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1、第十九屆全國高層建筑結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)會議論文2006年 蘭華.國際大廈結(jié)構(gòu)設(shè)計探討 朱杰李晨 (北京市建筑工程設(shè)計公司，100055) 提奧 關(guān)鈕詞 通過對工程實例設(shè)計的分析和研究，探討復(fù)雜體型結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路。重點(diǎn)對聯(lián)體結(jié)構(gòu)，斜柱 (斜律)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，為類似工程提供設(shè)計參考。 復(fù)雜體型結(jié)構(gòu).聯(lián)體結(jié)構(gòu)，斜柱(斜撐)結(jié)構(gòu) 1工程概況 蘭華.國際大廈位于北京市亞運(yùn)村地區(qū)，由兩棟相距24m的流線型辦公樓相連而成。工 程于2003年3月完成設(shè)計，2005年竣工并投入使用。因其新奇的造型，榮獲2004年全國 十大新地標(biāo)稱號，并獲2005年新地產(chǎn)寫字樓大獎。 本工程兩樓主體結(jié)構(gòu)均采用框架剪力墻體系，其中主樓地上2

2、2層，房屋高度89. 55m: 副樓地上10層，房屋高度45. 45m。兩樓在地下連成整體結(jié)構(gòu)，地下室共三層。 本工程結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是體型復(fù)雜。平面上，主、副樓以180夾角呈Z字型布置，并 在22米高空以三層圓形連廊相連(見圖1):各層結(jié)構(gòu)平面隨垂直支撐體系的不同而多次 變化。立面上，兩樓在六層 以下均采用了長斜柱(斜 撐)體系，主、副樓還分別 采用了多次斜撐結(jié)構(gòu)與懸 掛結(jié)構(gòu)(見圖2). 如何在8度抗震地區(qū) 解決如此復(fù)雜的受力問題， 成為本工程設(shè)計的主要重 點(diǎn)。 下面對在蘭華.國際大 廈設(shè)計中遇到的幾個突出 問題談?wù)勎覀兊乃伎肌?圖1主、副樓及連廊平面布置示意圖 朱杰.男，1965.10出生，

3、工學(xué)學(xué)士，高級工程師 -139- 第十九屆全國高層建筑結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)會議論文2006年 圖2建筑剖面 2斜柱(斜撐)體系 本工程最主要特點(diǎn)是主、副樓均在六層以下設(shè)有一排斜柱，作為豎向支撐構(gòu)件。斜柱 自由長度長，角度大.根據(jù)建筑師要求，斜柱平面外尺寸卻很小。最初結(jié)構(gòu)方案中主、副 樓均采用了單向斜柱方案，斜柱與樓層框架梁以及墻體采用全剛接體系(見圖3)。通過初 步計算發(fā)現(xiàn)，主樓由于斜柱內(nèi)力極大，軸向變形顯著，上部結(jié)構(gòu)有向左傾覆傾向，與斜柱 和墻體相連的框架梁產(chǎn)生了較大彎矩，所需框架梁尺寸已超出建筑功能可接受范圍。 初步調(diào)整方案將斜撐剛接體系轉(zhuǎn)化為斜撐鉸接體系，解決了框架梁彎矩過大問題(見 圖4)。由于斜

4、柱上部承受著18層的豎向荷載，P值近12000KN，由此計算出沿BC向產(chǎn)生 相應(yīng)的推力，其數(shù)值相當(dāng)于地震作用的3倍。此力以持續(xù)的方式施加于混凝土剪力墻上， 給剪力墻設(shè)計造成困難，且工程造價難以控制。因此通過進(jìn)一步研究，在不影響建筑外觀 效果的前提下，主樓最終采用增加反向斜柱，組成人字支撐方式，以抵消巨大的水平力作 用，改善剪力墻體的受力情況(見圖5).由于人字支擇體系自身具有很大的水平抗側(cè)力剛 度，使首至六層產(chǎn)生較大的剛度變化，對底部結(jié)構(gòu)地震力分配產(chǎn)生較大影響。對此部分計 算采用空間軟件電算與手算相結(jié)合的方式。手算簡化模型采用力法，將人字支撐體系折算 成混凝土墻體。通過不斷調(diào)整反向斜柱尺寸及空

5、間角度，控制人字支撐體系給結(jié)構(gòu)整體帶 來的剛度影響，避免剛度分布的不均勻與突變。 140 第十九屆全國高層建筑結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)會議論文2006年 圖3圖4圖5 副樓由于上部層數(shù)較少，斜柱體系產(chǎn)生的附加水平力較小，結(jié)構(gòu)方案仍采用單向斜撐。 對于斜柱構(gòu)件的設(shè)計，它是整個結(jié)構(gòu)豎向支撐的關(guān)鍵構(gòu)件。其受力大，平面外無側(cè)向 支撐，計算長度長.在常規(guī)抗震計算的前提下，斜柱又補(bǔ)充了下列三 種組合進(jìn)行驗算: 中震條件下，斜柱參與地震力分配，其內(nèi)力放大3倍。 按斜柱剛度或折算剛度分配底部水平地震力，并算出斜柱反彎 點(diǎn)。求出柱端彎矩，按特一級將彎矩放大1.8倍進(jìn)行設(shè)計。 斜柱平面外按罕遇地震作用下變形1/200計算附加彎矩

