上海會德豐廣場塔樓結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

劉建麗

中圖分類號： TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：

本工程實(shí)例主要介紹了超高層建筑上海會德豐廣場塔樓的結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括基礎(chǔ)設(shè)計和結(jié)構(gòu)的電算分析等內(nèi)容，以及采用何種技術(shù)措施提高結(jié)構(gòu)抗震性能和安全性能。

1. 工程概況

該工程位于上海市中樞南京西路1717號批租地塊，東靠華山路及靜安公園，南臨延安西路，西側(cè)為上海市少年宮?；孛娣e12675m2，地上為一幢54層的高級辦公樓和二幢三至四層的商用裙樓。塔樓辦公區(qū)由于建筑要求視線開闊,大空間,故采用鋼筋混凝土框筒結(jié)構(gòu)體系, 標(biāo)準(zhǔn)層層高4.42m, 主屋面高度250m，屋面以上有兩層收小的設(shè)備層及部分鋼構(gòu)架。北面裙樓主要為商業(yè)用途，地面以上高22.5m,南面及北面裙樓均采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，建于地下室頂板結(jié)構(gòu)上，在結(jié)構(gòu)上與主塔樓之間成兩個獨(dú)立的單元。

在基地范圍內(nèi)設(shè)置三層地下室(局部另有夾層)，為停車庫、機(jī)電設(shè)備及人防等用房,總開挖深度約20m左右,用地下連續(xù)墻作施工時的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

2.基礎(chǔ)設(shè)計

本工程地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級。

根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告，為了減少塔樓對地鐵沉降變形的影響，塔樓采用直徑850mm的鉆孔灌注樁，以第9層的灰色粉細(xì)砂層作樁端持力層，一般樁深約至地表下76m，而在塔樓中心一定范圍內(nèi)布置了一定數(shù)量的加長樁，樁深約至地表下86m。施工前巳進(jìn)行試樁以確定最終的單樁承載力，根據(jù)基樁靜載荷載試驗(yàn)結(jié)果所計算的單樁受壓承載力設(shè)計值為7687kN。同時在塔樓承臺外側(cè)與地鐵之間，布置了深約至地表下106m的“隔離樁”以減少地鐵沉降。

裙樓的抗拔樁采用直徑為800mm的鉆孔灌注樁，樁深約至地表下55m。樁端置于第8-1層灰色粘土夾砂層，抗拔承載力設(shè)計值為2250kN。

塔樓采用群樁聯(lián)合承臺,塔樓的所有荷載均經(jīng)過一個3800mm厚的鋼筋混凝土承臺傳到樁群之上。承臺采用有限單元法SAFE程序,計算分析承臺內(nèi)力及樁頂反力。裙樓采用1200mm厚的筏板樁承臺設(shè)計，裙樓的荷載由柱通過筏板承臺傳至樁基礎(chǔ)上。由于部分地下室上面并無任何建筑物或上部建筑物重量不大，該部分結(jié)構(gòu)的樁基礎(chǔ)將考慮地下水浮力的作用，按抗拔樁進(jìn)行設(shè)計。

在塔樓樁承臺周邊設(shè)后澆帶以降低沉降差異的影響，同時也可減少施工期間混凝土的溫度應(yīng)力。后澆帶貫通至地下室頂板。后澆帶的兩旁設(shè)有止水帶，連接時用微膨脹混凝土澆筑密實(shí)。

塔樓相對裙樓/地庫的不均勻沉降按保守的估算50mm做考慮，在離3.8米厚大承臺板邊14米外的裙樓部分，我們視為沉降為零。因此從3.8米厚承臺板邊到14米范圍，沉降是線性漸變的。

在計算梁板柱因沉降引起附加應(yīng)力時，用各自沉降差進(jìn)行計算。

受力模型為

靠近塔樓端遠(yuǎn)離塔樓端

塔樓端下沉，梁底增加附加彎矩

最大彎矩為3iΔ/L（其中i為線剛度，i=EI/L，L為跨長，Δ為沉降差）

梁增加附加剪力為-3iΔ/L。

考慮到梁實(shí)際受情況，我們將梁的配筋包絡(luò)圖定為

3iΔ/L1/2×3iΔ/

柱子的附加彎矩同梁端，取3iΔ/L或1/2×3iΔ/L。

板的附加彎矩同梁一樣考慮。

當(dāng)梁是鉸結(jié)時，此梁可以不考慮沉降的影響。

當(dāng)板配筋平行于3.8米厚大承臺板邊時，也不考慮沉降的影響。

裙樓1.2米厚承臺板也與梁一樣考慮沉降的附加彎矩。

3.上部結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1風(fēng)荷載

本工程塔樓風(fēng)荷載是主要荷載，上海地區(qū)50年一遇基本風(fēng)壓為0.55Kn/M2，塔樓根據(jù)規(guī)范按B級高度筒體乘以1.1系數(shù)，即基本風(fēng)壓為0.55 x 1.1=0.61Kn/m2 ；地面粗糙度按D類考慮。為了進(jìn)一步了解風(fēng)荷載情況，進(jìn)行了風(fēng)洞試驗(yàn)。并對風(fēng)洞試驗(yàn)的結(jié)果和上海筒體規(guī)范DGJ08-31-2001中風(fēng)荷載的取值進(jìn)行比較分析，發(fā)現(xiàn)風(fēng)洞試驗(yàn)得出的風(fēng)壓值大于規(guī)范計算值，為此風(fēng)荷載取值按風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果取定。具體比較如下：

