《北京当代MOMA工程结构设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《北京当代MOMA工程结构设计（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第九同伞国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 6 年北京当代M O M A 工程结构设计肖从真1李勇2李跃林1 王铮2储德文巾嗣建筑科学研究院北京1 0 0 0 1 32 北京首都1 = 程建筑没计有限公司提要当代M A 丁程总建筑面积2 2 0 0 0 0 一其中地下室连为整体，建筑面积5 8 0 0 0 m = ，地卜包括9 座塔楼和一座影剧院，其中塔楼为1 2 层至2 L 层的框架一筒体结构及糠j 肢剪力墙一简体结构，通过结构缝划分为7 个结构单元，塔楼之间在j ：部通过8 个连廊相互连接，连廊跨度在3 0 m 年5 5 m 之间该结构存在多处i 殳计难点，a ：设计中重点解决丫纯地下室
2、抗浮设计、地下结构超眭不设缝技不均匀优降协调设计、主体结构悬挑和收进超限、高位多塔楼连体和大跨度连廊的舒适度等多个问题：奉工程结构型式多样，包括钢筋混凝土结构、钢结构及型钢混凝士组合结构。T 程设计中采用性能化抗震设计的思想，进行了整体结构的静力弹塑性分析、蛏向地震时程分析、9 个塔棱连体的非线性时程分析等，并通过合理的结构构造描施较好地进行了几种币周结构的相互结合，解决r 1 _ 程设计的问题关键词结构设计连体结构悬挑结构隔震性蘸化设计1 工程概况当代M O M A1 ：程伉于北京东城区香河刷路1 号，总建筑面积2 2 0 0 0 0 m 2 ，地。F2 层连为一体，建筑面积5 8 0 0
3、0 m 2 ，地上包括9个塔楼和一个影剧院，塔楼主要为住宅。塔楼在上部由8 个连廊连为整体，连廊内包括各种休闲、健身等设施，其中连接2 号楼和二号楼之间的连廊还包括一个2 5 m X1 5 m 的标准水深游泳池。本1 张由美国S t e v e nH o l lA r c h i t e c t s 和北京首都J 程建筑设计有限公司负责建筑设计，北京首都：I ：程建筑设计有限公司与建研科技股份有限公司负责结构设计。该I ：科存在多处结构设计的难点，在设计中采取了不| 司的措施和分析手段，实现了| 璺II 当代M O M AT 程建筑模型建筑师的设计意蚓。闪本f 科复杂稗度高进行了多项专项研究，
4、包括纯地卜室抗浮设计、地r 结构的超艮及4 i 均匀沉降协凋敬计、土体结构悬挑和收进超限、高位多塔楼迕体和人跨度连廊的舒肖从真1 9 6 76 1 ；h 博h 研究员2 9 3 第十九届伞国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 6 年适度等多个问题本文重点介绍结构设计的思路和主要的分析成果，各专项研究将分别撰文详细介绍研究的方法与具体结论。2 地基基础设计本工程含二层地下室，包括各塔楼以下对应的部分和中间的纯地下室部分。整个地下室东西长约2 5 6 m ，南北宽约1 5 2 m 采井j 钢筋混凝士梁式筏板基础，地I - 室结构连成一个整体，不设永久变形缝分隔，地下二层局部为5 级和6 级人防。2
5、 1 超长地下室整体结构设计由于建筑形体的复杂和使用功能的严格限制，不允许设置永久变形缝将地下室划分为若干个单元。设计时在高塔与纯地。r 室结构之间设置沉降后浇带( 沉降后浇带要求主体结构封项后封闭) ，高塔和纯地下室内部结构每隔4 0 m - 5 0 m 设置施工后浇带( 施工后浇带要求在二侧混凝土施r 完成二个月后封闭) ，通过后浇带的设置将超长地下室划分为若干独立的结构施工单元，同时通过加强建筑保温围护，在超长地F 室混凝土结构构件中掺入适量的微膨胀剂，通过计算对地F 室楼板进行加强板厚及温度配筋等多项措施来满足地下整体结构的设计要求。本工程地上结构为九塔连体，地震作用计算十分复杂，为简
