模型上 部 下 部层 Rx △x 凡 Ay 层 Rx △x 码 Ay号 (1(N，m) (m／I【N) (kN加、 (m／kN) 号 (kN／m) (m／l(N) (kN／m) (Ⅲ／I(N)1．005× O．948× 0．997× 1．003×l108 10—8 108 lO一821 168× 0．856× 1．098× O．911×5～ 2．287× 0 437× 2．238× 0．447× 108 lO一8 108 10一811 108 lO一8 108 lO一8 1．170>( 0．854)< 1．118× 0．894×3108 lO一8 108 lO一80 8185 l 222× 0．7966 l 255×410—81×108 10—8×108以B座塔楼为例，计算模型取单塔楼，按刚性楼板假定，剐度计算选取剪弯刚度。

本计算方法基于两个基本概念：构件顶端在单位水平力作用下产生的侧移△，称为该构件的侧移272R露翥柔度(在刚性楼板假定下，即单位水平力作用下的层间水平位移)；使构件顶端产生单位侧移而需要施加的水平力R称为该构件的侧移刚度，二者互为倒数，即R=l，△从sATwE输出文件中可查出各层的侧向刚度R，即可求出相应的侧移柔度△，见上表图(四)所示的顶部单位力作用下的位移△为各层层间位移之和，也就是各层侧移柔度之和将表中△值代入《高规》E．0．2式，可求出等效侧移刚度比y7f△1db／△cHl=(0．948+0．856+O．854+1．222)×101×2I／(7×0．437×101×21．64)=1．23y矿△m／△“HI=(1．003+0．911+0．894+1．255)X101X21／(7×0．447X10～X21．64)=1．26二者均小于1．3，满足规范要求新版SATWE程序补充了该项计算功能本工程施工图完成后用新版程序重新校核，发现将地下室与上部结构整体输入的计算模型中，转换层上下结构的等效侧向刚度比7o．854，，yO．916，显示转换层下部刚度大于上部刚度；而不输入地下室的计算模型中7。

1．069，，y1．091，表明转换层上下结构的等效侧向刚度基本相同相同的结构为何出现不同的计算结果，转换层下部结构是否做得过强究其原因笔者发现，在有地下室的计算模型中，虽将上部结构的嵌固部位设在±0．000，但程序在计算V时仍将地下室作为图(四)中下部结构的一部分，相应地也增加了上部结构的高度H2规范中转换层上下结构的等效侧向刚度是一个综合刚度，在此范围内的每一层都有贡献由于地下室的刚度较地上楼层的刚度大得多，大大增加了转换层下部结构的等效侧向刚度，而转换层上部结构增加的仅是标准层，对转换层上部结构的等效侧向刚度影响不大，因此出现了本工程有地下室的计算模型中转换层下部结构的等效侧向刚度大于上部结构的计算结果由于邻近转换层的下部楼层的刚度没有增加，程序如此处理人为增加了转换层下部结构的等效侧向刚度，不能如实反映实际的刚度变化，容易形成不安全的结果，笔者以为不妥6、程序分析结果本工程采用中国建研院编制的空间分析软件SATWE和TAT分别进行了分析，主要分析结果比较接近，见下表SA：r、ⅣE TAT作用 计算结果x向 Y向 X向 Y向T，=1．8325 Tl=1．7542地 自振周期(s) Tt=1．1579 "it=O．7423震 基底地震剪力(kN) 28746 24639 28384 25159作 剪重比Qo／W 2．47％ 2．11％ 2．46％ 2．18％用 顶点位移 H／4627 H／3384 H，4597 H厅593最大层间位移 h，2972 l以494 h／234l h／1967风力 总风力(心j) 6733．7 9724 4 6827．6 10437．5顶点位移H，13338 H／5399 H，907l H／4579作用最大层间位移 m520 h／4044 M261 l以128273圃螺塔瞎}筐糊14=1一匝据场地特征周期Tg=0 35s选取了兰州人工波LAN4-2、LAN6．2及Taft波三条地震波，经比较，三条地震波作用下的内力及变形各不相同，但均接近CQC法的结果，且符合抗震规范的要求。

四、基础设计本工程设二层地下室，底板顶标高．8．5m，该标高范围的土层是圆砾，地基承载力特征值为600kPa据上部结构特点，本工程主楼采用平板式筏板基础，厚度为1．8m裙房采用柱下独立基础加防水板的做法，与采用片筏基础相比，这种做法可充分利用较高的地基承载力，使基底反力集中在柱底周围，大大降低了柱下基础板的冲切设计荷载，减小了基础的抗冲切厚度同时，这种做法可调整独立基础的基底反力，使之接近或略大于主楼筏板下的反力，减小高低层之间的沉降差本工程的独立基础厚度为1．0．1．2m，独立基础间的防水板厚400mm，其下加铺100mm厚的苯板垫层，减小其承受的基底反力，主要由水浮力控制其内力及配筋，按倒置的无梁楼盖设计基础布置见图(五)五、主要构造措施依据规范规定，本工程在设计中主要采取了以下构造措施：l、本工程大底盘裙房的纵向长度为110m，大大超过规范的容许长度由于建筑的使用要求，设计中没有设永久变形缝，而采取了一些构造措施，除了预留后浇带(位置见基础平面)部分消除高低层沉降差和施工期间的温度应力外，两塔楼之间的楼板负筋沿纵向通长设置，纵向框架梁的通长筋及腰筋适当加强，以此来抵抗后期温度应力，缓解混凝。