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1、第十九届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 6 年杭州第二长途电信枢纽工程结构设计姚文军王新培( 泉移迥信设计院有限公司，北京1 0 0 0 3 5 )( 京移通信设计院有限公司北京1 ( 3 0 0 3 5 )提要杭州第二长途电信枢纽楼采用了简中筒结构体系，结构竖向进行了多次结构转换并在建筑顶部安装了大型网架球体，设计中多部位采用了型铜混凝土结构，并在顶都球体支撑结构设计中采用了混合结构顶都特殊结构依照建立完整抗震体系的思路进行设计，建立了多道防线的抗震结构体系，体现了概念设计的重要性关键词筒中筒结构结构转换型钢混凝土特殊结构框架一核心筒概念设计一、工程概况杭州第二长途电信枢纽工程位于杭
2、州市滨江区，钱江三桥靠市区一侧与富春江路交叉口处，处于由萧山机场进入市区的显要位置为杭州市重要的标志性建筑之一。该工程性质为电信生产用房总建筑面积为6 7 0 0 0 m 2 。由通信机房主楼、营业中心及附属楼3 部分组成。主楼地上4 1 层，檐口高度1 6 9 5 m ；其上为一直径2 0 米的球体球体内设3 个结构层，球顶高度2 0 9 1 m ；球顶设钢桅杆，桅杆顶部高度为2 3 3 1 m ；为杭州市目前屉高的建筑。主楼外框筒轴线尺寸为3 7 2 m 3 7 2 m ，核心内筒轴线尺寸为1 9 2 m 1 3 2 m 。主楼设有两层地下室及一个设备层，基础底板埋深为一1 5 7 2 m
3、 。地下2 层设六级人防房间及相关配套设旋，层高4 7 m ；地下l 层设电缆进线室、充气室、冷冻机房等，层高4 7 m ：地下设备层层高2 2 m 。基础型式为桩筏基础。l 3 6 层为电信生产用房3 7 层以上为辅助生产用房1 层层高7 2 5 m 。2 1 8 层层高4 5 m ，1 9 层层高5 7 m ，2 0 2 9 层层高4 5 m ，3 0 层层高5 7 m ，3 1 3 5 层层高4 5 m ，3 6 、3 7 、3 8 层层高分别为5 1 5 m 、6 4 5 m 、4 2 5 m ，3 9 _ - 4 1 层层高4 5 m 。内核心筒和外框筒之间形成较大的电信机房空间，其
4、南北方向跨度9 m ，东西方向跨度1 2 m 。11 层、2 2 层为防灾避难层兼设备层。，根据原邮电部相关文件的规定及该工程的重要性，主楼抗震计算及抗震措施均按比当地基本烈度提高一度进行，即按7 度进行，建筑抗震类别乙类。该工程采用钢筋混凝土筒中筒结构体系。主楼五层以下框筒柱采用型钢混凝土结构。球体部分的支撑结构采用了型钢混凝土柱和型钢混凝土剪力墙。上新培，男，1 9 5 8 出生，教授高级工程师一缎注册结构工程师媲空军，男1 9 6 8 出生高级工挫师一级注册结构工程师3 6 5 第十九届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 6 年二、结构布置及设计特点根据高层建筑结构平面布置应力求简单
5、，规则、对称、减少偏心的原则进行结构布置。主楼核心内筒设置钢筋混凝土剪力墙，筒内为电梯、楼梯等竖向交通设施及设备、电力、电信竖向管井和卫生间。内简外剪力墙厚度从上到下为4 5 0 6 0 0 m m ，内剪力墙厚度为3 5 0 r a m 。根据建筑功能要求，4 层以下外框架采用6 1 3 2 m 跨柱与6 0 0 1 5 0 0 m m 深梁形成外框筒，在4 层顶板标高处沿外框架四周设置1 2 0 0 4 5 0 0 m m 转换大梁，楼板厚3 0 0 r a m ，形成结构转换层。主楼地下2 层地上4 层外框筒柱内设置1 1 4 0 4 0 0 2 0 3 0 m m 及1 1 4 0X