6、化设计计算，需将地下室顶板作为上部结构的嵌周端考虑，按此要求设计的地下室应满足刚度、柱配筋及顶板厚度等规范要求。2 2 纯地下室抗浮设计纯地下室部分尺寸约为2 1 0 m X 8 3 m ( 长宽) ，工程地质及水文资料提供的抗浮设防水位为地表下2 3 m 而地下室基坑深达1 0 m 以上。由此引起的地下水附加浮力对纯地下室结构的影响是不容忽略的。此外，由于采用地源热泵设备系统，地下室底板下分布有6 0 0多根管井，这些管井的先期施| 1 ：对地下室底部的天然地基土扰动很大，从而也会影响纯地下室底部的天然地基承载特性，基于以上请方面不利因素的考虑，最终从加强配重抗浮和设置抗浮桩二方案中选择了抗
7、浮桩的设计方案，通过桩的合理布置，使抗浮桩既能抗浮又能抗压，也较好地弥补了地基土因扰动而削弱的问题。2 ，3 地基基础差异沉降协调设计由于高塔、裙房及纯地F 室连为整体，必须对不同高度结构之间的差异沉降进行合理的协调设计控制才能满足整体设计要求。本工程均采用粱伐基础，而承载地基则分别采用了三种不用的方案如下；( 1 ) 纯地下室部分采用天然地基加抗浮桩( 2 ) 裙房部分采用天然地基( 3 ) 高塔部分采用C F G 桩复合地基，C F G 桩的设计要求为结构最终沉降量不大于4 0 r a m ，后期沉降量( 结构封顶后) 不大于1 5 m m ，倾斜不大于0 0 0 1 5 。通过对以上三种
8、地基方案的承载力、基础沉降等进行完整的计算分析，结合合理地设置结构沉降后浇带，待高塔结构主体自由沉降基本完成后再封闭厉浇带以减少高塔结构的后期沉降，同时加强整个建筑的沉降观测等，较好地解决了本工程并单体间差异沉降的协调设计问题。3 连体结构设计2 9 4 第十九扁全国商层建筑结构学术会议论文2 0 0 6 年本工程地上9 个塔楼在顶部通过8 个连廊相互连接，连廊中分别设置游泳池、休闲及健身等功能，需要同时满足结构的安全性和正常使用的舒适性要求，为结构设计带来了极大的困难。为确保连廊与备塔楼在地震作用下受力明确，在各连廊的两端设置了隔震支座设计中通过大震下的时程分析确定连廊与塔楼的相对位移和相互
9、作用力，而在塔楼设计时采用塔楼独立的分析模型，将连廊的作用力额外施加的分析模型中去。3 1 连廊竖向地震分析本工程的连廊跨度为3 0 m 5 5 m ，都属于大跨度结构，需要考虑竖向地震的影响。抗震规范中给出了大跨度结构竖向地震的简化计算方法【l 】，8 度区按重力荷载代表值的1 0 取用。但这一简化方法是建立在大量的地面大跨度结构的计算分析基础上的与本工程的实际情况存在一定出入，本工程的连廊都是位于结构的1 3 层左右的高度。结构本身的竖向振动对连廊的竖向地震存在一定的放大作用，因此，设计中采用了竖向反应谱方法和竖向时程分析方法对连廊的竖向地震进行了分析。反应谱法分析时竖向地震反应系数取水平
10、反应系数的6 5 ，竖向时程分析分别采用了E 1 C e n t r o 波( 竖向记录) 、P e t r o l i a 波( 竖向记录)及一条人工波进行，其峰值加速度调整为水平地震峰值的6 5 。进行竖向地震分析时，主体塔楼结构的阻尼比取为5 ，悬挑钢结构和连廊钢结构的阻尼比取为2 ，分析工作采用S A P 2 0 0 0 程序进行。表l 中列出了竖向罕遇地震作用下连廊B 1 2 各支座的竖向反力。表1竖向罕遇地震作用下B 1 2 支座反力支座E l C c n t r oP e t r o l i a人工波平均值13 29 1 0 35 7 0 3 6 89 23 85 8 2 O 5
11、 86 5 9 7 35 29 1 2 6 7 9 7 4 9 2 3 43 0 6 8 6 0 5 33 5 6 7 注：P 袁示竖向竿遇地震作用下支鹿的反力；P 嘶表示重力荷载代表值作用下支座的反力竖向罕遇地震作用下，单条波作用下隔震支座的最大竖向反力为重力荷载代表值下的1 2 6 7 ，三条波平均的支座最大竖向反力为重力荷载代表值的9 2 3 。这一结果说明，位于高位的大跨度连廊的竖向地震反应比规范推荐的简化计算公式要大，并且罕遇竖向地震作用下支座可能受拉。因此设计中取重力荷载代表值的2 0 作为小震下的连廊竖向地震作用。考虑到连体部分的重要性。连廊构件按中震作用进行弹性设计，支座和安放
