天津市地铁大厦超高层建筑结构设计的研究.pdf

天津市地铁大厦超高层建筑结构设计的研究陈敖宜王跃辉第36卷增刊建筑结构(天津市建筑设计院300074)2006年6月[提要]天津市地铁大厦高度为163m，属于超高层建筑，采用混合结构体系，结构形式为框架一混凝土核心簿体系，外框架结构的框架梁采用型钢混凝土梁，对框架柱进行了优化设计，采用两个方案进行了深入的}匕较分析研究。第一方案采用型钢混凝土柱，第二方案采用圆钢管混凝土柱，通过比较分析，前者柱截面较大，影响了建筑使用面积．且用钢量较多，但对结构整体剐度贡献有所提高。第二方案采用钢管混凝土柱，截面缩小了20％，增加了使用面积。钢材节约20％左右，且施工简单，结构整体刚度满足设计要求，特别是其延性性能优越。通过研究，工程采用钢管混凝土柱-型钢混凝土梁框架一混凝土核心筒结构体系，使工程经济造价合理．且结构抗震性能达到较高水平。[关键谲]超高层型钢混凝土柱钢管混凝土柱Manglan／Cben300074，China)high-risetbeperformance．1Keywords：super工程概况工程坐落于海光寺．地下3层，地上42层，建筑物主体为办公楼，裙房6层为商业用房，地下建筑兼作地铁出人口、集散厅和部分设备用房。标准层建筑平面如图1所示。地下层3高3．7m，地下层2高3．6m，地下层1高6．0m，地上高度为163m，总建筑面积：8．3万m2。工程为超高层建筑，设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，基本地震加速度为0．159，场地Ⅲ～Ⅳ类。采用框架一核心筒混合结构体系。外框架体系必须具有较强的抗震性能，成本低，技术先进。按材料划分可选择：纯钢结构。型钢混凝土结构，钢管混凝土结构。其中钢结构框架刚度较弱，与钢筋混凝土核心筒相比差距较大，且成本较高，未采用。针对选择型钢混凝土柱框架和钢管混凝土支柱框架，从结构性能上、技术经济、建筑使用功能等方面进行了深人比较研究。两种结构方案概况2，1型钢混凝土框架柱结构方案该方案的特点是刚度大，抗震性能比钢筋混凝土好，柱子截面比钢筋混凝土结构小，但其抗震性能比钢管混凝土柱结构较差，且施工较复杂。经13本历次大地震表明：此类结构在地震中有一定程度破坏，其原因为型钢放在混凝土柱中间，主要承受压力．周边放置钢筋，其抗弯承载能力主要靠周边钢筋，在反复地震荷载作用下，箍筋对混凝土的约束作用较差，以致混凝土发生破坏和主筋屈曲，影响其抗震能力和延性性能。工程拟采用型钢混凝士结构的主要构件尺寸为：边柱地下层3～层23为1100×1100，以上减至900×900；中柱地下层3一层13为i300，层13～23减为1000，其上改为900柱内型钢采用十字带翼缘的型钢柱：500x20。混凝土强度等级为C55。2．2钢管混凝土柱结构方案钢管混凝土结构的特点为：结构延性好，抗震性能高。钢管混凝土柱由于其钢管包住全部混凝土，所以在地震作甩下，延性性能相当高，根据国内有关研究资料表明。当长细比^=17～23，套箍系数f≥0．9时，在地震反复荷载作用下，尸也曲线无下降段，即其刚度和强度不退化。但型钢混凝土结构会出现较大幅度的刚度和强度退化。钢管混凝土柱承载力高。由于用钢管包住混凝土，故混凝土承载力得到很大提高，提高幅度约在30％～50％左右。Hjgh-riseTla埘InAoyi，WangYuehui(TianjinInstitute，TianjinAbstract：TianjinStructureDesignofSubwayArchitecluresubwaymansionisbuilding．TheframeRCtubeadoptedTheshapesteelbeamusedinframe，andthecolumndcsignoptimized．Thecoluran，shapeandsystemapplied．Thedesigneconomical，andhasgoodseismichigh-rise；shapecolumnieohmn122．116300×1000×1x900。25020superstructureouteracorealexX
dm采用平面钢管混凝土柱的主要构件尺寸：边柱：地下层3～层13为m1000×20，层13～23为币l18，层23至顶层为,女90018；中柱：地下层3～层13为由l200×20，层13～23为由l20，其上改为4,9008。混凝土强度等级为C55。两种方案经济技术指标比较研究3．1两种方案用钢及混凝土量比较分析按照设计要求，对型钢混凝土柱和钢管混凝土柱分别进行了设计，并根据设计详图进行了用钢量和混凝士量的比较分析。见表1。2两种结构方案的计算结果比较分析(1)地震反应谱分析主要结果型锅混凝土结构柱方案的震动周期：rl=3．6569s，tOs，￡=2．2105s。最大层问位移：△