沈阳华府新天地地下室长度超限审查报告1130.docx
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沈阳华府新天地地下室长度超限审查报告1130
沈阳华府新天地
地下室结构平面长度超长分析
审查报告
计算:
校对:
审核:
审定:
建学建筑与工程设计所有限公司
2011年11月30日
目录
1.工程概况1
2.地下室结构概况2
3.结构温度应力分析2
3.1温度荷载取值3
3.2楼板设计分析3
3.3墙体设计分析8
3.4梁柱设计分析11
4.分析结论及解决结构超长问题的措施15
4.1楼板分析结论及应对措施16
4.2墙体分析结论及应对措施16
4.3梁、柱分析结论及应对措施16
4.4其他措施17
附录一:
温度荷载下楼板主应力云图18
1.工程概况
沈阳华府新天地项目位于沈阳市沈河区惠工广场西侧,南临哈尔滨路,北临团结路,西侧为华府天地一期工程(已建完),本项目的裙房产品定位以突出游艺、娱乐、休闲特色的商业街店为主的可销售产品,塔楼定位为商务公寓、小户居住公寓为主,酒店式服务公寓为辅的住宅产品。
整个项目分为南部组团和北部组团两部分。
该项目由沈阳华锐世纪投资发展有限公司开发建设,本次设计内容主要为北部组团,其中含有三层地下室,裙房地上四层,共有六栋塔楼,分别为A1、A2、A3、B1、B2、B3。
上部结构由防震缝分为若干个单体,平面最大尺寸约为80m,由于地上部分为商业建筑,平面尺寸超长不多,对于长向的楼板配筋采取增加0.1%的配筋率,且双向双层拉通予以加强;同时对地上个别超长较多的单体,增设后浇带。
详见地上部分相关图纸。
项目总图如下所示:
图1项目总图
2.地下室结构概况
地下室采用框架结构形式,共三层,在塔楼及裙房范围之外的地下室部分为纯地下室。
地下室长度东西方向最长约230米,南北方向最长约130米。
因建筑使用要求,在地下室范围内不设置永久结构缝。
根据辽宁省地方标准《地下混凝土结构防裂技术规程》及沈阳市建设标准《超长地下室混凝土结构防裂技术规定》(SYJG2007-1),在满足国家相应规范标准前提下,配合上述规定要求进行地下室结构平面超长分析。
地下室地下一层顶板平面图如下所示:
图2地下室地下一层顶板平面图
3.结构温度应力分析
由于建筑使用功能要求不能在地下室范围内设置永久结构缝,因此结构在南北两个方向均超过规范限值,根据相应规范要求需进行温度应力分析,考虑沈阳地区为寒冷地区,季节温差较大,结合当地气象资料和设计经验,按照地下二、三层升降温10℃,地下一层升降温20℃进行温度应力计算。
计算程序采用中国建筑科学研究院研发的PKPM2010版结构系列分析软件中SATWE和PMSAP进行温度应力分析。
下面从计算参数的选取、楼板、剪力墙、梁、柱的温度应力分析分别加以阐述。
3.1温度荷载取值
温度荷载取:
地下二、三层升降温10℃、地下一层升降温20℃温度。
温度荷载折减系数取0.3,温度荷载综合组合系数取0.84(分项系数1.4,组合系数取0.6。
分项系数及组合系数取值参考《建筑结构荷载规范》GB50009-201x征求意见稿及《全国民用建筑工程设计技术措施》2009-结构体系),因为是地下室结构,结构计算不考虑与风荷载及地震作用的组合。
3.2楼板设计分析
1)升温工况下:
核心筒及外围墙体的存在,限制了内部楼板混凝土的膨胀变形,使得大部分楼板混凝土受压。
详见附录一:
温度荷载下楼板主应力云图。
a)地下三层(B3层)顶板
拉力区所需配置的温度应力筋如下:
ⅰ、楼面四角部位:
平均拉应力水平取3.0MPa,乘以0.3折减系数和综合组合系数0.84,配筋用应力为0.756MPa,所需温度应力筋折合到板面为:
0.756x150x1000/360/2=158mm2/m。
板配筋率增加0.11%。
ⅱ、内部核心筒(筒1~筒5)剪力墙及零星分布的单片剪力墙两侧楼板:
