超长结构办公楼工程结构设计

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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 身超长结构办公楼工程结构设计林向军经开奎 董爱国( 总参1 : 程兵第四设计研究院，北京1 0 0 8 5 0 )( 总参军训和兵种部。北京1 0 0 0 3 6 )提要本文主要介绍了北京某办公楼工程的结构方案优选及设 计过程。作为一 个超长结构的办公建筑，该工程是一座高度为6 1 . 4 米 ( R C 顶高度) 、长度为 1 0 4 . 1 米的超长高 层钢筋棍凝土建筑.采用框架一剪力瑞结构体系。该工程在结构选型及分析、现浇空心预应力楼板、 高 层超长结构及构造措施等方面都比 较有特点，可供同 类结构设计时参考。姜桩词高层律筑.结构设计。

2、现浇空心预应力 楼板，韶长结构，构造措施，1工程概况某部队办公大楼工程位于北京市复兴路南侧，北与五棵松奥 运场馆相对。它由 十五 层 主楼 ( 含上部机电设备层) 及四层裙房组成， 主楼与裙楼平面呈T 字形 布局， 总建筑面 积 为3 5 0 0 0 平方米，主楼平面长度为1 0 4 . 1 米， 为超长钢筋混凝土结构。由 于二者的平面 布 置及使用功能相差很大，故地面以上在主裙楼间设置了 抗震缝， 使之形 成两个较规则的 抗 侧力单元，有利于工程抗震。 整个建筑地上部分主楼主要为办公 及会议室，裙楼为大空间 的演播大厅及展示大厅等， 地下室共二层，主要用作地下车库及各专业的 设备机房。主 楼

3、 地面以上共十五层 ( 含机电设备层) ，其中二层至三层中部高达两层的共享大厅，层高为 5 . 0 米;四层以上为标准层， 层高为3 . 9 米， 标准层面积为 1 6 8 0 平方米， 外墙为干挂石材 及局 部玻 璃幕 墙。主 楼顶部为 屋顶花园 及电 梯机房、水 箱间等，自 设计 地面 土 。 . 0 0 0 起算， 结构总高度为6 4 . 1 米。 其中二层平面、 标准层平面、 立面及剖面图分别见图1 -图4 所示。本工程抗震设防烈度为8 度， 设计基本加速度为0 . 2 g ， 近震， 抗震等级: 框架为一级， 剪力 墙为一 级: 1 1 类场地， 中 硬场地土。 基本雪压为。 . 4

4、 K N / m ， 建 筑 基本风 压值为0 . 4 5 K N / m ,地面粗糙度为C 类。2基础设计根据地质部门提供的勘察报告可知， 本工程场区位于北京市 平原区 永定河洪冲积扇中 部， 地形较为 平坦， 自 然地面标高约在5 8 米左右。 地面以下除 层组填土外， 其余均为第 四纪沉积土 层，岩性及分布特征为砂质粉土、粉细砂、园砾、 粘质粉土及卵石等构成较为 稳定和均匀的土层。 地下水位在地表下2 1 米左右。 建筑场地的 抗震设防烈度为8 度， 场地林向军，男，1 9 6 2 . 1 0 出生，高级 t 程师级注册结构 _ 程师 4 2 0“第十九届全国高层建筑结构学术会议论文2

5、0 0 6 年土为中 硬场地土， 建筑 场地类别为I I 类， 场地的卓越周期为0 . 3 4 ， 为进行工程建设的有利地段。由于本工 程主楼与 裙楼之间的荷载差异大，从建筑荷载分布和基础埋深等条件分析， 在上部荷载的作用下， 主楼的地基沉降量是由基坑开挖卸载后的回弹再压缩沉降和正常的 固结压缩沉降两部分组 成的，而裙楼部分的 地基沉降主要为基坑开挖卸载后的回弹再压缩 变形，其基底平均压力 大约相当于基底标高处土自 重压力，裙楼处于补偿状态。主楼、裙 楼相 邻基础之 间的相 互 作用十分显 著，对 沉降 十分敏感， 如何 控制高低建 筑之间的 差异沉 降问 题成为十分关键的 基础工程问 题。加