12、支座的构件的安全度应高于连廊结构，满足人震承载力要求，并具有抗拉能力。3 2 连廊水平地震分析大量的震害表明，弱连接连廊设计的关键是两端支座的设计，在保证连廊结构本身可以承受地震作用外。还要确保支庳具有足够的变形能力，主体的支撑结构有足够的强度根据竖向地震分析的结果。本I 程连廊的隔震支座还应该可以承受拉力。2 9 5第十九届令国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 6 年本_ 程设计中采用了抗拉型摩擦摆支座，该支座根据摆的原理，利用结构的上下摆动和接触面的摩擦耗散地震能量，支座尺寸小，并能提供抗拉能力，可以满足工程需要。设计中选用的摩擦摆支座弧形表面的半径2 2 4 m ，摩擦系数4 ，隔震后
13、连廊的水平周期为3 s ，隔震支座的回复力模型见图3 。f删嗣 f图2 抗拉型隔震支座圈3 隔震支座工作原理及滞回曲线在S A P 2 0 0 0 中有这种支座的计算模型，输入摩擦系数和摆的半径就可以模拟支座在地震下的性能。采用这种隔震支座后，支座属于非线性单元。需要进行非线性时程分析才能得到连廊和塔楼的真实反应。设计中对比了独立塔楼、3 个塔楼连体和8 个塔楼连体的计算模型，计算表明，1 ) 采用隔震支座后，考虑连廊的模型与独立塔楼的振动特性基本相同，基底剪力稍小于独立塔楼的模型。基于这一结论，塔楼设计中采用塔楼独立的分析模型再将连廊对塔楼的作用力附加到塔楼上。2 ) 连廊对塔楼总基底剪力的
14、影响很小，设计中主要考虑其支座所在楼层的影响。分析结果显示，本工程连廊对塔楼支座层的剪力影响小于4 ，尤其是大震下支座开始滑动后，影响更小，所以在设计中人为将支座所在楼层指定为薄弱层，将其地震剪力放大1 5 ，就可以充分反映连廊对塔楼的影响。对于直接安装支座的构件，采用大震时程分析的结果校核配筋。3 ) 在3 个塔楼连体模型分析中，中间塔楼的结果与8 个塔楼连体的模型结果非常接近，说明本工程在使用隔震支座后，考虑一个塔楼两侧的连廊时，基本可以反映这个塔楼的受力情况，远端的连廊对本塔楼影响很小。4 ) 连廊支座的相对位移量由塔楼的相对位移和连廊一支座系统的振动组成，通过非线性时程分析可以得到_
15、大震下支座的相对位移本工程计算得到单条波的晟大支座相对位移为4 0 6 m m ，三条波平均的最大支座位移为3 2 4 m m ，设计采用了最大位移能力5 0 0 m m 的隔震支座，并在两个方向都设置了防坠落的限位装置。3 3 连廊舒适度分析本结构的连廊跨度较大，尤其是其中跨度5 5 米的连廊B 6 9 ，竖向自振周期为0 4 s ，难以达到城市人行天桥与人行地道技术规范( C J J 6 9 9 5 ) 口1 规定的自振频率在3 H z 以上的要求，因此必须进行连廊舒适度的验算。国外设计手册中提供了简化计算楼板振动的方法，但对于本工程这样的复杂体系无法直接套用简化公式，而是需要直接采用步行
16、激励进行2 9 6 一窜第l + 九届牟国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 6 年时程分析。时程分析中参考了文献【3 】中介绍的步行激励的模式，并在建研院结构实验室进行了步行荷载的测试，利用简化的步行荷载进行计算，通过结构构件的调整，并对部分连廊的建筑布局进行适当的限制，满足了连廊在步行荷载作用下舒适度的要求，竖向加速度小于O 2 5 m s 2 4 塔楼抗震分析4 1 结构体系本工程结构主要采用以下两个抗侧力结构体系：钢筋混凝土核心筒和十字型剪力培( 部分配有型钢) ；局部带斜撑的外框架。核心倚与十字型剪力墙带斜埠框架图4 主要抗侧力结构图5 核心筒与十字型剪力墙布置( T 9 )两个体系共同承担了风和地震引起的结构倾覆力矩与剪力。因为本工程在顶部存在较大的悬挑，除一般结构采用的核心筒外，增加了十字型的剪力墙以抵抗悬挑结构产生的倾覆力矩。对裙房部分也设置了筒体本工程结构比较复杂，为增