6、4 0 0 3 0 3 0 m m 焊接十字型钢，5 层角柱内设置1 1 4 0 4 0 0 2 0 X 3 0 r a m 焊接十字型钢，中间柱内设置1 0 0 0 4 0 0 2 0 3 0 m m 与5 0 0 4 0 0 2 0 3 0 r a m 正交焊接型钢。5 层以上采用3 3 3 m 跨密柱与3 0 0 X1 4 0 0 m m 深梁形成外筒，通过纵横粱及楼板与内核心筒构成紧密的整体，具有理想的侧向刚度，空间整体性好，有良好的抗震抗风性能。4 层以下外框筒柱截面尺寸为1 8 0 0 r a m 1 8 0 0 m m 。5 8 层外框筒角柱1 3 0 0 m m x l 3 0
7、 0 m m ，中间柱1 2 0 0 r a m8 0 0 r a m ；9 1 5 层外框筒角柱1 2 0 0 m m x1 2 0 0 m m ，中间柱1 0 0 0 r n m x 8 0 0 m m ：1 6 2 9 层外框筒角柱1 0 0 0 m m 1 0 0 0 m m ，从3 0 层起平面削角，取消角柱；1 6 2 4 层中间柱9 0 0 m m6 0 0 r a m ，2 5 3 6 层中间柱8 0 0 r a m 5 0 0 m m 。3 6 层以上逐步向内筒收进，至4 1 层过渡到核心内筒部分。内外筒间楼面梁9 m 跨方向截面尺寸为3 0 0 1 0 0 0 m m 及4
8、 5 0 1 0 0 0 m m ，1 2 m跨方向截面尺寸为4 0 0 1 0 0 0 m m 及5 0 0 1 0 0 0 m m ，四角部井字梁截面尺寸为3 0 0 6 5 0 m m ，楼板厚1 2 0 m m 。作为建筑设计方案的亮点和结构设计的难点，在建筑顶部设计了一个直径2 0 m 的球体，内部设三层楼面，作为展示、休闲、观光用途。根据建筑师构思，拟采用较少的结构支撑物支撑球体以求达到球体悬浮在建筑物顶部的效果。为达到以上效果球体的支撑结构均采用了型钢混凝土构件。根据抗风、抗震的需要，经过结构转换，球体支撑结构采用框架一核心筒结构，中心简体为6 5 9 m X 7 8 m ，壁厚
9、3 5 0 m m ，沿筒壁四周内置型钢；外圈为4个S R C 柱，截面尺寸为1 0 0 0 X 1 0 0 0 。为减小结构内收刚度突变的影响，在平面变化层段设置斜向支撑。球体为球形网架结构，根据结构层的布真情况，分为上、中、下三部分各部分网架分别与结构层连接。球顶部设有钢桅杆，桅杆突出球体约2 0 m ，杆体全长2 5 m ，其中嵌固长度2 2 m 。主楼使用功能为通信生产用房。根据通信设备安装要求及通信生产特点主要通信机房梁下净高不低于3 2 m 。并应提供尽可能大的连续平面空间。为此，建筑师希望创造一个较大的、可自由分隔的使用空间，以满足通信设备布置的灵活性、兼容性及可持续发展的要求。
10、本工程设计中采用筒中筒结构较好地满足了通信机房大进深、大空间的使用要求：标准层采用4 5 m 层高较好地满足了通信设备机架安装的净空要求。根据电信专用房屋设计规范的规定，通信机房楼面使用荷载大，一般机房为6 1 0 l N 舻，电力电池室达1 3 1 6l 【N m 2 远高于一般民用建筑的荷载标准。因此，对结构的梁、板、墙、柱及基础设计3 6 6 第十九届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 6 年提出了更严格的要求。为充分满足建筑使用功能要求，保证结构体系具有理想的承载力、刚度、延性，保证基础设计的安全、经济合理，本工程在结构设计方面采取了多项技术措施。( 1 ) 桩端后注浆技术：本工程
11、场地属于钱塘江冲海积平原，区域构造属华东平原沉积区中的长江三角洲徐缓沉降区。地基土层由上至下分布情况为：填土、粉土、粉砂、粉质粘土、砂质粉土、圆砾、基岩。基岩埋藏深。由于电信机房楼面使用荷载大，上部传至基底荷载约为8 0 0 k N m 2 ，天然地基不能满足承载要求。根据地基情况和当地基础施工经验，经比较分析，采用桩筏基础，钻孔灌注桩桩径取1 5 0 0 m ，桩长4 0 m ，单桩极限承载力1 4 0 0 0 k N ，桩身混凝土强度等级C 3 0 ，桩端持力层为圆砾层。根据承载力要求，单桩极限承载力须达到1 6 0 0 0 k N ，因此，采用桩端后注浆技术提高单桩承载力。经荷载试验。采
