第十七届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 2 年西安天彩大厦结构设计林向军( 总参工程兵第四设计研究院北京I 0 0 8 5 0 )提要本文介绍一个高层钢筋砼结构。西安天彩大厦是一座高度为1 0 6 米( R C 顶高度) 的高层钢筋砼建筑，采用框架一剪力墙核芯筒结构体系，抗侧力结构和承重结构合理简单。其中梁、柱和剪力培为钢筋砼结构框架梁采用宽扁粱以降低层高，底层框架柱采用高强砼，基础采用钢筋砼钻孔灌注桩。关键词框架一剪力墙核芯筒结构高层建筑，高强砼钻孔灌注桩。1 工程概况西安天彩大厦为于西安市金花路与长乐东路交汇处的东南角，西与“香格里拉金花饭店”，北与“西都大厦”隔路相望。是一座集商场、办公和高档公寓为一体的综合性高层建筑。它由四层裙房及主楼组成，平面呈长方形布置，总建筑面积为5 2 0 3 0 平方米。主楼地下室二层，其中地下- - 层为设备机房及人防地下室，层高4 3 米，地下一层为汽车库，层高3 6 米。主楼地面以上共二十九层( 含上、中、下三个设备层) 一层为入口及商场，层高5 8 米；二至四层为商场及餐厅，层高4 8 米，五层以上为办公和公寓，层高为3 2 米，标准层面积为1 6 3 6 平方米。顶部为突出屋面的分为电梯机房和水箱问，自设计地面+ 0 0 0 0起算，结构总高度为1 0 6 米。主楼平面为长方形，边长5 4 7 0 x 3 4 1 2 米。标准层平面、建筑立面及剖面图分别见图1 一图3 。 本工程抗震设防烈度为8 度，丙类建筑。抗震等级：框架为一级，剪力墙为一级：场地为类场地，中软场地土。2 结构体系及主要结构尺寸2 1 竖向结构体系根据建筑功能要求及平面布局的特点。主楼竖向结构采用现浇钢筋砼框架一剪力墙核芯筒结构体系。由于分区使用功能的要求，主楼设有两组竖向交通枢纽，为此位于平面中央的剪力墙核芯简被分为两个，有利于结构的抗震设计。22 水平结构体系由于本工程的使用分区为竖向划分，在同一标准层内即有办公区域，又有公寓住宅，因而对层高的要求也就不同，为此水平结构体系采用了宽扁粱现浇楼盖，使其在满足使用林向军男1 9 6 2 1 0 出生工学学士曩家一缓洼艟结构工程师一2 6 5 一2 6 6 一第十七届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 2 年第十七届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 2 年功能的要求下，以降低层高，节约投资。23 主要结构尺寸主楼一至四层框架柱截面为1 2 0 0 x 1 2 0 0 毫米，采用C 6 0 砼i 标准层柱子截面为L 1 0 0 x l i 0 0 、1 0 0 0 x 1 0 0 0 毫米，框架梁尺寸为6 0 0 x 5 0 0 毫米：核芯筒剪力墙厚度为3 5 0 至2 0 0毫米，砼强度等级自下而上为C 6 0 至C 3 0 并且使砼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。3 基础设计由地质部门提供的勘察报告可知，本工程地貌单元属渭河右岸I I I 级阶地，不考虑黄土湿陷性的影响，地下水位在地表下1 1 1 至1 1 8 米。建筑场地的抗震设防烈度为8 度，场地土为中软场土，场地类别为I I I 类。根据地质条件、地基承载力及结构形式等因素，经综合分析后采用钢筋砼浆钻孔灌注桩，设计桩径中= 8 0 0 毫米，桩长4 0 米，桩身砼为C 3 0 ，以承载力较高的( 7 ) 层粉质粘土层作为桩端持力层，单桩竖向极限承载力标准值为9 1 0 0 K N 。在桩的布置上力求使桩的形心与上部结构的重心尽量一致。另外，根据上部结构柱网大及剪力墙集中荷载较大的特点，为了保证上部荷载可靠的传递给桩基，要求承台梁( 板) 具有一定的刚度，以保证群桩共同有效的发挥作用，为此设计中采用了1 9 0 米厚的承台梁( 板) ，基础底板厚8 5 0 。通过桩的静载荷实验及高、低应变的检测，其结果表明单桩的实际竖向极限承载力均大丁| 设计要求，单桩桩身结构完整。目前，该工程结构已经封项，正在进行外装修，从沉降观测记录可知，目前最大沉降为68 5 m m 。4 结构设计与分析4 1 结构计算本工程抗震设防烈度为8 度，基本风压值采用W O = I I x O 3 5 = 04 K N M 2 。场地为I I I 类场地。结构计算程序采用中国建筑科学研究院编制的多层及高层建筑结构空间分析程序( T B S A 5 0 ) ，并且根据“高层规程”( J G J 3 - 9 1 ) 的规定，采用多层及高层建筑结构动力时程分析程序( T B D Y N A ) ，对结构进行了动力时程补充计算，其分区设计地震动参数按照西安市抗震设防区划采用( 本工程位于西安市场地反应谱分区图中的A l 区) ，并与按振型组合法的计算进行了比较。