長(zhǎng)東北科技商務(wù)中心南樓超限高層結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)

郭建楠， 胡賓賓

(1.吉林省建苑設(shè)計(jì)集團(tuán)有限責(zé)任公司，長(zhǎng)春 130011；2.長(zhǎng)春高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)管理委員會(huì)，長(zhǎng)春 130012)

1 工程概況

長(zhǎng)東北科技商務(wù)中心南樓是長(zhǎng)春市高新技術(shù)開發(fā)區(qū)的標(biāo)志性建筑，主要功能為地下停車場(chǎng)、辦公。地下2層，地上27層，建筑總高度97.4 m。地下2層為核6級(jí)人防?？偨ㄖ娣e8.8萬m2，其中地上5.5萬m2，地下3.3萬m2。地下層高分別為4.0 m、5.0 m，1～4層層高分別為 5.4 m、5.0 m、5.0m、5.0m，標(biāo)準(zhǔn)層層高為3.6m。該項(xiàng)目于2010年設(shè)計(jì)并開始施工，目前主體已經(jīng)施工完畢，正在進(jìn)行外立面施工。

建筑設(shè)計(jì)旨在體現(xiàn)東北白山黑水的風(fēng)貌，立面有很多棱角，體現(xiàn)山的特點(diǎn)，以豎線條為主，體現(xiàn)水的柔情。平面整體呈弧形總長(zhǎng)約120 m，以二段核心筒連接三段辦公區(qū)，使得辦公區(qū)中間沒有剪力墻，比較開敞，滿足了辦公區(qū)靈活布置的需要。核心筒走廊部分隔層設(shè)有四季廳洞口，突出了空間感。建筑平、立、面見圖1、2。

工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50 a，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)地震為第一組，建筑場(chǎng)地類別為Ⅱ類，場(chǎng)地特征周期T=0.35 S，地震加速度值為0.10 g。

主要材料：主樓部分十層以下柱采用C55混凝土，剪力墻采用C40混凝土，10層以上遞減。梁、板采用C30混凝土。鋼筋采用HRB400鋼筋。

2 結(jié)構(gòu)體系選型與結(jié)構(gòu)布置

2.1 建筑對(duì)結(jié)構(gòu)的制約與挑戰(zhàn)

獨(dú)特的建筑平面使該建筑呈現(xiàn)明顯的平面不規(guī)則，筒體的高寬比接近9.0且樓蓋中部的開洞較多并形成單榀穿層墻，難以使中間和兩端的框架區(qū)段形成整體工作的結(jié)構(gòu)體系。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)層平面圖

圖2 立面圖

根據(jù)國(guó)家《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》109號(hào)文，該建筑屬于A級(jí)高度以內(nèi)的平面及豎向不規(guī)則超限工程。歸納見表1。

2.2 針對(duì)超限采取的主要措施

2.2.1 計(jì)算分析對(duì)比

1)按規(guī)范要求，本工程采用兩個(gè)計(jì)算軟件，分別為中國(guó)建筑科學(xué)研究院編制的《多層及高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計(jì)軟件SATWE》(2010年9月版)和《復(fù)雜多、高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)軟件PMSAP》(2010年9月版)。

2)選用7條時(shí)程波進(jìn)行彈性時(shí)程分析補(bǔ)充，選用平均值與規(guī)范算法相比，不足部分放大地震力調(diào)整配筋計(jì)算。

3)根據(jù)平面特點(diǎn)進(jìn)行主樓兩個(gè)端部框架區(qū)段與相鄰?fù)搀w局部結(jié)構(gòu)模型與整體模型的對(duì)比分析。配筋包絡(luò)設(shè)計(jì)。

4)進(jìn)行非線性靜力彈塑性分析(pushover)，與規(guī)范方法比較，并加強(qiáng)薄弱部位。

5)西側(cè)裙房偏置較多，進(jìn)行裙房單獨(dú)模型計(jì)算并考慮地震力的調(diào)整。主樓與裙房相鄰及上一層的豎向構(gòu)件按抗震等級(jí)提高一級(jí)采用構(gòu)造措施。

6)框架柱承擔(dān)的地震剪力，兩端區(qū)段同時(shí)滿足整體和局部0.2Q0調(diào)整的要求。整體模型取總剪力20%和最大層剪力1.5倍二者的較大值。

表1 同時(shí)具有下列3項(xiàng)及以上不規(guī)則的高層建筑工程判斷

7)主樓角部增設(shè)水平段剪力墻形成包角墻，并通過減弱中間筒體水平剛度，調(diào)整結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)，調(diào)整后扭轉(zhuǎn)周期為第三周期。

8)中震下的拉應(yīng)力驗(yàn)算。此種工況是驗(yàn)算中震下底部加強(qiáng)區(qū)墻肢不屈服。計(jì)算采用SATWE進(jìn)行，選擇按中震不屈服進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。驗(yàn)算時(shí)，不考慮地震內(nèi)力調(diào)整，荷載作用分項(xiàng)系數(shù)、材料分項(xiàng)系數(shù)和抗震承載力調(diào)整系數(shù)均取1.0。其余抗震計(jì)算參數(shù)見表2。

表2 抗震計(jì)算參數(shù)

經(jīng)計(jì)算并查看電算結(jié)果，底部加強(qiáng)區(qū)墻肢未出現(xiàn)超筋現(xiàn)象，表明在配置了適當(dāng)?shù)匿摻詈?，可滿足中震不屈服的要求。

2.2.2 構(gòu)造措施

1)外側(cè)角部剪力墻予以加強(qiáng)以控制扭轉(zhuǎn)，抗震等級(jí)提高一級(jí)，為一級(jí)。

2)外圍框架梁斷面加大，配筋加強(qiáng)，增加扭轉(zhuǎn)剛度和提高抗溫度應(yīng)力的能力。

3)主樓與裙房相鄰及上一層的豎向構(gòu)件，構(gòu)造的抗震等級(jí)提高一級(jí)，按一級(jí)采用構(gòu)造措施。

4)核心筒樓板開大洞邊設(shè)梁以增加剛度。

5)加強(qiáng)層范圍與外側(cè)角部剪力墻相連的樓板配筋采用雙層雙向配置，配筋量加大。

2.3 針對(duì)建筑立面采取的主要措施

從立面圖中可以看到右下角裙房部分的下部?jī)A斜而出，上部有抹角。主體的底部也有一些折線型，主體上部抹角。建筑正是想通過折線、抹角表現(xiàn)山的壯闊，也是該建筑的主要特點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)建筑的創(chuàng)意，結(jié)構(gòu)的裙房部分設(shè)置了一些斜柱。這些柱不僅受壓還承受一定彎矩。這些斜柱都單獨(dú)進(jìn)行受力分析，以滿足各種情況的受力要求。上部抹角部分按坡屋面做法處理。主樓底部的折線變化主要通過幕墻的變化實(shí)現(xiàn)。主樓上部抹角墻面都設(shè)有剪力墻。剪力墻隨著建筑造型而變化。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著建筑造型的復(fù)雜多樣，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也面臨各種挑戰(zhàn)。對(duì)于超限工程的設(shè)計(jì)應(yīng)抓住主要問題，采取多種計(jì)算方法分析薄弱部位，并提出相應(yīng)加強(qiáng)措施采取包絡(luò)設(shè)計(jì)，滿足建筑使用功能及立面的要求。