某空中连体塔楼结构设计

第 32卷第 5期 2010年 l0月 工 程 抗 震 与 加 固 改 造 Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting Vo1．32，No．5 Oct．2Ol0 [文章编号] 1002—8412(2010)05-0112-04 某空中连体塔楼结构 钱少华 (温州市城市设计研究院，浙江温州325027) [摘 要】 对某工程空中连体结构方案的选择、空中连体结构对整体结构地震反应的影响、支座节点的构造以及施工方 案进行了论述。采用整体与局部相结合的计算分析，结果表明：在地震作用下振型曲线在空中连体结构层处平滑过渡，该处 地震反应不明显。故在较低的高层建筑中，空中连体结构采用刚性连接具有整体性好 、方便施工、节约工程费用等优点，是行 之有效的，可为同类工程项目提供有意义的参考。 [关键词] 空中连体结构；刚性连接；结构选型；框筒结构；钢桁架；振型 [中图分类号] TU973 ．31 [文献标识码] A Altitude One-piece Building Structure Design Qian Shao—hua (Wenzhou Urban Planning＆ Design Research Institute，Wenzhou 325027，China) Abstract：In this paper，the choice of Ahitude One-piece structure programs，the effects of Altitude One—piece structure on the seismic response of the whole structure and the structural measures as well as construction plans of the supposing joint are presented． By a combination of overall and local computation，the result shows that seismic response will not be obvious under the circumstance that the vibration cuFve goes smoothly through the structural layer of the Altitude One·piece structure due tO seismic action．Therefore ， in lower high—rise buildings，the rigid—join Altitude One—piece structure which has advantages such as great wholeness，construction convenience and low project cost，is quite feasible and can provide reference for similar projects． Keywords：Altitude One·piece structure；rigid—join；structure type selection；frame—tube structure；steel truss；vibration mode E．m ail：hua6622@ 126．corn 1 工程概况 该工程位于乐清市鸣阳路与梅溪路交叉处 ，总 建筑面积地上 103000m ，地下 15000 m ，地下室 1 层为车库，地上 9层 ～16层 (含 2层裙楼)，高度 36m～50m。小区被鸣阳路分隔成两块，共由 l5幢 单体组成，部分建筑有两层裙房。本文所指 的是 6 #、7#楼 ，地上 11层(无裙房)，地下车库为整体地下 室，共由7幢单体建筑相连。该两幢楼位于小区的 景观中轴线上，为了城市建筑景观的需求 ，建筑师考 虑其作为小区人 口的景观对景 ，在第 9层和第 10层 处连体 ，为了给住户提供更多的室外活动空间，两塔 楼在连体的第 11层处作为空中花园使用，两塔楼之 间的净距离为 15m。该工程主体结构平面图、剖面 图如图 1、图 2所示 。 [收稿日期] 2010-03-08 该工程建筑物抗震设防烈度为 6度，设计基本地 震加速度为0．05g，设计地震分组为第一：组。建筑场地 类别为Ⅳ类，基本风压值为0．60kN／m ，风载体型系数 取 1．4，地面粗糙度类别为 B类。根据以上基本设计资 料，设计时考虑到各种因素，对建筑结构的布置和选型 进行了比较，最终确定的结构详细信息见表 1。 表 1 建筑结构布置和选型 Table 1 Layout and type selection of building structures 地下 ：1层 地下 ：5m 层数 高度 地上 ：11层 地上 ：33．6m 出屋面高度 4 ． 5m，一层 裙房高度 无 和层数 和层数 结构高宽 比 2．15 转换层位置 无 平面：规则 整体现 规则情况 楼盖整体性 竖向：不规则 浇楼面 框架：3级 结构类型 框筒结构 抗震等级 简体：3级 第 32卷第 5期 钱少华 ：某 空中连体塔楼结构设计 1 1 l ● _ 0 ： llI ． 1 l 1． ．I l 1． ． 1． _lI ．1． 4．一 ．__』 lL ．．__』 图 1 标准层结构平面图 Fig．1 Typical floor structure plan I ， —、 - l l I ll II - 1 l _ 1 _ - I I l- Ⅱ m m 工 工 。 叮 卫 rr I 。 