拉应力水平取1.5Mpa,乘以0.3折减系数和综合组合系数0.84,配筋用应力为0.378MPa,所需温度应力筋折合到板面为:
0.378x150x1000/360/2=79mm2/m。
板配筋率增加0.05%。
ⅲ、核心筒6位置部分区域楼板:
拉应力平均值取6.2Mpa,乘以0.3折减系数和综合组合系数0.84,配筋用应力为1.562MPa,所需温度应力筋折合到板面为:
1.562x150x1000/360/2=323mm2/m。
板配筋率增加0.217%。
升温工况下,B3层顶板温度应力分布如下图所示:
图3升温下B3层顶板温度应力图
b)地下二层(B2层)顶板
拉力区所需配置的温度应力筋如下:
ⅰ、楼面四角部位:
平均拉应力水平取5.0MPa,乘以0.3折减系数和综合组合系数0.84,配筋用应力为1.26MPa,所需温度应力筋折合到板面为:
1.26x150x1000/360/2=263mm2/m。
板配筋率增加0.18%。
ⅱ、内部核心筒剪力墙及零星分布的单片剪力墙两侧楼板:
拉应力水平取6.0Mpa,乘以0.3折减系数和综合组合系数0.84,配筋用应力为1.512MPa,所需温度应力筋折合到板面为:
1.512x150x1000/360/2=315mm2/m。
板配筋率增加0.21%。
ⅲ、核心筒角部位置部分区域楼板(见下图圆圈所示):
拉应力平均值取9.8Mpa,乘以0.3折减系数和综合组合系数0.84,配筋用应力为2.470MPa,所需温度应力筋折合到板面为:
2.470x150x1000/360/2=515mm2/m。
板配筋率增加0.343%。
升温工况下,B2层顶板温度应力分布如下图所示:
图4升温下B2层顶板温度应力图
c)地下一层(B1层)顶板
拉力区所需配置的温度应力筋如下:
ⅰ、楼面四角部位:
平均拉应力水平取10.0MPa,乘以0.3折减系数和综合组合系数0.84,配筋用应力为2.52MPa,所需温度应力筋折合到板面为:
2.52x180x1000/360/2=630mm2/m。
板配筋率增加0.35%。
ⅱ、内部核心筒剪力墙及零星分布的单片剪力墙两侧楼板:
拉应力水平取8.0Mpa,乘以0.3折减系数和综合组合系数0.84,配筋用应力为2.02MPa,所需温度应力筋折合到板面为:
2.02x180x1000/360/2=504mm2/m。
板配筋率增加0.28%。
ⅲ、核心筒角部位置部分区域楼板:
拉应力水平均值取11.0Mpa,乘以0.3折减系数和综合组合系数0.84,配筋用应力为2.772MPa,所需温度应力筋折合到板面为:
2.772x180x1000/360/2=693mm2/m。
板配筋率增加0.385%。
升温工况下,B1层顶板温度应力分布如下图所示:
图5升温下B1层顶板温度应力图
2)降温工况下:
核心筒及外围墙体的存在,限制了内部楼板混凝土的收缩变形,使得大部分楼板混凝土受拉。
详见附录一:
温度荷载下楼板主应力云图。
a)地下三层(B3层)顶板
根据温度应力分析结果,楼板配筋的相应增量分别如下:
该层楼板温度应力分析的结果平均拉应力水平约为3.0MPa,乘以0.3折减系数和综合组合系数0.84,配筋用应力为0.756MPa,所需温度应力筋折合到板面为:
0.756x150x1000/360/2=158mm2/m。
板配筋率增加0.11%。
楼板最大拉应力出现在核心筒的角部,拉应力平均值约为5.8MPa,乘以0.3折减系数和综合组合系数0.84,配筋用应力为1.462MPa,所需温度应力筋折合到板面为:
1.462x150x1000/360/2=305mm2/m。
板配筋率增加0.203%。
降温工况下,B3层顶板温度应力分布如下图所示:
图6降温下B3层顶板温度应力图(圆圈内为应力较大的部位)
b)地下二层(B2层)顶板
该层楼板温度应力分析的结果平均拉应力水平约为2.4MPa,乘以0.3折减系数和综合组合系数0.84,配筋用应力为0.605MPa,所需温度应力筋折合到板面为:
0.605x150x1000/360/2=126mm2/m。
板配筋率增加0.08%。
楼板最大拉应力出现在核心筒的角部,拉应力平均值约为6.2MPa,乘以0.3折减系数和综合组合系数0.84,配筋用应力为1.562MPa,所需温度应力筋折合到板面为:
1.562x150x1000/360/2=323mm2/m。
板配筋率增加0.217%。
降温工况下,B2层顶板温度应力分布如下图所示:
图7降温下B2层顶板温度应力图(圆圈内为应力较大的部位)
c)地下一层(B1层)顶板
该层楼板温度应力分析的结果平均拉应力水平约为4.0MPa,乘以0.3折减系数和综合组合系数0.84,配筋用应力为1.01MPa,所需温度应力筋折合到板面为:
1.01x180x1000/360/2=253mm2/m。
板配筋率增加0.14%。
楼板最大拉应力出现在核心筒的角部,拉应力水平约为9.2MPa,乘以0.3折减系数和综合组合系数0.84,配筋用应力为2.318MPa,所需温度应力筋折合到板面为:
2.318x180x1000/360/2=580mm2/m。
板配筋率增加0.322%。
降温工况下,B1层顶板温度应力分布如下图所示:
图8降温下B1层顶板温度应力图(圆圈内为应力较大的部位)
楼板各区域温度应力引起的配筋增量取升、降温工况下配筋增量的包络值。
3.3墙体设计分析
内部核心筒墙体厚度较大,因升降温荷载作用影响引起的墙体配筋率变化较小,可在墙体施工图设计时按统一比例进行适当加大以考虑温度荷载的影响。
外围地下室侧墙在升降温作用下局部区域受力变化较明显,计算分析结果如下。
墙体温度应力分析中,偏保守地忽略地下室外侧填土对地下室侧墙的刚度贡献。
(注:
以下端部墙段指的是端部一跨范围内墙体、中部墙段指的是去掉两端各一跨范围的墙体)
1)升温工况下:
a)地下三层(B3层)
墙体剪力:
在各端部墙段(四个角部位置)较大,约为0.30~0.40Mpa,在各中部墙段较小,约为0.03~0.08Mpa,相应墙体需增加的水平筋数量约为:
各端部墙体为0.4x700x4700x0.3/360/(4700/1000)=233.4mm2/m,墙体水平筋配筋率增加0.033%;各中部墙体为0.08x700x4700x0.3/360/(4700/1000)=46.7mm2/m,墙体水平筋配筋率增加0.007%。
墙体轴力:
升温工况下,各墙段在端部(四个角部位置)受拉,拉应力大小约为0.1~0.2Mpa,各墙段在中部位置受压,压应力约为0.05~0.1Mpa。
又因上部B2及B1层墙体传来压应力约为26x(5.1+6.5)/1000=0.302Mpa>0.2Mpa,故不需要增加墙体竖向钢筋。
地下三层(B3层)在升温工况下典型区域内力图如下:
图9升温工况下B3层典型区域内力图
b)地下二层(B2层)
墙体剪力:
在各墙段端部(四个角部位置)较大,约为0.50~0.80Mpa,在各墙段中部较小,约为0.05~0.10Mpa,相应墙体需增加的水平筋数量约为:
各墙体端部为0.8x500x5100x0.3/360/(5100/1000)=333.4mm2/m,墙体水平筋配筋率增加0.067%;各墙体中部为0.10x500x5100x0.3/360/(5100/1000)=41.6mm2/m,墙体水平筋配筋率增加0.008%。
墙体轴力:
升温工况下,各墙段在端部(四个角部位置)受拉,拉应力大小约为0.08~0.21Mpa,各墙段在中部位置受压,压应力约为0.05~0.13Mpa。
上部B1层墙体传来压应力约为26x6.5/1000=0.17Mpa<0.21Mpa,故需要增加墙体竖向钢筋用量为(0.21-0.17)x500x4500x0.3/360/(4500/1000)=16.6mm2/m,墙体竖向筋配筋率增加0.003%。
地下二层(B2层)在升温工况下典型区域内力图如下:
图10升温工况下B2层典型区域内力图
