随着我国城市经济的迅速发展, 大量建筑的兴建, 对建筑结构设计提出了更高的要求。为了满足使用要求, 同时考虑平面布置和建筑立面的完整性, 我们在该工程结构设计中解决以下几方面的难题, 即:①地下室局部夹层的层高;②大堂超大跨度空间楼盖;③主体结构超长不设缝。以下结合设计实践介绍其结构设计方法和相应技术措施。
本酒店是一座集于综合服务性建筑, 地下1层 (局部设有夹层) , 地上28层, 其中裙楼4层, 建筑平面为60m×106.7m, 高99.7m, 总建筑面积83697m2, 包括主楼66355m2, 附楼17342m2, 按五星级标准进行设计, 外墙采用花岗岩挂石和玻璃幕墙, 建成后深受用户和专家的好评。
地质勘探资料表明, 该工程场地土层自上而下分别为:
①人工填土层, 厚0.9~3.3m;
②冲积粉质粘土层, 厚0.7~6.0m, ;
③中粗砂层, 厚0.6~3.3m;
④粉质粘土层, 厚1.2~6.1m;
⑤中粗砂层, 厚0.7~7.3m;
⑥粉质粘土层, 厚0.75~2.6m;
⑦花岗岩残积土层, 厚2.3~30.6m;
⑧强风化花岗岩层, 厚1.3~39.2m;
⑨中风化花岗岩层, 厚0.7~17.7m, fr=7.1~18.3MPa, fk=2000k Pa;
⑩微风化花岗岩层, 块状构造, 坚硬, fr=10.6~40.3MPa, fk=4000k Pa。
地下水可分为两层, 上层水赋存于中粗砂层中, 富水性和透水性较好, 其它土层均为弱透水性;下层水埋藏于强风化岩与中风化岩裂隙中。场地中粗砂层渗透系数14.2m3/d, 粘土层则小于0.1m3/d。
场地范围内未发现明显构造活动, 基底为花岗岩片麻岩, 稳定性较好, 场地类别为Ⅱ类, 地震基本烈度为VI度, 可不考虑砂土液化。
根据场地地质条件以及上部结构荷载情况, 本工程基坑采用放坡开挖, 基础为ф1200~ф2200人工挖孔桩, 以fr≥10MPa的中、微风化岩作为桩基持力层, 该桩型具有单桩承载力高、造价低等优点, 结合该场地特点, 可采用先开挖地下室基坑后挖桩的方法进行施工, 有利于降低工程造价。地下室采用梁板结构, 因不要求做人防设计, 故地下室顶板和底板厚度分别取150, 400mm, 外墙厚度为350mm。±0.00以下采用C35混凝土, 底板和外墙配筋间距控制在150mm以下, 以控制裂缝产生。在浇筑核心筒电梯间承台时, 以2m×2m布置ф50钢管, 以利于大体积混凝土的散热, 控制和减少温度裂缝的产生。
本工程属高层建筑, 当地建设主管部门要求将其抗震设防烈度提高到Ⅶ度, 地下室为停车场, 局部设有夹层, 1~4层为跨度27m×45m的大堂及多功能厅, 采用大空间布置, 标准层主要做客房用途。
根据建筑平面布置及使用功能要求, 本工程采用框架-剪力墙结构体系, 在建筑方案设计阶段, 结构设计人员就已参与方案设计, 并把结构抗震概念设计尽早融入初步方案中, 如有意识将楼梯、电梯等竖向公共交通尽量布置在建筑物中心部位, 并利用楼和电梯间设置剪力墙, 使纵横向剪力墙形成一个抗侧力很大的剪力墙筒体, 与框架梁柱共同形成抗侧力结构体系。
裙楼结构主要剪力墙厚450~250mm, 由于柱距较大, 由梁传来的柱端弯矩也较大, 且主要由水平力引起。考虑到建筑物整体刚度的要求, 以及"强柱弱梁"的原则, 柱截面尺寸除应满足轴压比要求外, 柱距较大的柱和大空间顶部几层柱的截面均不宜过小, 故裙楼大空间柱截面设计为700×l500, 主楼500×l000等。楼盖除大空间部分采用后张法预应力结构外, 其余均采用普通梁板结构, 各层剪力墙、柱混凝土强度等级分别为:5层以下C45, 6~12层C40, 13~19层C35, 20层至顶层为C30。各层梁、板混凝土强度等级分别为:5层以下C35, 标准层C3O, 其变化与墙和柱截面变化错开1个楼层。
地下室层高6.5m, 其中夹层层高3.2m, 为了最大限度地增大净高, 我们在首层楼板采用了GBF空心无梁楼盖技术, 即由暗梁和非抽芯式空心楼板组成现浇混凝土空心楼盖, 楼板厚320mm, 空心管采用GBF高强薄壁管。结构计算时我们根据等效刚度法对该楼盖进行等效处理:①管与管之间的肋梁等效为工字形肋梁;②在此基础上再等效划分为柱上板带和跨中板带;③柱上板带等效成扁梁用TBSA计算, 跨中板带则按普通无梁楼盖进行设计。通过采用该技术, 满足了业主对楼层净高的要求, 但又不增大总高度, 且夹层天花不需进行二次吊顶装修, 有效降低了综合造价, 建成后经实际使用验证得到了业主的高度评价。
