1、第 29卷第 4期 青岛理工大学学报VoI29 No 4 2008Journal of Qingdao Technological University复杂高层结构设计探讨侨乡广场结构设计王淑婷1，王乐生 成丽媛 3(1乳山市建筑设计院有限公司，乳山； 2青岛理工大学研究生处，青岛； 3威海市建筑设计院有限公司，威海 )摘要：对侨乡广场工程的结构设计做了较为完整地介绍，包括工程概况、地基基础设计、筏型基础设计计 算、人防设计、上部结构、大底盘多塔、转换层设计，结构整体分析等通过对复杂高层建筑结构设计的探讨，明 确地基基础设计重点在于变形设计；筏基要合理地按柱下板带及跨中配筋；对复杂高层建筑结构
2、整体及构件 分析应综合考虑；转换层结构应同时考虑整体计算结果和局部应力分析结果；对结构整体分析的设计参数确 定应慎重，要进行复核关键词：复杂高层建筑；结构设计；地基基础；人防；上部结构；大底盘多塔；转换层 中图分类号： TU355 文献标志码：A 文章编号： 16734602(2008)04 一 004604Structure Design of Complex H igh_Rise BuildingStructural Design of Weihai Qiaoxiang SquareWANG Shu-tin91 ， WANG Le-shen92 ， CHENG Liyuan3 (1 Rus
3、han Architectural Designing Institute Company Ltd， Rushan ， China ；2 Postgraduate Division ， Qingdao Technological University ， Qingdao ， China ；3 Weihai Architectural Designing Institute Company Ltd， Weihai ， China)Abstract ： A complete introduction is made to the structural design of Weihai Qiaoxi
4、ang Square ， which includes the proj ect profile ， the foundation design ， the raft foundation design calculation ， the civil air defense design，the upper structure design，the large chassis multi- towers design ， the transforming floors design ， general structural analysis etc In the present paper ，
5、 a further understanding of the elaborate highrise structures designing compute is also introduced It is clarified that the emphasis of groundwork foundation design is deformation design ， the raft foundation wants reasonable strap footing and midspan reinforcement ， the e laborate high-rise structu
6、res and its component analysis deserves comprehensively consid ered，the transforming floors structure design should be considered simultaneously with both the integration computed result and the local stress analysis result ， and therefore，the decision of the design parameter of the integration anal
7、ysis should be double checked Key words ： elaborate high-rise structures ； structural design ； groundwork foundation ； civilair defense ； upper structure ； big chassis towers ； transforming floors收稿日期： 2007一 0425作者简介：王淑婷 (1972一 )，女，山东乳山人高级工程师，硕士研究生，研究方向为结构工程 E-mail： 163 com万方数据第 4期 王淑婷，等：复杂高层结构设计探讨