c)地下一层(B1层)
墙体剪力:
在各墙段端部(四个角部位置)较大,约为0.85~1.40Mpa,在各墙段中部较小,约为0.10~0.20Mpa,相应墙体需增加的水平筋数量约为:
各墙体端部为1.4x350x6500x0.3/360/(6500/1000)=408.4mm2/m,墙体水平筋配筋率增加0.117%;各墙体中部为0.20x350x6500x0.3/360/(6500/1000)=58.4mm2/m,墙体水平筋配筋率增加0.016%。
墙体轴力:
升温工况下,各墙段在端部(四个角部位置)受拉,拉应力大小约为0.24~0.41Mpa,各墙段在中部位置受压,压应力约为0.13~0.38Mpa。
不考虑地下室顶板上覆土压力有利影响,需要增加墙体竖向钢筋用量为0.41x350x4500x0.3/360/(4500/1000)=119.6mm2/m,墙体竖向筋配筋率增加0.034%。
地下一层(B1层)在升温工况下典型区域内力图如下:
图11升温工况下B1层典型区域内力图
2)降温工况下:
降温工况下结构各构件的内力与上述升温工况下的内力分布等值反号。
各层墙体水平筋增量同升温工况,各层中部墙体竖向筋增量分别为:
B3及B2层不需增加、B1层增加0.38x350x4500x0.3/360/(4500/1000)=110.9mm2/m,墙体竖向筋配筋率增加0.032%。
3.4梁柱设计分析
PMSAP程序对于梁柱配筋考虑温度荷载引起的轴向拉伸、弯矩和剪力进行配筋。
设计根据PMSAP考虑温度荷载的梁柱配筋与SATWE配筋取包络进行设计。
选取某根典型梁为分析对象,其在温度荷载作用下内力图如下:
图12B3层温度荷载引起的典型梁内力
图13B2层温度荷载引起的典型梁内力
图14B1层温度荷载引起的典型梁内力
选取某根典型柱为分析对象,其在温度荷载作用下内力图如下:
图15B3层温度荷载引起的典型柱内力
图16B2层温度荷载引起的典型柱内力
图17B1层温度荷载引起的典型柱内力
各楼层典型梁柱配筋局部图如下所示:
图18B3层不考虑温度荷载的梁柱配筋局部
图19B3层考虑温度荷载的梁柱配筋局部
图20B2层不考虑温度荷载的梁柱配筋局部
图21B2层考虑温度荷载的梁柱配筋局部
图22B1层不考虑温度荷载的梁柱配筋局部
图23B1层考虑温度荷载的梁柱配筋局部
由上述PMSAP及SATWE计算结果可知,考虑温度荷载作用后:
1)梁配筋:
地下二、三层梁较无温度荷载作用时配筋量总体约增加8%~13%,其中与各塔楼外围柱相连的梁配筋增加约15%~20%;地下一层梁较无温度荷载时配筋量总体约增加15%~22%,其中与各塔楼外围柱相连的梁配筋增加约25%~30%。
2)柱配筋:
地下三层柱Y向配筋增量约为1496mm2,单侧配筋率增加约1496/(800x800)=0.23%;X向配筋增量约为694mm2,单侧配筋率增加约694/(800x800)=0.11%。
地下二层柱Y向配筋增量约为406mm2,单侧配筋率增加约406/(800x800)=0.06%;X向配筋增量约为13mm2,单侧配筋率增加约13/(800x800)=0.002%。
地下一层柱Y向配筋增量约为712mm2,单侧配筋率增加约712/(800x800)=0.11%;X向配筋增量约为229mm2,单侧配筋率增加约229/(800x800)=0.04%。
从SATWE配筋结果可得知,在考虑温度荷载作用引起的配筋增量后各层各柱的配筋仍然只需按构造要求配置即可满足要求。
4.分析结论及解决结构超长问题的措施
由于建筑功能要求不能在地下室范围内设置永久结构缝,因此结构在南北两个方向均超过规范限值,设计进行温度应力分析,梁、板、柱、墙结构构件应考虑温度荷载进行配筋,同时采取“抗-放”相结合的设计思路,通过计算确定构件配筋、采取构造加强措施以及对施工过程、施工工艺提出要求,保证结构安全。
4.1楼板分析结论及应对措施