工 [【= 广n 墨● lt．．1l ■LJ■■■- -_ II_ Ⅱ 工 ‘ 工 工 工 田 田 田 田 I 工 工 叮 ’，i一 Ⅱ ! 昌 ! 工 工 田 田 田 田 工 昌 士 工 !一 ．I荟蕾 i 。-r Ⅱ ! 昌 !I! 工 工 一 — I 工 ! 臣 ! 一 ． 一 ! 工 ! ! 工 工 !_ ． 一 ． ■ Ⅱ ! 工 工 ! 卫 Ⅱ ! 工 工 !。 ． 一 ． - ．蚤一 Ⅱ ! 工 工 !。 卫 ! 工 工 !。 一 ． 詈 Ⅱ ! 工 工 !。 卫 Ⅱ ! 工 工 ! ．=}- Ⅱ ! 工 工 ’ !。 卫 Ⅱ ! 工 工 ! ． 矗 di Ⅱ ! =I= 工 ! 卫 Ⅱ ! ■ 工 ! ，■I ．= 一 一 ■ ■一 -，‘一 ■ 一 ■ 一- ■ _ ． _ I I I I I ll ll ‘ 土 ． I ll lI⋯ II a - f p I ’ _ I 上 I _ l - 图 2 建筑立面图 Fig．2 Building elevation 2 空中连体结构方案比选 该工程设计时作为空中连体部分可供选择的结 构方案有：①直接在两座塔楼之间设置钢梁或钢桁 架，将支座处设为铰接或滑动连接；②在两座塔楼之 间设置刚性连接的现浇(或现浇预应力 )钢筋混凝 土梁；③分别从两座塔楼中悬挑钢桁架，中部断开成 为两个相互独立的结构单元。 在 1995年的日本阪神地震中，其架空连廊的震 害情况表明：跨度大、位置高的连廊容易发生严重破 坏；架空连廊偏心设置在建筑物端部时对抗震不利； 根部刚接的连廊在地震中塌落的 比较少 ，但一旦破 坏塌落则主体结构破坏较严重；根部滑动连接的连 廊在地震中容易塌落，但滑动连接的连廊破坏塌落 对主体结构影响小。 工 程 抗 震 与 加 固 改 造 2010年 1O月 本工程的连接体所在的楼层较高(9、10、11层)、 跨度较大(15m)。如果采用直接相连的桁架对抗震 极为不利，日本阪神地震铰接架空连廊破坏严重 ，因 为两侧主体塔楼在地震 中的位移并不同步。而从两 座塔楼中悬挑钢桁架的结构方式，尽管可以使得结构 成为两个相互独立的单元，但从建立的计算模型分析 的振型图可以看出，由于连体结构的荷载比较大 ，且 该部分楼层质量中心与刚度中心存在比较大的偏心， 在地震作用下的振型曲线在这几层处出现拐点，说明 该处地震反应强烈，且存在较明显 的扭转效应，故排 除了从两座塔楼各 自悬挑钢桁架的结构方案。 根据《高层 建筑混 凝土结 构技 术规 程》JGJ3． 2002第 10．1．4条的规定，为了避免在本工程中出 现超过两种复杂结构类型 ，在选择空中连体结构体 系时，根据上述分析结果，本工程采用了在两座塔楼 之间设置刚性连接结构的方案(见图 3)。 ：0 0： ． 8 ll I． ．1 0 8． ： 4 ．11． ：6 ．1l_ 《： l【一 ．．__』 ll一 -_』 图3 空中连体层结构平面 Fig．3 Altitude One-piece structure plan 3 结构整体分析 由于该空 中连体结构跨度达到 15m，9层和 10 层作为住宅使用，11层作为空中绿化和人们休闲活 动的场所使用，其荷载较大(恒荷载：10kN／m ；活荷 载：3．5kN／m )。本工程整体结构计算采用 SATWE 空间计算程序，空中连体以整体结构型式输入。从 图 4的地震反应力 图可以看 出，由于空中连体结构 的荷载比较大，该处地震反应力存在突变现象。 (a)X方向最大楼层反应力曲线 (b)y方向最大棱层反应力曲线 f最大反应力=336 4kN) (最大反应力-358．8kN) 图 4 楼层最大反应力曲线 Fig．4 Floor m aximum reaction force curves 由于空中连体结构属于竖向不规则结构，故在两 侧塔楼的设计中针对塔楼的结构进行了优化，以考虑 第 32卷第 5期 钱少华：某空中连体塔楼结构设计 上部结构的连体情况。两座塔楼建筑平面设计上相 同，并形成结构布置合理的建筑平面，平面呈矩形状 ， 塔楼结构将电梯井道置于平面的中心形成内筒 ，然后 利用电梯井道周 围的走廊墙、卫生问墙等形成外筒 ， 建筑四周外墙布置框架柱 ，塔楼结构实际上形成了框 筒结构。空中连体结构所在层结构平面形成两边均 有简体的对称结构 ，分别在第 9、10、11层结构平面相 互连接 ，连接体刚度较强，刚度中心与质量中心较吻 合，所以具有良好的结构整体性和抗震性能。 ＼ I 由于在结构概念设计上 的合理性 ，经整体结构 分析计算，该结构在地震作用下的振型曲线(图5)， 在空中连体结构部位平滑过渡，没有出现拐点现象， 说明该处地震反应不 明显，且无 明显 的扭转效应存 在，只是在出屋面的梯间等小结构方面由于结构的 刚度存在突变 ，在振型曲线上存在拐点 ，这是鞭梢效 应所致。因此 ，整体结构合理可行 ，采用非预应力现 浇砼结构施工方便简单 ，受到业主和施工单位 的欢 迎和好评。该工程建成使用已5年，效果良好。 I l ； { (a)x方向投影振型 (b)Y方向投影振型 图 5 振型 曲线 Fig．5 Vibration mode curves 4 构造措施 空 中连体结构设计 中主要采取 了以下构造措 施 ： (1)空中连体结构的楼板与相连的塔楼楼板整 体浇注 ，板厚加大 ，且采用双层双向配筋加强 ； (2)作为空中连体结构支撑构件的框架柱其等 级 由4级提高到 3级 ，箍筋沿柱全高加密，适 当提高 柱子的配筋率，以增强抗震性能； (3)加强与空中连体结构层相邻 的上下层的竖 向构件，提高其承载能力及延性 ，并对相应节点进行 加强 ； (4)通过适当增加梁截面的高度，并在梁支座 处加腋，减少了梁跨中的挠度值，以满足人员活动的 一 _ 一 ●一 一 _ 一 _ 一 - 一 _ 一 - 一 _ 一 _ 一 ■ U 一 ■_U 一 ■ U 一 _ 一 - ● 一 Ill 舒适感 ； (5)下层 窗顶至上层窗 台高度 范围内设立梁 ， 使其既不影响正常使用 ，又能适应竖向荷载 、风荷载 及地震作用的变形 。 