6、之高、低建筑间不设永久性沉降 缝和伸缩缝，地 下室和主楼长度已超过现行规范的要求，为超长钢筋混凝土结构，温度应力不可忽视。因 此，鉴于上述 情况，结 合根据地质条件、 地基承载力及结构形式等因素， 经综合分析后对 高、 低建筑采用不同的 基础形式: 主楼采用梁筏式基础， 筏板厚度为8 0 0 , 混凝土C 4 0 ; 裙 楼采用柱下独立基础加防水底板。 对于超长地下室的温度应力及混凝土干缩问 题，通过采 取在主 楼和裙 楼间设置 后浇带、适当布置温度钢筋及控制封带时间等措施，既解决了 上述问题，又解决了不同高度部分的沉降差问题。3结构设计与分析3 . 1 结构选型及主要尺 寸由 于该工 程主楼

7、与 裙房在层数、使用功能要求和平面布局存在较大的差异，为构造合 理的 结构形式， 在主、 裙楼地面以 上部分设置了 抗震缝，形成两个较规则的抗侧力单元。 各单元及立面布置基本规则、对称，符合抗震概念设计的规则性要求。主楼结构采用现浇 钢筋混凝土框架一剪力 墙体系， 裙楼采用框架结构。 主楼一至四层框架柱截面为9 0 0 x 9 0 0 . 1 1 0 0 x 9 0 0 ，均采用 C 5 0 混凝土;标准层柱子截面为8 0 0 x 8 0 0 , 1 0 0 0 x 8 0 0 毫米，剪力墙厚度 为3 5 0 至2 5 0 毫米， 混 凝士强度等级自 下而上为C 6 5 至C 3 5 ,混凝土

8、强度的变化与柱截面 及墙体厚度的变化相互错开，避免竖向刚度产生突变。根据使用功能要求， 在主楼的中部二三层为两层高的共享大厅， 造成了四 层以上中 间部位的框架 柱不能 伸至基础，如在三层顶部采用框支大梁，势必会影响建筑层高及立面 效果， 故自四层以 卜 各层形成了一个跨度为1 4 . 1 x 1 8 m的平板。 为此， 楼面选用现浇预应力 空心楼板结构，内填 L P M聚苯泡沫轩填充体沿板跨度方向双向布置，其结构高度仅为 4 5 0 m m ( 1 8 m 跨度为主受力方向) 。 L P M 轻质填充体间 肋宽1 2 0 m m ， 上下楼板最薄厚度为7 5 m m , 楼板的 综合空心率约

9、为 3 5 % ，降 低了层高， 减轻了 结构重量，同时可以 提供开阔的 平整、 可随意分割的大空间， 对提高建 筑品质起到良 好的作用， 其优势显而易见。 3 . 2结构计算与分析结构计算采用中国 建筑科学研究院P K P M C A D 工程部编制的 多层及高层建筑结构空间 有限元分析与设计软件( S A T W E )进行整体分析计算。本上程设计计算的卞要参数为:抗 震设防烈度为8 度，设计基本加速度为0 . 2 g ，设计地震分组为第一组:场地为1 1 类场地，“ 4 2 1 .第十九届全国高层建 筑结构学术会议论文2 0 0 6 勺建筑安全等级为二级， 按模拟施工方法计算竖向 荷载:

10、 计算地震时。 考虑偶然偏心的影响， 并计入双向 地震作用下的扭转效应， 考虑扭转祸联振动计算， 计算振型为巧个。 结构计 算的主要结果见表 1 至表3 :表 1结构自振周期( 秒)表2结构位移表3结构基底剪力方 向地震反应潜法风荷 载 底部剪力 (K N )底部弯矩( K N . m )底部剪力( K N )底部弯矩( K N . m )x 方向 丫方向2 0 7 0 1 ( 3 . 5 4 % ) 8 0 5 8 5 31 4 5 05 8 7 1 1 2 3 5 5 2 ( 4 . 0 3 % ) 9 2 2 1 2 。 一5 3 7 0 2 3 2 5 9 3由 表1 至表3 可见，主

11、楼结构对于地震作用及风荷载作用下的反应是正常的，其中以 结构扭转为主的第一自 振周期 即 表1 中的T 3 振型) 与平动为 主的第一自 振周期 ( 即 表1 中的T 1 振型) 之比为0 . 8 6 ， 小于高规的0 . 9 ， 说明不存在结构刚度突变的薄弱层。 各振型 下结构自 振周期、 位移及地震力符合规范的限值且均在正常的 取值范围内，尤其是起主要 作用的第一振型的自 振周期与场地的卓越周期相差较大，可以 确认该结构与场地土无共振 危险， 这说明本工程的结构布置是合理的。 计算数据表明， 相 邻楼层的 侧向刚度比 均大于7 0 %,裙房平面因建筑设计为演播大厅， 楼板开洞较大， 故计算