8、471工程概况侨乡广场工程东西长 149 6 m，南北长848 m，建筑面积 127 624 m2，分主楼和裙楼 2部分，设两层地 下室，裙楼为 4层大润发商场，主楼为 A、 B、 C、 D 4栋商住楼，其中 A、 D栋为 29层，建筑高度为 94 2 m， B、 C栋为 31层，建筑高度为 98 6 m目前侨乡广场工程主体施工已封顶，现正进行外装修2 自然条件侨乡广场建筑场地位于威海市区黄金地段的海滨路与金线顶路交叉口之西北角，场地地形平坦，地貌类型单一，地层结构分别为 层素填土、 层粉质粘土、 层中粗砂、 层粉质粘土混砂层、 层粉质粘土、 层粗砾砂、 层强风岩、 层中风岩，场地卓越周期 0
9、 2 o 23 S，地下水位埋深为 0 9 2 6 m，水位年 变幅约10 rrL建筑基本风压按 100年重现期为 0 75 kN m2，抗震设防烈度为 7度，设计地震基本加速度值 0 1 g，设计地震分组第一组场地土类型属中硬类，建筑场地类别 类，建筑结构安全等级二级，结构设计使用年 限 50年，建筑物抗震类别 1 4层商场 (一个抗震单元内商场面积超过 10 000 m2)为乙类， 5层至顶层商 住楼为丙类3基础设计(1)本工程主楼地下二层，位于第 7层强风岩石层上，裙楼地下一层位于第 5层粉质粘土层上，考虑地 基土分布均匀，承载力较高，故采用天然地基主楼地下二层以强风化岩石为持力层，承载
10、力特征值 500 kPa( 开挖后浅层平板载荷试验确定承载力特征值为 700 l【Pa)，采用平板式筏基，筏板厚 18 m，筏板配筋 采用通长拉通配置，板上筋纵向中 25150 ，横向面 28150 ，板下筋 25150 ，核心筒支座部位附加一层 板下筋中 25150( 见图 1)裙楼地下一层，以粉质粘土层为持力层，承载力特征值为 160 kPa，采用平板式 筏基，筏板厚07 m，柱底跨度 1 3范围加厚筏板至 1 o 1 2 m，以满足柱下筏板抗冲切要求，同时亦降低 柱下支座筏板的配筋，裙楼筏板面积较大，为更好地控制造价，配筋采用柱下板带与跨中板带分离式配 筋 1I(2)筏形基础采用 PKP
11、M 系列程序 JCCAD 进行分析并结合手工补充计算，内力分析考虑地基、基础、 上部结构共同作用，采用广义文克尔理论，考虑地基土相互作用，强风岩石层基床反力系数采用 300 000 kPa m，粉质粘土层基床反力系数采用 20 000 kPa m，内力采用四边板元法进行分析，对筏板边跨及核心 筒边缘内力及配筋采用手工按 钢筋混凝土升板结构技术规范 加以复核调整，柱下板带与跨中板带按表1进行内力分配及调整 2(3) 为了满足高层建筑基础埋深 (基础 表 1经验系数法板带弯矩值侧限 )要求以及方便施工，本工程地下室将 上部 2个设缝的结构单元连为一体，整个 地下室东西长 149 6 m，南北长84
12、 8 m， 不设永久缝考虑主楼及裙楼持力层不同 且地下室混凝土结构严重超长，工程采用 留设后浇带的方法解决沉降及混凝土收缩两大难题 33后浇带 1(见图 1)设于主楼与注： 在总弯矩量不变的条件下，必要时允许将柱上板带负弯矩 10裙楼之间，位于裙楼距主楼边柱的第二跨 分配给跨中板带； 表 1为无悬臂板的经验系数，对较小悬臂板仍可采用，内 (局部为第一跨内 )，后浇带 1贯通地下 当悬臂较大月其负弯矩大于边支座截面负弯矩时，应计算悬臂弯矩对边支室底板、侧墙、顶板梁以及上部结构各层楼 座与内跨的影响板梁，待主楼主体施工完成后方可浇筑；后浇带 2(见图 1)沿裙楼大体积混凝土每隔 30-40 m设置
13、，其贯通地下室顶、底板及侧墙，在其两侧混凝土浇筑完2个月后浇筑地下室大体积混凝土均采用中低强度等级混凝土(C35)，优化水灰比不大于06，选万方数据青岛理工大学学报 第 29卷用中粗砂，控制砂率不超过 40，底板及侧墙混凝土采用补偿收缩混凝土，除满足抗渗要求外，混凝土水 中养护14 d的限制膨胀率应大于 0 02，膨胀剂掺入量由试验确定，后浇带混凝土水中养护 14 d的限制 膨胀率应大于 0 04基础筏板混凝土掺人适量粉煤灰，采用 R60强度图 1基础平面图(4)地基基础设计等级为甲级的建筑物，地基变形设计成为地基基础设计的重点，本工程勘察报告依 据 高层建筑岩土工程勘察规程 (JGJ 722
14、004)，计算主楼沉降为39 mm；设计过程中，依据 建筑地基基 础设计规范 采用分层总和法计算，主楼沉降约为 25 mm，附楼沉降约为 10 mm但对于岩石地基钻孑 L勘察时无法真实确定其承载力及变形特性，考虑本工程地基基础设计的重要性，设计图纸中要求在基槽开挖 完成后必须先进行平板载荷试验，以确定强风岩石的承载力及变形特性试验中当载荷板加载至设计荷载450 kPa时，其实际观测沉降为 5 mm；当加载至 800 kPa时，其实际观测沉降约为 8 mm强风岩地基承载万方数据第 4期 王淑婷，等：复杂高层结构设计探讨 49力特征值载荷板试验提供为 700 kPa，比原勘察报告通过经验法确定 5
15、00 kPa高出 40。目前工程主体基 本封顶，主楼观测沉降约为 3 mm，裙楼沉降约为 1 2 mm工程实践表明对于岩石地基及大面积的筏板 基础，采用规范提供公式 (方法 )进行变形计算，并不能真实地反映建筑物的实际变形，大量的工程仍离不 开实践经验的指导本工程主楼荷载大，座于较硬的强风岩土层上，裙楼荷载小，座于较软的粉质粘土层上，这是控制差异 沉降的有效办法在主楼与裙楼交接处，持力层不同，工程中采用底部回填毛石混凝土，顶部留有 2 0 m 深回填级配砂石，通过人工地基，使主楼、裙楼变形协调，同时加强交接处配筋(5)地下一层按人防要求设置 6级人防地下车库，设置初期考虑平战结合方式，战时在柱
