高层转换结构嘉润·中华园结构设计

2015-12-25林潇

建筑设计管理 2015年1期

关键词：裙房侧向层间

林潇

（沈阳市规划设计研究院，沈阳 110004）

高层转换结构嘉润·中华园结构设计

林潇

（沈阳市规划设计研究院，沈阳 110004）

嘉润·中华园A、B座为一幢转换层设置在5层且结构竖向不规则的复杂高层建筑。本文以设计总结的形式介绍了嘉润·中华园A、B座的结构设计及其特点，从基础设计直到总体结构分析并着重阐述了采用概念设计如何处理高位转换与结构竖向不规则带来的等效侧向刚度比和层间位移，层间位移角的超限问题，以及在实际工程中如何采取结构做法加强此类不规则建筑，结合规范在应用中使设计更加完善，建筑更加合理。

结构竖向不规则；等效侧向刚度比；层间位移；层间位移角

0 引言

嘉润·中华园A、B座位于沈阳市和平区北二马路与南京街交叉十字路口的东南角。本工程由辽宁嘉润房产开发有限公司投资兴建，为一栋综合性建筑。该建筑为1与5层裙房相连的塔楼，地下2层，地上29层。地下室为汽车库及设备用房，地下2层为六级防空地下室。地上1～5层为商业及娱乐场所，6～29层为住宅。嘉润·中华园A、B座总建筑面积50 669 m2，建筑总高度：主体96.95 m；裙房23.95 m。地下室底板面标高为-7.9 m（详见图1）。

图1 剖面图

1 基础工程

工程地质勘测结果表明，该场地稳定性好，场地土类型为中硬场地土，建筑场地类别为Ⅱ类，地震烈度7度时不会产生地震液化。场地内自上而下的土层分布如下：杂填土层：平均厚2.5 m；中砂层：平均厚3.5 m；粗砂层：平均厚4 m；砾砂层：平均厚10 m。本工程高层部分采用筏板基础，板厚2 m，持力层为砾砂层，承载力标准值为620 kPa，裙房部分采用柱下独立基础，持力层为粗砂层，承载力标准值为390 kPa。

2 主体结构设计

该建筑为主体与裙房相连的单塔楼复杂高层结构，地下2层，地上29层，5层为转换层，5和6层间夹层为设备层。

结构采用框支剪力墙结构。根据建筑要求，裙房和主体之间不设缝，主体与裙房相连，造成了整个建筑竖向布置不规则，并且该工程为5层高位转换，属于抗震设防特一级的复杂高层建筑，整个建筑的重心和主体的形心相差较多，对抗震很不利。为了保证抗震设防的连续性，确保建筑物在地震荷载作用下有连续的防倒塌能力，在裙房的角部设置了3～4片剪力墙，使其在地震作用下能分担裙房部分的地震荷载。同时，结构计算时，等效侧向刚度比RE≤1.3的条件不满足，需要在转换层以下增设剪力墙，而主体部分由于建筑条件限制，不能增设墙体，只能在裙房部分设置，而把剪力墙设置在裙房的角部，也解决了建筑物角部位移过大的问题。

2.1 结构构件尺寸

1）楼板厚度：±0.000 m层楼板和-4.000 m层楼板厚度200 mm，1～4层楼板厚度150 mm，转换层楼板厚度250 mm，转换层以上各层采用220 mm厚预应力混凝土楼板。

2）一般框架梁400mm×700mm，转换梁600mm× 2 000 mm。

3）柱截面：裙房部分框架柱600 mm×600 mm（700 mm×700 mm），框支柱900 mm×900 mm（1 100 mm×1 100 mm）。

4）剪力墙：转换层以下墙厚400 mm，转换层以上核心筒墙厚沿高度变化，分别为300 mm，250 mm，外圈墙厚250 mm。

2.2 各构件混凝土强度等级

1）筏板基础及地下室外墙、底板为C30。

2）各层梁为C40，各层板为C30。

3）框架柱为C40，框支柱为C60，剪力墙沿高度变化分别为C60、C50、C40。

3 结构计算及结果分析

本工程采用中国建筑科学研究院研制开发的《PKPM-SATWE》（2004.9版）进行计算。

3.1 主要荷载取值

基本风压为0.5 kPa，考虑高层建筑适当提高20%。风压系数、体型系数、风振系数按规范取值。按7度地震区，Ⅱ类场地土进行抗震设防。

3.2 结构自震周期（见表1）

表1 结构自震周期

3.3 水平地震总剪力

X方向：Qox=5 177 kN Y方向：Qoy=4 510 kN

3.4 地震及风荷载作用下最大层间位移及最大层间位移角

X方向地震作用下最大层间位移：1/3 272，位移角：1.14。

Y方向地震作用下最大层间位移：1/2 935，位移角：1.21。

X方向风荷载作用下最大层间位移：1/9 952，位移角：1.13。

Y方向风荷载作用下最大层间位移：1/7 795，位移角：1.35。

4 结构等效侧向刚度比的控制

对于高位转换结构，等效侧向刚度比RE≤1.3，RE应接近于1，RE=Δ1H2/Δ2H1。H1取嵌固部位到转换层的高度，H2取转换层以上，小于等于H1的楼层高度；Δ1为转换层及其下部结构的顶部在单位水平力作用下的侧向位移，Δ2为转换层上部若干层结构的顶部在单位水平力作用下的侧向位移。RE控制的是，转换层以下部位的等效侧向刚度不能太小。在本工程中，主体部分转换层以下核心筒部分的墙体可以落下，其余部位受建筑条件影响很难增加剪力墙。同时，本工程属于竖向不规则结构，建筑物由于形心与质心不重合，偏心距较大，抗震计算中，扭转振型对结构位移的影响很大，如果把剪力墙全部设置在主体的部分，会造成结构的扭转效应明显，角部位移过大。所以把增设的剪力墙放在裙房的角部，这样，既增加了转换层以下的结构等效侧向刚度，又使得建筑物在地震荷载作用下具备一定抗连续倒塌能力，同时能对建筑物由于形心与质心不重合引起扭转而造成的角部位移起到控制作用。

本工程中，在建筑条件允许的情况下，增设的剪力墙依然不能满足等效侧向刚度比RE≤1.3的需要。考虑到转换层上部结构等效侧向刚度过大，而核心筒部分的剪力墙不应太弱，所以将外圈的剪力墙厚度由300 mm改为250 mm，经过计算，上部墙体满足要求。这样，降低了上部刚度，等效侧向刚度比RE也控制在1.25，满足规范要求。