福州平安大厦结构设计概要.docx
- 文档编号:9731158
- 上传时间:2023-02-06
- 格式:DOCX
- 页数:11
- 大小:168.01KB
福州平安大厦结构设计概要.docx
《福州平安大厦结构设计概要.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《福州平安大厦结构设计概要.docx(11页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
福州平安大厦结构设计概要
建筑结构
福州平安大厦结构设计
何 敏 (福州经济技术开发区建筑设计院 350005
[提要] 介绍了在已施工桩基上改变剪力墙、框架柱位等结构作重大调整的高层建筑基础设计,楼屋盖结构体系采用宽扁
梁-预应力大平板的结构设计以及屋顶33m高钢塔桅的结构设计。
[关键词]预应力大平板 钢塔桅 高层建筑
1 工程概况
福州平安大厦位于五一中路西侧,工程原名“福州金融广场”,桩基及基坑围护桩已按原设计施工完成。
后由于使用功能改变,除总层数及建筑平面尺寸基本不变外,框架柱与核心筒位均偏移原设计位置。
大厦现状为总建筑面积41099m2,地下一~三层为设备用房及车库,一~三层为营业大厦,三层以上均为办公用房,屋顶砼结构高度为11919m,屋顶上设有两个高33m的装饰钢塔桅。
标准层平面及剖面如图
1、2
。
图1 标准层结构平面图图2 剖面图
2 基础设计
211 工程地质状况及已施工桩基情况
本工程位于福州盆地中部,场地内土层根据基本结构、性状及成因可大致分为四段:
第一段:
主要由①杂填土、②粘土、③淤泥、④页片状淤泥细粉砂互层。
强度低,工程地质性能差,厚度14~17m。
第二段:
从⑤~βκ层,主要为含泥中细砂、细中砂及淤泥质粉质粘土,粘性土交错层,厚度15~20m。
第三段:
从βλ~βν层,主要为粘土、含砾粗中砂、泥质碎卵石和含泥碎卵石,厚度20m左右,桩基持力性能良好。
第四段:
βο~βθ层,地表下50~60m为残积层,强风化和中等风化风岗岩。
已施工的桩基为5700钻孔灌注桩,以βν层泥质碎卵石土层为桩尖持力-层,有效桩长约38米,单桩设计承载力标准
收稿日期:
2001—06—26
值为2500KN,施工桩总数307根,静载荷试验表明单桩承载力
满足设计要求。
212 结构调整后的桩基及承台设计
由于上部结构作重大调整,致使柱位、核芯筒位与桩位不完全对应,一般而言,对于超过100m的高层建筑,稳妥起见,应当补桩,但工程工期及投资均受影响。
考虑到已施工的桩基总承载能力为:
307×2500=767500KN,新建筑总荷载为548214KN,桩基竖向承载力总富余量40%,同时桩端以下土层为残积层及强风化、中风化岗岩,压缩性小,沉降量也小,因此如能采用厚板整体承台,利用承台自身和上部结构刚度调整各桩受力,可充分发挥桩承载力,就有可能不必补桩,又满足建筑承载力要求。
图3是桩基布置及厚板承台平面图,承台板厚为1800mm。
采用SAP91程序进行有限元分析。
图3 桩位及底板板元划分图
计算方法上将各桩看作一定刚度的弹元,弹元刚度以桩基
静载试验P-S曲线弹性段斜率:
P△S为基本数据,考虑上部结构刚度及地基变形特点进行修正,边桩弹元刚度略大,中部弹元刚度略小,底板划分为弹性簿板板元,柱下荷载为点荷载,墙下荷载为线荷载。
弹元基本刚度值=2500KN01005m=5×
105KNm,计算得最大单桩反力Nmax=2950KN,最小单桩反力Nmin=1706KN,一般桩反力在2100KN~2300KN之间,表
明通过整体厚板承台及上部结构的调节作用,已施工的桩基完全能够满足竖向承载力的要求,可以不补桩。
3 主体结构设计与计算分析
本工程结构体系为现浇钢砼框架-核心筒体系,筒体位置稍向西偏(如图2,抗震设防为7度近震,场地类别类,基本
9
20011NO14福建建设科技
风压值016×111=0166KNm2。
整体结构计算程序采用TBSA510空间分析程序,同时采用TBDYNA程序进行弹性动力时程分析补充计算。
本工程主要抗侧力构件平面布置均匀,墙、柱在竖直方向上连续且断面逐渐变化,筒体内的剪力墙位与梁、柱布置在同一轴线平面内,水平荷载传递直接,有利于筒体与框架的协同工作,形成多道抗震防线。
311 楼盖体系的选择及预应力平板设计
楼盖体系的设计原则是保证结构平面整体刚度前提下,尽可能减少板厚,降低结构自重;同时尽量减少结构高度,本工程初设时考虑以下三种楼盖结构体系:
(1普通混凝土梁、板方案。