12、用后注浆处理的桩，在加载到1 1 级荷载1 8 6 3 0 k N 时，桩顶累计沉降量为1 3 5 7 u ，桩端累计沉降量仅4 3 6 m m ，该桩的竖向极限承载力至少可取1 8 6 3 0 k N 。比未注浆的桩提高3 0 在结构封顶阶段检测情况为：最大沉降值1 5 m ，沉降均匀，表明该项处理是成功的。( 2 ) 结构转换技术：为满足建筑设计要求，结构采用了多次转换处理。结构4 层以下柱距、为6 1 2 m ，4 层以上柱距为3 3 3 m ，采用深梁转换：3 0 层以上，去掉角柱；3 6 层以上，结构收进，仅剩内筒，为减轻刚度突变的影响，由3 6 层顶设置8 道斜撑至3 8 层以上，
13、支撑中心结构：3 7 层为通往项部球体的电梯井设置转换梁。( 3 ) s R C 结构技术；为提高柱抗震性能及减小柱截面尺寸，对底部四层内力较大的外筒柱采用了型钢混凝土柱：经4 层深梁结构转换的5 层柱由于刚度变化的影响，内力亦较大，也采用了S R c 结构。项部球体支撑结构中也采用了S R C 结构。( 4 ) 高度近2 0 0 米处楼顶设置大型钢网架球体的特殊结构处理技术：建筑顶部设计了直径2 0 m 的大型球体网架结构，根据建筑要求，外观上应形成由四角支柱托起球体的造型，球体下部与主体之间应镂空：球体内部具有使用功能，由3 层平面构成，拟作为观光休闲场厩、球体在高空2 0 0 m ，要有
14、足够的抗震抗风能力。由于当时国内尚无类似工程经验借鉴，技术难度较大。经研究分析，按以下原则确定了结构方案。结构体系上应形成可靠的抗水平力体系。原建筑方案的4 点支承构想在抗水平力方面，结构刚度强度明显不足，结构水平位移及网架支座的稳固无法保证，同时在抗震方面缺少第二道防线。根据以上分析，结合功能上的要求，在结构3 8 层设置转换层，并将中间部分结构内筒剪力墙向上延伸，形成一道6 5 9 t a X 7 8 m 的钢筋混凝土简体，作为主要抗侧力构件。在内部布置电梯井和楼梯；周围四个柱子和钢筋混凝土筒体共同承担竖向力；柱子和钢筋混凝土筒体间由三层楼面连接，形成了一个框架一核心筒结构体系，结构受力明
15、确，抗震抗风性能优良，结构安全有保证。在3 个楼层外周上设置环粱作为网架球壳的支座，这样网架球分为上中下三个部分，各部分分别以环梁为支座，网架支座由4 个点变为多层多个点，支3 6 7 第十九届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 6 年座负担大大减轻，安全性提高。多片网架安装在稳固的支座上，网架自身的稳定性提高，变形减小有利于幕墙和玻璃的安装和长期安全。四个框架柱承受大部分垂直荷载，其安全性涉及整个项部结构的安全，增加其延性提高抗震性能也是必要的：核心筒作为楼面梁的嵌蚓端，承受较大的平面外弯矩，采用普通钢筋混凝土结构配筋率过大，同时，作为主要抗侧力结构，有必要增加结构延性；经计算分析，核心
16、筒和框架柱内力均较大，但截面尺寸受到限制。因此，球体部分的竖向构件均采用S R C 结构。考虑到减轻自重对结构抗震更为有利，因此球体3 层平台的楼面次粱采用钢粱；而框架粱作为悬挑梁支座、环梁作为网架支座仍然采用钢筋混凝土结构以求有较好的抗扭刚度和便于网架支座布置。在屋顶加设球体后，本工程采用T B S A 进行结构计算分析其结果如下：表l 地震作用下主要计算结果方向XYT lT 2T 3T lT 2T 3 基本周期 3 6 80 9 60 5 14 1 91 1 lO 5 5层间位移6 hW ：1 2 2 2 9E ：1 1 4 0 7W ：1 1 8 2 8E ：1 1 2 1 4A ( m )W ：6 9 8 3E ：1 0 4 4 1W ：8 0 3 8E ：1 2 7 6 4 顶点位移A HW ：1 2 9 7