3.1.1 風(fēng)洞試驗(yàn)的結(jié)果與按上海筒體規(guī)范的計算值比較

由加拿大RWDI風(fēng)工程顧問咨詢公司提供的風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果按其受力方向，對應(yīng)于上海筒體規(guī)范，可計算出每一樓層的Fx(X向風(fēng)荷載)和Fy（Y向風(fēng)荷載），因修改后的風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果之座標(biāo)系改為00和900，為方便進(jìn)行對比，把風(fēng)荷載進(jìn)行了方向轉(zhuǎn)換，其相應(yīng)之500（X向）及1400（Y向）,見表:

3.1.2從上表中可以看出，風(fēng)洞試驗(yàn)的Fx和Fy都大于按上海筒體規(guī)范的計算值。風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果的底部總剪力ΣFx和ΣFy分別比上海筒體規(guī)范的計算數(shù)值約大14.2%和17.8%，因此選用風(fēng)洞試驗(yàn)的結(jié)果作為結(jié)構(gòu)計算風(fēng)荷載輸入數(shù)據(jù)。

3.2地震作用

工程抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本加速度值為 0.10g，設(shè)計地震分組為第一組，場地土類別屬軟弱場地土，建筑場地類別為IV類，設(shè)計地震特征周期值為0.90S?？拐鸬燃墸核菫殇摻罨炷量蛲步Y(jié)構(gòu)體系,抗震等級按B類高度提高一級即取特一級，塔樓以下首層至地下室三層均為特一級，南面和北面裙樓為鋼筋混凝土框架體系，抗震等級為三級，+0.00以下:首層抗震等級同塔樓(即特一級),地下夾層及以下非塔樓向下延伸部分抗震等級為三級。

抗震計算采用考慮扭轉(zhuǎn)藕連作用的振型分解反應(yīng)譜法，塔樓選用27個振型進(jìn)行計算。塔樓結(jié)構(gòu)抗震計算采用了兩種計算程序 (SATWE和ETABS)進(jìn)行計算分析比較 ，并按規(guī)范要求采用SATWE進(jìn)行彈性時程分析計算及按上海市建設(shè)和管理委員會: 工字2002-6-161號文要求進(jìn)行了動力彈塑性時分析補(bǔ)充計算。

3.3塔樓計算結(jié)果及分析

對該工程中的超限高層辦公塔樓，根據(jù)要求用兩種計算程序SATWE（2005年4月版）和ETABS（8.42版）進(jìn)行分析計算，同時對辦公塔樓按規(guī)范要求采用SATWE進(jìn)行彈性時程分析計算。

3.3.1 辦公樓SATWE和ETABS主要的計算結(jié)果及初步分析

由于地震力、風(fēng)力坐標(biāo)夾角取0°(X向)取90°(Y向)時，其計算結(jié)果為非控制值。故本報告中計算結(jié)果均為地震力、風(fēng)力坐標(biāo)夾角取50(X向)及140°(Y向)的計算輸出值。

上述平均剪力值大于SATWE振型分解反應(yīng)譜法的80%, 各條波分別作用下的底部剪力值大于SATWE振型分解反應(yīng)譜法的65%, 滿足規(guī)范GB50011-200第5.1.2條中的規(guī)定。

3.3.3 計算結(jié)果分析結(jié)論：

本工程通過用SATWE及ETABS二種程序計算:結(jié)果相差不大，結(jié)構(gòu)動力特性基本吻合, 層間位移角及位移比值滿足規(guī)范要求。地震作用下的剪重比在規(guī)范規(guī)定的合理范圍內(nèi),且滿足最小地震作用的要求。

SATWE及ETABS二種程序計算得到的第1階模態(tài)均為X向平動,扭轉(zhuǎn)模態(tài)為第3階, 扭轉(zhuǎn)周期與第1階平動周期比滿足規(guī)范要求。

地震作用下的結(jié)構(gòu)層剪力沿豎向無明顯突變,滿足規(guī)范要求。

據(jù)規(guī)范要求計算出的該塔樓在10年一遇風(fēng)荷載作用下的順風(fēng)向及橫風(fēng)向結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)最大加速度均小于0.25 m/s2，滿足規(guī)范規(guī)定的舒適度要求。

由此我們認(rèn)為，本工程在平面布置方面規(guī)則、側(cè)向剛度沿高度變化均勻，無結(jié)構(gòu)薄弱層，頂點(diǎn)最大位移及樓層最大層間位移均滿足規(guī)范要求。表明整個結(jié)構(gòu)布置合理、剛度適宜，可滿足規(guī)范要求。