此方案抗震性能良好,节省材料,但混凝土梁高度较大,建筑净空较小。
(2无粘结预应力平板无梁楼盖。
此方案施工简便,能够节省结构高度,但楼板折算厚度较大,达220mm,且结构刚度小,抗震性能不佳,地震时预应力筋有可能失效而导致整体结构破坏。
(3宽扁梁+预应力平板方案。
即框架梁采用普通钢筋的宽扁梁,扁梁间采用预应力大平板,取消全部次梁。
扁梁断面为800×370mm,平板最大尺度814m×814m,厚度均为170mm。
该方案与普通梁系相比,可以有效增加楼层净空,虽然配筋有所增加,但在建筑总高度不变的情况下,可增加2~3个楼层;与无梁楼盖相比,因预应力筋只安排在板中,框架柱上扁梁仍按普通钢筋配筋,对结构延性没有影响,也能克服无粘结预应力筋地震作用下失效问题。
因为即使失效,也仅影响局部。
综上所述,本方案兼有1、2方案的优点,故最后采用。
由于取消了次梁,建筑物使用功能也得到改善,办公大开间可以灵活隔断。
高强预应力筋及高强砼的使用又使板厚相对减少,为150板跨,使自重减轻,地震力相应减少,基础荷载也降低,对本工程尤为有利。
图4为预应力布筋平图,布筋方式为一向带状集中,另一向均匀分散,避免了无粘结筋的编网工序,在施工中也易保证无粘结筋的垂幅。
预应力筋集中布置在板中部,也有利于减少板的挠度,提高预应力筋的工作效能。
预应力筋总量双向均为215J1512。
非预应力板筋512@180。
楼面活荷载包括轻质隔断为210KNm2
。
图4 预应力布筋平面图
312 计算结果及问题讨论
TBSA510结构空间分析计算结果见表1、
表2。
表1 结构自振周期计算结果
X方向(秒Y方向(秒
Tx1Tx2Tx3Ty1Ty2Ty32161
0167
0131
3160
0187
0139
表2 振型分解反应谱法计算结果
地
震作用
风
载作用
顶点最大位 移层间最大位 移顶点最大位 移层间最大位 移Ux
5013mm12454Uy9410mm11313△Ux118mm
11913△Uy3131mm11043
Ux3613mm13400Uy10310mm11198△Ux1126mm12730△Uy
3168mm
1938
X向地震力Q0x9018KNQ0xG=1182%
y向地震力
Q0y
7569KN
Q0yG=1152%
X向风荷4965KNY向风荷7566KN
动力时程分析结果:
Ux=52188mm,Ux
H=1
2334;Uy=10213mm,UyH=1
1206。
由以上计算结果可知,主体结构对于地震作用及风载作用的反应是正常的,结构的自振周期、位移及地震力均在正常的取值范围及规范限值之内,时程分析的动力应值与SRSS法计算值接近,说明本工程的结构布置比较合理。
但结构的第一自振周
期为3160秒,超过抗震规范“GBJ11-89”[1]
反应谱曲线取值范围,必须对此作出合理的解释。
图5为7度近震类场地的地震影响系数曲线。
a——地震影响系数,amax——地震影响系数最大值,T——结构自振周期,Tg——特征周期,为014秒。
图5 地震影响系数曲线(Tg=014S
从曲线中可以看出,自振周期越长,则a值越小,下限是012amax,当TΕ214秒时,a即取极小值012amax,因此,当自振周期超过310秒时,可取a=012amax,所得地震力是偏于安全的。
TBSA510程序规定T>310秒,则a=012amax。
图6为“建筑抗震设计规范”征求意见稿所给出的影响系数曲线,已经给出了T=310~610秒的曲线段,可求得:
aT=316=01203amax≈0120amax可以映证原算法a取值是合理的。
图6 地震影响系数曲线(规范修订征求意见稿
由于本工程核芯筒略偏向西侧,因此质量中心与刚度中心不能重合,因此必须采取措施减少扭转效应带来的影响,本工程具体做法是将筒体西侧的剪力墙厚减薄、减短,东侧的管道井也采用钢砼墙体,使得质心与刚心尽量趋于一致。
加强东侧⑥轴框(下转第18页
功能,但由于其上下层侧移刚度差异较大,底部框架显然成为结构的柔弱层,国内、外多次的地震震害表明,此类结构的抗震性能既不理想也不合理,在建筑方案设计中应避免采用。
如果以上建议能够实施,是最为理想。
但人的习惯、习俗是难以改变的,所以出现骑楼、底层大空间的建筑时,应在方案设计中,预先考虑结构平面和体系设计,让结构工程师较早地介入工程的方案设计,不要待木已成舟方案确定之后,才来考虑结构设计而添加柱、剪力墙等。
应结合建筑平面合理布置框架和剪力墙,尽可能使框架形成柱网整齐规则,有较好的刚度与地震作用传递途径,也可在边框设置局部剪力墙,以加强框架结构的刚度。