6、，并按 特一級放大1.8倍進(jìn)行設(shè)計。 綜合各計算結(jié)果，斜柱最終按鋼骨混凝土構(gòu)件設(shè)計。鋼骨由雙H 型鋼組成的格構(gòu)體系構(gòu)成。H型鋼骨架主要用于斜柱平面外穩(wěn)定作用。 采用格構(gòu)式形式，便于施工及安裝，提高斜柱的抗震性能。斜柱典型 截面如圖6, :I 一00 I“S 1 800-一一1 圖6 3空中連廊 主副樓在22m高處設(shè)有空中連廊。連廊成圓筒形，內(nèi)部劃分為3層，使用面積約為工000 m，均為會議室用房，連廊跨度24m，為全鋼結(jié)構(gòu)體系。 根據(jù)分析，此聯(lián)體結(jié)構(gòu)對主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生以下不利影響: 連廊平面上位于主樓角部和副樓端部(見圖1)，對主副樓施加了較大的偏心質(zhì)量， 連廊與主副樓斜交，地震作用下產(chǎn)生非正交方

7、向水平力，受力復(fù)雜。 連廊呈鋼圓筒格柵形式?；緲?gòu)件為豎向和橫向等截面正交方鋼。由于外觀及工藝 要求，結(jié)點(diǎn)無法實現(xiàn)完全剛接。廊體高16m，無有效斜向桿件連系，抗變形能力較差。 連廊與主樓的連接設(shè)計，最初按常規(guī)方法，采用一端與主樓剛接，一端采用滑動支座 的方式。根據(jù)初步計算，由于連廊與主體結(jié)構(gòu)為斜交方式，連廊本身體型復(fù)雜，荷載較大， 地震作用下對剛接端產(chǎn)生了難以克服的集中應(yīng)力.且滑動端位移過大，配筋設(shè)計和構(gòu)造設(shè) -141- 第十九屆全國高層建筑結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)會議論文2006年 計均面臨較大困難。 針對以上實際問題，本工程連廊與 主體塔樓的連接采用了較為特殊的方 式。連廊兩端底部各放置三個隔震墊。 連廊

8、每層與樓平面連接處設(shè)置阻尼器進(jìn) 行位移約束。工程模型見圖7e 利用阻尼器的油壓滯后性能，地震 作用下，連廊對主、副樓均可起到軟性 水平支撐作用，起到了一定耗能的效果。 通過空間整體計算發(fā)現(xiàn)，此體系在中震 計算中，主體結(jié)構(gòu)抗震性能的改善明顯，效果良好。連體結(jié)構(gòu)的不利因素不僅得到削弱和 克服，并為主體結(jié)構(gòu)抗震性能的提高提供貢獻(xiàn)。 經(jīng)過多模型、多方案電算比較，確定了單個阻尼器的技術(shù)指標(biāo):最大受力500KN,最 大行程20cm。阻尼系數(shù)34噸.秒/厘米，速度系數(shù)0. 15.阻尼器的平面位置如圖80 連廊自身設(shè)計采用空間環(huán)形結(jié)構(gòu)。樓面處參考廠房屋面體系，增加交叉擦條，提高其 平面剛度(見圖8.圖9)。在

9、正常使用條件下，阻尼器為橋體的空間穩(wěn)定提供了必要的支 撐.在地震作用下，阻尼器參與地震力的滯后傳遞。 由于橋體在主、副樓支撐點(diǎn)面積不 大，為防止傾覆，在橋兩端圓環(huán)上與主 體增加了多道預(yù)應(yīng)力拉索。以確保橋面 與主體樓面的平行，使阻尼器沿橋面正 交方向充分發(fā)揮作用。在樓面阻尼器安 置處，預(yù)埋鋼件，并對樓板加強(qiáng)處理。 142 第!九屆全國高層建筑結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)會議論文2006年 4計算結(jié)果及分析 本is程計算采用了“中國建筑科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)所”開發(fā)的設(shè)計程序SATWE及美國CSI 公司開發(fā)的ETABS和SAP2000程序進(jìn)行計算。計算模型采用單塔計算、雙塔連體計算等多 種情況，地震作用采用了小震、中震EL

10、Centro波、Tatt波、人1:北京波等多種_況參與 分析，并對各種計算結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)比較。 以SAP2000計算結(jié)構(gòu)為例，主、副樓部分計算數(shù)據(jù)如下; 結(jié)構(gòu)自建周期 主樓 T1T2T3 周期2.231.390.95 形態(tài)x方向平動Y方向平動扭轉(zhuǎn) 副樓 T1T2T3 周期0. 790.720.42 形態(tài)y方向平動x方向平動扭轉(zhuǎn) 計算結(jié)果表明，通過對墻體、斜撐、梁柱的多次調(diào)整，主結(jié)構(gòu)體系宏觀上受力趨于合 理，抗震性能可滿足規(guī)范要求。 根據(jù)計算結(jié)果，中震下，重要的結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件，如斜撐等均處于彈性卜作狀態(tài)，從而 為結(jié)構(gòu)安全提供了可靠保證。 參考文獻(xiàn) 1J高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ3-2002)，北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002 21建筑抗震設(shè)計規(guī)范(GB50011-2001)，北京:中國建筑T業(yè)出版社，2001 -143-