升温工况下,楼板大部分区域升温膨胀受到地下室外围侧墙和内部核心筒的约束从而产生压应力,压应力从楼板中部向外围侧墙、内部核心筒方向以及楼板洞口周边消散,在外围侧墙的角部及内部核心筒的周边位置甚至出现较大的拉应力。
降温工况下,楼板应力分布与升温工况相反,楼板大部分区域因降温收缩产生拉应力,但在外围侧墙的角部、内部核心筒以及楼板洞口周边位置出现较大压应力。
设计时,根据分析计算结果,加大楼板配筋。
在外围侧墙周边位置、核心筒周边位置以及楼板洞口周边位置,应采取双向双层配筋。
特别是在上述区域的角部位置等容易出现应力集中的地方,应采取更为有效的措施如附加配筋来缓解和消除应力集中的不利影响。
4.2墙体分析结论及应对措施
内部核心筒位于楼层中部位置,其四周均有楼板与其连接,加上自身具有较大刚度以及受力的对称性,由温度变化引起的剪力除核心筒角部外均很小,可以忽略其对墙体水平配筋的影响。
由温度变化引起的轴拉力由计算结果可知对墙体竖向钢筋配筋率的贡献也相对较小,实际设计时可在不考虑温度荷载作用的计算结果的基础上将竖向配筋稍许放大。
地下室外围侧墙由于长度过长,温度荷载下的应力不容忽视。
其受力较大部位在墙体端部位置(即结构平面四角位置)。
而越靠近墙体中间部位,温度应力相对越小,因此,除按照计算分析结果增加配筋以外,还应该重点加强墙体端部位置,如进一步增大端部墙体、墙柱的配筋等。
4.3梁、柱分析结论及应对措施
计算分析结果表明,温度荷载作用对梁受力影响可观,在设计时梁钢筋配置应考虑温度荷载引起的增量。
同时,纯地下室部分及裙房对应位置的地下室梁的内力受温度荷载作用影响要小于与塔楼外框柱相连的梁,应予以重视。
根据温度荷载作用下柱的受力分析结果,可知结构内部框架柱内力受温度荷载作用影响较小,在考虑温度荷载作用引起的配筋增量后各层各柱的配筋仍然只需按构造要求配置即可满足要求。
4.4其他措施
结构超长,温度荷载作用明显,主要表现在温度下降后混凝土收缩,在结构内产生拉应力,结构开裂。
设计具体措施如下:
1)从结构体系上来讲,地下室结构中部大部分区域仅少量核心筒,其余部分均为框架结构,结构刚度没有明显的集中,刚度沿相对平面均匀,温度应力效应在大部分区域会相对较小;
2)结构设置温度后浇带,将后浇带混凝土浇筑时间安排在低温季节或夜间,降低浇筑温度。
3)针对超长结构采取如下施工措施:
做好混凝土早期养护工作(不少于14天),夏季入模温度不应大于30℃,表面温度与大气温度的差值不应大于20℃,降温梯度不得大于3℃/d,应采用相应的测温、保温措施,严格防止产生裂缝;施工时还应采取分仓、跳仓等特殊措施,防止混凝土裂缝的产生。
4)针对温度荷载的不利影响,采取如下构造措施:
对于温度影响较大的梁增加腰筋和贯通钢筋;地下室外围侧墙及内部核心筒墙体在楼层高度处设置暗梁,并增设抗扭筋以抵抗楼板传来的面外力,并适当加强暗梁的箍筋;同时尽可能把核心筒两侧的楼板钢筋拉通,使传力更直接以减小墙体面外受力。
5)地下室施工时,施工单位应制定超长混凝土专项施工方案,对混凝土材料的选用、配比、生产、运输、泵送时间控制、现场浇筑、支模、拆模、养护等提出合理的施工组织设计,必要时应组织专家会议对施工工艺进行论证。
同时,建设单位应加强监督,如果超长混凝土结构一旦出现温度裂缝,组织有关方面协调解决。
综合以上计算分析结果并对不同部位分别采取各种综合措施,可以有效解决温差效应给结构带来的不利影响,保证结构的安全性。
本工程地下室结构超长的设计是可行的。
附录一:
温度荷载下楼板主应力云图
1)升温工况:
图24升温工况下B3层温度应力分布
图25升温工况下B2层温度应力分布
图26升温工况下B1层温度应力分布
2)降温工况:
图27降温工况下B3层温度应力分布
图28降温工况下B2层温度应力分布
图29降温工况下B1层温度应力分布
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