本工程大堂设计为27m×45m、高18m的超大空间, 为了满足业主和建筑设计的要求, 我们对27m和45m的纵横梁均采用后张拉无粘结预应力梁.并采用两端张拉的施工方法, 其中27m跨的梁为主梁, 高1.6m, 约为跨度的1/17, 梁宽考虑“强剪弱弯”原则及施工因素 (包括预应力筋和非预应力筋的布置、锚具布置等) , 取750mm;而45m跨的梁为次梁, 梁高900mm, 宽500mm, 为便于张拉, 把边跨6m跨梁也设计成预应力梁, 使得张拉端可设在建筑物外边。为了提高无粘结预) 应力框架梁的抗震能力和延性, 严格控制预应力度在0.7以下, 并控制裂缝宽度在长期荷载作用下, 不出现拉应力;增加梁中非预应力筋数量, 提高梁配箍率。通过采取上述方法, 保证了结构安全度, 并同时满足建筑要求, 达到了预期效果。
由于27m跨的梁一端支承在边柱上, 故柱顶分配的弯矩很大, 为了更好地解决这一问题, 我们采用了类似铰接支座的做法, 分别在柱顶和梁底设置钢板, 使梁和柱形成铰接节点, 从而大幅减小柱顶弯矩, 如图1所示。
该工程裙楼平面为106.7m×60m, 塔楼高28层, 裙楼4层, 为了保证建筑立面的完整性, 并考虑结构上设置变形缝引起的防水问题等, 决定主体结构采用不设伸缩缝的方案。根据规范现浇钢筋混凝土框架伸缩缝最大间距为55m (屋面设保温隔热层) , 本工程结构长度已超出规范成倍之多, 为了经济合理地解决这一技术问题, 经分析比较并参考大量工程资料, 决定在结构设计、施工工艺、建筑材料方面采取以下措施:
(1) 在⑦~⑧轴间从底板到天面设置后浇带, 把整个建筑在施工过程中分成2个单元, 以减少混凝土早期收缩变形对整个结构的影响, 后浇带采用微膨胀混凝土在浇筑60d后进行施工。
(2) 各层楼面板面筋双向设置, 并设梁板温度加强筋, 以抵抗温度应力。
(3) 屋面采取保温隔热措施, 采用珍珠岩保温层和架空加气混凝土隔热层。
(4) 严格控制材料质量, 采用现场设置搅拌站泵送混凝土的施工方法, 保证混凝土质量稳定可靠。
(5) 注意合理养护, 混凝土的浇注必须振捣密实, 不得漏振, 在硬化10~12h后即浇水养护, 铺麻袋保湿养护14d, 待混凝土强度达到设计强度90%以上后方可拆模。
(6) 后浇带混凝土浇注前必须将带内积聚的垃圾清理干净, 不得有积水现象, 对后浇带两侧松动软弱的混凝土应进行清除, 混凝土浇筑后应振捣密实, 使新旧混凝土紧密结合。
由于采取了以上措施, 本工程竣工至今使用情况良好, 均未发现裂缝和渗漏现象, 得到了业主好评。
本工程采用TBSA5.0版进行计算, 并采用时程分析程序验算地震反应, 各主要参数取值如下:抗震设防烈度为Ⅶ度, 场地类别为Ⅱ类, 风压值W=1.1×0.5k N/m2=0.55k N/m2, 框架和剪力墙抗震等级为2级。采用15个振型进行内力组合计算, 前3个振型的计算结果见表1。
注:μ、△μ分别为顶点最大值和层间最大值。
本工程根据规范要求选用了3条人工波对结构进行时程分析, 并将计算结果与振型反应谱进行比较, 结果表明X、Y向顶点最大位移和层间位移均小于振型反应谱法的结果, 层间剪力和层间弯矩均能较好地包络在振型反应谱法的结果中, 由此说明本结构具有良好的抗震性能, 结构方案是合理的。
对于高层建筑中的大空间楼盖, 可采用预应力框架梁来实现大跨度结构, 大跨度空间顶层边柱可采用铰接节点的方法减小柱的顶部弯矩。当夹层高度有限制时, 可采用GBF无梁空心楼盖有效地增大净高和降低造价。
摘要：对于超长高层主体结构, 可通过在结构设计, 施工工艺, 建筑材料等方面采取合理的后浇带设置的方式, 实现不设缝并控制裂缝的目的。本文结合某大酒店工程实例结构设计的基本思路和特点作简要的论述。
关键词：结构设计,梁板结构,抗侧力,空心楼盖
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