结构计算的主要结果见表l 至表3 ：表1 结构自振周期一2 6 7 第十七届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 2 年表2 结构位移 项目顶点位移最大层问位移 方向U ( m )u Hu ( m m )u h发生部位地震荷载X 方向8 4 0 7I 1 2 4 83 1 81 9 3 9第1 9 层作用Y 方向1 0 1 6 61 1 0 3 24 0 01 7 6 2 风荷载X 方向1 3 7 l1 7 6 5 8O 5 41 5 9 7 1第1 8 层 作用Y 方向2 9 1 01 3 6 0 81 1 81 2 7 l O表3 结构基底剪力 项目基癔总剪力标准值基底总剪力建筑物总重 方向O ( K N )( )地震荷载x 方向2 3 9 5 83 2 4 作用Y 方向2 1 5 9 82 9 2 风荷载X 方向3 1 8 00 4 3 作用Y 方向5 2 7 4O 7 1 注：建筑物总重W = 7 3 9 9 9 7K N由表1 至表3 可见，主体结构对于地震作用及风荷载作用的反应是正常的。各振型下结构白振周期、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鼍是合理的。另外，由于结构在x 、Y 方向的刚度基本接近故而从表中也可看出，两个方向的周期、位移及基底剪力基本相同。42 动力时程分析由于本工程的结构高度为1 0 5 米。抗震设防烈度为8 度，场地为I 类场地，根据高规( J G J 3 9 1 ) 第3 3 3 之规定，对结构进行了动力时程补充计算分析。计算程序采用建研院编制的动力时程分析程序T B D Y N A ，该程序可与T B S A 程序接力运行。分析时地震波选用了三条西安市建设工程抗震设计时程分析输入地震波参数：a a l I d a t ，a a l 2 d a t a a l 3 d a t波，按多遇地震计算时( 5 0 年超越概率6 3 2 ) 所采用的地震加速度分别为：A m a x 2 5 4 1 6 9 a l ，A m a x = 5 9 2 0 9 a - I ，h m a x = 7 1 3 0 9 a l 。计算的x 、Y 方向的水平位移和楼层剪力、弯矩包络图与按振型组合法( S R S S ) 所得到的结果比较，从动力时程分析的结果看到，x向、Y 向按动力时程分析得到的位移、剪力及弯矩基本上小于按S R S S 法计算所得结果，因 此，仍以T B S A 程序计算结果作为设计依据。5 结语51 保持竖向刚度变化的均匀按抗震概念设计要求，刚度有较大突变的结构部位会引起较大的应力集中，设计不周会产生薄弱楼层的先行破坏，因此，要增加竖向构件的刚度。使加强层上下若干层的刚度 一2 6 8 第十七届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 2 年和缓变化，并加强底层的结构刚度。由于本工程层高较低，标准层的柱子大多形成了短柱。这对于抗震设计不利，为此在施工设计时对于短柱其箍筋采用复合箍筋并沿柱全高加密箍筋直径o1 2 ，体积配箍率大于I 4 。同时严格控制底部几层柱的轴压比，使柱子的配筋率控制在3 以内，以提高柱子的延性及变形能力，避免刚度突变。52 加强结构构造措施，一地震是一种复杂的随机运动，目前尚无精确的计算方法，因此在工程设计当中，为保证结构的安全，除以计算结果作为设计依据外，还应根据工程的特点采取不同的结构构造措施。本工程中剪力墙周边均设置了暗柱、暗粱，严格控N d , 墙肢的轴压比 06 ，并适当加厚底部剪力墙核芯筒的墙体厚度，使其承担的地震作用产生的倾覆弯矩大于5 0 ，以利于柱子的抗震。另外，由于连梁在水平力的作用下产生较大的弯矩和剪力，其截面难以满足抗剪及配筋要求，为此采取了以下措施：对于底部几层( 层高较高) 采用设置上下双连梁，中间留有5 0 m m 的缝隙：对于标准层则考虑连梁弯矩设计值作适当的降低，同时提高相邻几层连梁的弯矩设计值，加大配箍量，提高连粱的塑性变形能力，并适当提高与之相连的剪力墙的配筋。本工程现已全部竣工，并投入使用，建设方及用户反映良好。参考文献c 1 钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程( J G J 3 9 1 ) 2 赵西安，高层结构设计。北京：中国建筑科学研究院，1 9 9 4 3 西安市抗震设防区划西安：西安市建设委员会，1 9 9 72 6 9 西安天彩大厦结构设计西安天彩大厦结构设计作者：林向军 作者单位：总参工程兵第四设计研究院(北京)本文链接：http:/d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_3520152.aspx 下载时间：2009年12月9日