在骑楼建筑设计中,也可以结合立面设计将临街的部分框架柱之间增设纵向剪力墙(见图1虚线部分,从而加强了骑楼建筑底部的刚度。
使用不当或改变使用功能而拆墙或加墙,也是导致此次地
震破坏严重的原因之一。
特别是现在建筑
其底部几层价值较高
的空间,并不是在一次设计中就能够定下终身功能的。
建筑物的易主,往往带来功能的改变,笔者前面谈到:
在明确功能的情况下,将墙体一并设计和施工,增加底层的纵、横墙,使墙、柱的作用更明显合理。
对于使用不当问题,笔者认为可以这样考虑:
为避免由于功能改变和业主的思维改变而改变墙体位置,从而带来对结构的不利影响,我们可在设计中只考虑建筑底部柱子、剪力墙和梁的承载能力,而不考虑填充墙的作用。
即将柱子、剪力墙和梁设计成能承受全部竖向、水平力,从而当功能改变而导致填充墙改变时,不至于改变原结构体系中的受力情况,以达到功能改变,填充墙改变,建筑物的抗震能力不变的目的。
建筑设计中,若填充墙采用砖、石墙或钢筋混凝土墙,它仍然在结构中起着一定的抗剪作用;所以建筑师在填充墙设计上,应具有创新精神,大胆采用国内外新技术和新型的轻质墙体材料,使这一部分墙体对侧向刚度的贡献趋于零。
以上是笔者以建筑师的身份,对震害中建筑结构出现的问题,提出几点粗浅的见解。
台湾9121集集地震是台湾百年来最惨痛的一次,代价是巨大的,应重视这次灾害留下的深刻教训。
对于当前存在的抗震问题,无论是建筑师还是结构工程师,都应将保护人民的生命、财产安全视为己任,确保建筑物的抗震能力,以达到地震到来时,将灾情降低到最低限度的目的。
参考文献
〔1〕黄汉存,建筑抗震设计技术措施,中国建筑工业出版社,1994年〔2〕图1选自《921地震震灾调查报告》,株式会社,日本设计,1999年11月
(上接第10页
图7钢塔桅结构立面图架柱,柱断面尺寸从下至顶基本不变,同时适当加强配筋,总配筋率要求在115~210%之间,结构耦连计算结果最大扭转角为0100015rad,扭转产生的线位移为3mm,占总位移的3%,扭转效应并不明显,说明抗扭措施是得当的。
4 钢塔桅的设计计算
本工程在标高119190米屋顶上设置两个装饰性的塔桅结构,为减轻结构自重及方便施工,决定采用钢材料,图7为钢塔桅的立面图。
塔桅由圆型中柱、方形边柱、钢梁形成十字交叉钢框架结构。
与主体结构相比,塔桅的刚度
与质量都小得多,地震作用下将产生显著的鞭梢效应,水平地震力将被放大,最合理的计算方法是采用直接动力法,或采用振型分解反应谱法考虑高振型的影响。
由于钢结构设计程序与主体结构计算程序不能接口,故计算地震作用时将钢塔桅当作单独的小质量,采用按简化的底总剪力法且考虑鞭俏效应的放大系数计算地震力。
钢塔桅结构用钢为Q235钢,钢中柱5900×12,边柱及钢梁采用焊接H型钢,边柱为H500×400×14×20,钢梁为H400×400×14×20。
5 结语
平安大厦的结构设计平面简单,抗震设计多道设防,竖向抗侧力构件没有突变,符合抗震设计概念。
平面结构采用宽扁梁+预应力平板,平面内刚度良好,提高了建筑净空,有利于办公楼自由分隔。
大厦已于2000年9月建成投入使用,建筑最大沉降量为19mm,各项指标状况良好。
说明本工程结构设计是成功的。
该工程已荣获建筑结构质量“榕城杯”优良工程奖,准备进一步申报中国建筑“鲁班奖”。
参考文献
〔1〕建筑抗震设计规范,GBJ11-99。
〔2〕建筑抗震设计规范征求意见稿,GB50011-33。
〔3〕钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程,JGJ3-91。
〔4〕邵弘、赵西安,建筑结构,1987.(1P-2。
〔5〕梁兴文,建筑结构,1997.(7P-31。
省建设厅印发《福建省建设事业信息化工作“十五”计划》
“十五”期间我省将大力利用信息网络技术改造和提升传统的建设行业,促进企业结构调整,实现经济增长方式的重大转变,充分发挥信息化在建设事业发展中的作用,为实现我省建设事业“十五”计划总体目标作贡献。
并成立了福建省建设事业信息化工作领导小组,领导小组组长由林坚飞厅长担任,下设办公室。
“十五”期间,全省信息化重点建设“123”工程:
即一个资源库——基础信息资源库,二个网络——福建建设信息网、福建建设政务信息网;三个系统——企业资质管理系统、办公自动化系统、城市建设与管理信息系统。
(方闻〔B20010407〕
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 福州 平安 大厦 结构设计 概要