5 小结 (1)由于空中连体结构的设置，其质量较大，在 结构整体计算分析时要注意分析其协调性 ，在地震 作用下将产生较大 的变形集 中现象，应采取相应的 加强措施 ； (2)架空连廊通常连接的是两幢具有不同振动特 性的建筑物，选用连廊的结构形式和连接节点方式时， 应根据其跨度、高度位置不同采用有利于抗震的方案； (下转第 120页) =I|_|lI|I==- 三 兰三亳 · 120· 工 程 抗 震 与 加 固 改 造 2010年 1O月 参考文献 (References)： [1] GB50010-2002，混凝土结构设计规范[S] GB50010-2002，Concrete Structure Design Code[s] (in Chinese) [2] 建筑结构基础隔震技术的研究和应用[J]．震灾防御 技术 ，2006，l(1)：3l一38 Research and Application of Building Structure Base Isolation Technology，2006，1(1)：31～38(in Chinese) [3] 李建海 ，贾益纲．浅谈超长混凝土结构温度应力[J]． 江西科学，2007，25(4)：402—405 Li Jian—hai，Jia Yi—gang．Study on Temperature Stress of Overlong Concrete Structure [J]．Jiangxi Science， 2007，25(4)：402～405(in Chinese) [4] 赵海东，赵鸣，沈水明．超长钢筋混凝士结构的温度 响应[J]．四川建筑科学研究，2000，26(4)：7—1O Zhao Dong—hai， Zhao Min， Shen Shui—ruing． The Temperature Response of over Long Reinforced Concrete Structure[J]．Sichuan Building Science，2000，26 (4)：7～lO(in Chinese) [5] 某实际超长结构温度应力分析[J]．河南广播电视大 学学报 ，2003，16(4)176—78 [6] [7] [8] Analysis of Temperature Stress in the Super-length Reinforced Concrete Structure[J]．Journal of Henan Radio& TV University，2003，16(4)：76 —78(in Chinese) 王铁梦．工程结构裂缝控制[M]．北京：中国建筑工 业 出版社 ．2001 W ang Tie—meng． Control of Cracking in Engineering Structure[M]．Beijing：China Architecture＆Building Press，2001(in Chinese) 吴波．超长框架结构温度应力分析[J]．铁道标准设 计 ，1996，(2)：31～34 W u Bo． Analysis for thermal stress of overlongthed frame structure[J]．Railway Standard Design，1996， (2)：31～34(in Chinese) 史纪军，冯俊强，张伟欣，艾磊．郑州大学新校区中心 图书馆温度作用分析[J]．福建建材，2006，(2)：33— 34 Shi Ji-jun，Feng Jun—qiang，Zhang Wei—xin，Ai Lei． Analysis about temperature function of Centre Library in new campus of Zhengzhou University[J]．FJJC ＆ Virtual，2006，(2)：33～34(in Chinese) [作者简介] 王琦明(1983一)，男，硕士研究生，主要从事工程技术咨询工作 (上接第 115页) (3)在结构设计中，可以采用整体与局部相结 [2] 合的计算分析方法，以提高工作效率； (4)对于薄弱环节，应采取构造加强措施，提高 局部构架与主体结构的整体性。 参考文献(References}： [1] GB 50011—2001，建筑抗震设计规范[s] GB 50011—2001，Code for seismic design of buidings[S] [3]· (in Chinese) 陈富生，邱国桦，范重．高层建筑钢结构设计[M]．北 京：中国建筑工业出版社，2000，4 Chen Fu—sheng，Qiu Guo·hua， Fan Zhong． Steel structures of tall building[M]．Beijing： China Architecture＆ Building Press，2000，4(in Chinese) 阪神淡路大震灾调查报告[R]．日本建筑学会，1997 Great earthquake disaster investigation report in Osaka， Kobe，Awaji[R]．Architectural Institute of Japan，1997 [作者简介】 钱少华(1963～)，男，温州市城市规划设计研究院总工，一级注册结构工程师，一级注册建筑师