12、时按开洞周围弹性楼板考虑， 井计入扭转藕连， 其计算结果满足规范要求。 3 . 3超长结构设计及构造措施该工程主楼建筑长度为1 0 4 . l m ， 远大于规范规定的伸缩缝( A l 距， 但为满足建 筑立面及 使用功能， 主楼不设置伸缩缝，为解决超长结构混凝土的收缩和温度应力对结构的影响， 减少裂缝宽度， 在施工图设计过程中必需充分考虑抗裂措施的问 题。 针对本工程的实际 情 况，主要采取如下结构措施:( 1 ) 设置伸缩后浇带，由十长 度 较大，本工程设置了 两条后 浇带， O il 距3 5 m 左右， 使整个结构在暴露阶段， 结构体的单一 长度不大于4 0 米;( 2 ) 加大 温度

13、应力较大部位的板筋以 及梁顶通筋和腰筋，楼板配筋的原 则是细而密，并设置双层双 向 温度钢筋; ( 3 ) 后浇带均采用微膨胀混凝土浇筑，其中要求 选用收缩性小的水泥， 减少， 月 2 2“第十九届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 6 年水灰比，选用含泥量小 且级配好的骨料。加强混凝土的养护，保持长时间的湿润:( 4 )在 各楼层的 梁、 板混凝土 中 掺加聚丙烯抗裂网 状纤 维， 掺量为0 . 9 k g / 矿 ，以 提高 混凝土的抗 裂、 抗渗能力。( 5 ) 在主楼结构的首层和顶层楼板沿长方向每米3 束布置无粘结预应力筋， 以有效控制温度应力引 起的结构裂缝的产生和发展。( 6

14、) 结合建筑做法，加强建筑物的屋 面保温，外墙采用保温性能良 好的G Z L 轻集料砌块，确保建筑物在使用阶段，结构受外界 温度影响最小，不出 现任何形式的有害裂缝。4结语4 . 1重视结构选型与 结 构布1由 于地震是一种复杂的随机运动，按抗震概念设计较之结构计算更显重要，特别在高 层建筑结构中，合理的 结构选型及布置能确保传力路线清晰。 而将概念设 计的分析结果落 实于结 构构造措施中， 对薄弱环节进行重点加强，是结构设计中 解决问题的一个重要方式和环节。 4 . 2对计算机设计结果要有正确的判断目 前工程结构设计已普遍采用各种结构分析软件，大大加快了设计进度，但不同的计 算模型和基本假定

15、会导 致设计结果的差异，人为操作错误有时也会发生，因此，结构工程 师必须对软件设计参数的适用范围有正确的理解，对计算机设计结果应进行分析判断， 确 认其合理、有效后方可作为工程设计的依据。4 . 3提高结构设计的 创新能力随着建筑师对建筑理念及立面效果更多更高的追求， 结构设计正趋于复杂化和多样化， 这就需要结构工程师在深入理解结构设计规范、规程的同时.要不断提高创新能力，灵活 运用各种结构体系， 真 正做到结构设计的安全适用、技术先进、 经济合理。参考文献I I I高v建筑混凝土结构 技术规程( J G J 3 - 2 0 0 2 ) 2 1现浇混凝土空心楼盖 结构技术规程 ( C E C

16、S 1 7 5 : 2 0 0 4 ) 3 中国建筑科学研究院P K P M C A D 工程部，高层建筑结构空间有限元分析与设计软件 ( S A T VI E ) , 2 0 0 3“ 4 2 3第+九届全国高层建筑结构学术会议论文z o o s 年曰l 毕荟毛鑫与喇 飞 口.， .曰.曰 瓜石 (J 、: 奢 之 耳犷， 闷 一、 令 号 二 = 七 心如 匕资 仁 【犷 一几厂 工月!-ll.1 二 二l口口二 舀 石 二二1一 一 【 二听r牙厂 一 耳图田到日仁1 日国翅 固 黝卜 一 一 . 二二1 二 二 二 反二:组分 门丁 I千 i-【一 Ll 厂几下.i n门门I】口二 二【 三I 二 .一网 l.L l.L I J1 !1 一.J 川I I门 口.】 一 1 _ L i i. 仁 日 口 户 甲l 厂 团口 门 二 一 尸 咫 月. 尸r 性 二1一l 二工 .1 一匕一口口l. 厂下日同! 日 千白 尸 尸 门 日 厂