16、距大的跨中 设置钢柱，降低梁截面及配筋但实际设计中，地下车库内车道较多，不宜设置过多的钢柱，于是采用普通 主次梁形式，主梁截面为 400 mmX800 mm，顶板厚 200 mm，人防外墙厚 300 mm人防外墙兼挡土墙，在 竖向荷载及水平荷载作用下，按偏心受压构件计算，配筋支座与跨中分离式配置，相对传统的水平荷载作 用下按纯受弯构件计算大大节省钢材4上部结构(1)多塔楼连体大底盘本工程于中间部位设一道伸缩缝将整个主体分为两部分东西两侧分别为 2 栋连体塔楼，使用功能的合理导致塔楼平面布置不对称，塔楼与底盘结构质心、刚心偏差较大在大底盘结 构布置上，充分利用裙楼楼梯间等部位增设剪力墙以调整底盘
17、刚心，增大底盘整体抗扭刚度，使塔楼结构 与底盘结构质心、刚心的距离符合规范要求结构整体分析时按多塔结构计算并考虑高振型相互干扰的影 响，另外对单塔楼进行受力分析并进行配筋结果比较(2)高位转换本工程因建筑功能需要在四层顶设转换层，转换形式为箱型转换层 4，转换大梁最大截 面08 mX2 2 n转换层以上为 27层纯剪力墙结构，以下 4层为框支剪力墙结构，与商场裙房框架连为 一体在转换层布置上，为解决竖向刚度突变问题，在建筑许可的情况下，争取尽量多的剪力墙落地，并加大底层墙厚度 (最大厚度达 600 mm)塔楼四角墙体落地，形成巨型 U形剪力墙，以增强塔楼自身抗扭转能力转换层以上墙体开洞尽量居中
18、，这样有利于减少墙体刚度并减少自重，下层墙尽量布置成拐角墙，使转换层上墙体均直接落在转换主梁上5经计算，主体结构转换层上下层结构等效剪切刚度比为：一1198 0， (讥， =1 188 3，均小于 1 3；上层与底盘等效剪切刚度之比，西部结构单元：一 0 696 4， 7鲫一0869 1，东部结构单元 -0 706 1，儿，=o885 4，均符合高层建筑混凝土结构技术规程 (JGJ32002)第 lo 2 4第二条附录 E的规定依据建筑抗震设防分类标准，本工程地上14层商场部分属乙类建筑，应符合本地区抗震烈度提 高一度的要求，依据 高层建筑混凝土结构技术规程 表 4 8 2框支框架及底部加强区
19、剪力墙抗震等级均 为一级，同时依据 高层建筑混凝土结构技术规程 转换层位于 3层及以上者，框支柱及底部加强区剪力墙 抗震等级提高一级采用，故本工程框支柱及底部加强区剪力墙抗震等级取为特一级底部加强区以上纯剪 力墙结构剪力墙抗震等级为三级在特一级抗震的问题上因目前国内特一级抗震工程很少，程序考虑不充 分，需进行手工复核墙柱尤其剪力墙约束边缘构件等部分的配筋率，该部分较为烦索，但并不复杂，不再赘 述(3)本工程按规范要求应采用 2个不同力学模型的结构分析软件进行整体计算，且应采用弹性时程分 析法进行多遇地震下的补充计算本工程全部采用中国建筑科学研究院的 PKPM系列工程软件，整体分 析采用多层及高
20、层建筑结构空间有限元分析与设计软件 SATWE及多层与高层建筑结构三维分析与设 计软件 TAT进行分别计算比较，采用高层建筑结构动力时程分析软件 TAT_一 D进行补充计算，高精度 平面有限元框支剪力墙计算及配筋软件 FEQ进行单榀框支墙局部受力分析 6，本工程转换部位最终采用 整体分析计算结果并采用手算校核的方法进行概念控制，结果较为合理(下转第 104页 )万方数据青岛理工大学学报 第 29卷参考文献：E13 Youssef SaabMichael VanPutte Shortest Path Planning 0n Topographical MapsEJ-IIEEE Transacti
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25、变形是一种非常好的办法，同时设计应清楚变形设计不完全等于变形计算 (2)对于大面积柱下平板筏基，合理地按柱下板带及跨中板带配筋，可以很大程度上节省基础配筋；地下室构件按偏压构件计算亦应比传统的纯变构件节省配筋 (3)对于复杂高层建筑，特别是接近超限因素较多时，结构整体分析及构件分析应综合考虑 7，如，大底盘多塔结构一般应先分析单塔然后分析多塔；转换层结构也应同时考虑整体计算结果和局部应力分析 结果；转换层上下层刚度比宜同时考虑单塔时刚度比及裙楼参与后的刚度比(4)对结构整体分析的设计参数确定应慎重，对整体空间分析的计算结果进行概念分析复核是非常重要的，发现异常情况必须查出原因，避免误用错误结果
26、 (特别在程序升级不稳定时 ) 参考文献：13沈蒲生高层建筑结构设计 M北京：中国建筑工业出版社， 2006 23 GBJ 130一 90，钢筋混凝土升板结构技术规程 S 3毕文凯，殷桂敏某高层建筑的结构设计 J青岛建筑工程学院学报， 2002， 23(3)： 93-97 4张晋伟建筑工程中高层建筑转换层结构设计探讨口 广东科技， 2008(2) ： 1718 5李英岩，吴善喜，郑兀全高层建筑剪力墙中连梁的设计探讨口 青岛理工大学学报， 2005， 26(5)： 124126 63李国胜简明高层钢筋混凝土结构设计手册 K北京：中国建筑工业出版社， 2003 7赵西安现代高层建筑结构设计 M北京：科学出版社， 2000(英文校审高 嵩 )万方数据
