钢骨混凝土人字撑转换桁架的应用

赵 岩

(北京市建筑设计研究院，北京 100045)

钢骨混凝土人字撑转换桁架的应用

赵 岩

(北京市建筑设计研究院，北京 100045)

通过工程实例详细介绍了利用钢骨混凝土结构实现结构局部转换的施工技术要点，并针对工程特点，在分析计算、构造措施等方面作了有效处理，以使结构设计满足要求。

钢骨混凝土结构，转换桁架，超高建筑，构造措施

1 工程概况

本工程位于鄂尔多斯市伊金霍洛旗——东至纵十二路、西至纵十一路与纵十二路中间、南至横三路、北邻横二路；建筑红线以内，总建筑占地面积约(210×100)m2，拟建建筑主要有36层办公楼和酒店1栋；25层公寓1栋及地下3层、地上4层商业裙房。总建筑面积约为17.7万m2，其中地下室3.3万m2，地上塔楼部分10.5万m2，地上裙房部分3.8万m2。办公和酒店塔楼结构主屋面高149.5 m，建筑高宽比为3.8，核心筒高宽比为 12.1;标准层平面尺寸为42.9 m×34.2 m，标准层层高4.0 m；共有两个设备层，层高4.2 m。该工程设计使用年限为50年，结构安全等级为二级。工程抗震设防类别，地下1层～地上4层为乙类，其他为丙类。抗震设防烈度为7度，地震分组为第三组，设计基本地震加速度为0.1g，场地类别为Ⅱ类。地面粗糙度类别为C类，基本风压按100年重现期为0.6 kN/m2。

大底盘结构尺寸约100 m×120 m，考虑到设置变形缝会带来建筑构造处理困难，因此采用施工后浇带法解决变形问题。由于建筑北侧中部层1为入口通道，受通道位置及宽度限制,⑧轴的柱子在首层无法落地，在2层,3层采用转换处理做法(见图1)，这样使建筑师设计意图顺利实现。此转换桁架在入口顶部，为工程设计的重点和难点，本文就此进行讨论和研究。

2 结构方案设计

2.1 结构布置介绍

1座塔楼采用框架—核心筒结构(双筒)，呈细腰形平面。为增加建筑使用面积，减小柱截面，办公、酒店塔楼下部柱子加十字型钢。构件尺寸及材料强度等级见表1，型钢为Q345。

2.2 结构超限情况及性能目标

根据“内蒙古自治区高层建筑工程结构抗震基本参数表”所列超限情况，本工程超限情况有：高度超限(超过A级高度，满足B级高度)；还有楼板不连续、竖向不规则(多塔)和大悬挑三项构成超限。此外细腰形平面(凹进尺寸未超过限值)于抗震十分不利。基于结构的超限情况，设定本工程抗震性能目标见表2。

表1 构件尺寸及材料强度等级表

表2 抗震性能目标

3 小震下的弹性反应谱分析

这里主要采用中国建筑科学研究院编制的SATWE(2010年7月)进行了小震下的振型反应谱分析，并用了美国SCI公司开发的ETABS v9.7.0与之对比。结构总层数39层，地下室顶板嵌固，考虑双向地震，同时考虑扭转耦联影响。为了考虑高振型对结构的影响，振型数取81个。考虑到结构的不规则性，计算中对建筑物的各项结果参数严格控制，主要数据结果如表3所示。通过对两个软件计算结果的对比可知，两种程序的计算结果基本吻合，这说明模型基本正确。

3.1 周期与位移

结构计算采用了平扭耦连的扭转效应的振型分解反应谱法。如表3所示，1塔模型前两个振型分别为沿Y或沿X方向的平动，第三振型为扭转振型，结构第一扭转周期与第一、第二平动周期之比满足规范要求。在风荷载、地震作用下，结构层间位移满足规范要求的1/800要求，结构在风荷载作用下位移小于地震荷载作用下的位移，地震作用对结构侧移起控制作用。结构的楼层最大层间位移(或最大水平位移)与平均层间位移(或平均位移)之比的最大值为1.26，小于规范要求的上限值1.4，满足设计要求。

表3 计算结果对比表

3.2 刚度比分析

如图2，图3所示，计算结果表明，各层的侧向刚度比大于相邻上一层的70%，或上三层平均侧移刚度80%的比值中之较小者，刚度比均满足要求。

从刚度曲线及刚度比曲线可看出刚度比在楼层12、楼层23有突变，这是由于这两层层高变化所引起的。楼层4刚度比在0.3～0.4之间，满足地下一层嵌固部位的要求。结构刚度比均满足规范要求。

3.3 层剪力和层受剪承载力

当整体计算时，由于多塔结构在底盘上一层的平面布置有剧烈变化，曲线突然收进，说明塔楼与底盘的结合部结构竖向刚度和承载力发生突变，形成薄弱部位。对于单塔计算，楼层剪力曲线基本光滑，无明显突变，说明塔楼的竖向刚度变化比较均匀。同时结构的本层与上一层的抗剪承载力之比均能满足大于0.75的要求，见图4。

4 中震，大震计算

中震作用下的屈服控制要求：竖向构件SE

5 结构设计采取的技术措施

1)人字撑转换桁架的柱、斜撑、梁均采用型钢混凝土，使整个体系具有很好的延性，防止结构产生脆性破坏。柱、斜撑采用中震弹性电算结果配筋。作为主要传力构件的斜撑尺寸为1 200 mm×1 200 mm,翼缘钢板厚45 mm，腹板厚35 mm。2)人字撑上部节点，中部节点处的翼缘之间连接均做了圆弧处理，可有效避免应力集中，实现强节点弱杆件的设计理念。3)细腰形平面凹进部分占其相应投影方向总尺寸的49%，小于限制50%。细腰部分的梁、板都要予以加强，以增加抗扭能力；塔楼两侧悬挑部分长度5.8 m,采取密肋挑予以加强，挑梁根部受拉纵筋放大1.5倍，箍筋全长加密。4)为减轻结构自重、减小地震作用所采取的措施：框架柱采用型钢混凝土柱，隔断墙采用轻质材料。5)结构的刚度与地震力作用下的位移控制措施：现在计算结果表明结构在地震力作用下弹性阶段的层间位移为1/859，小于规范1/800的限制要求。按照高规3.2.2条“对于特别重要或对风荷载比较敏感的高层建筑，其基本风压应按100年重现期的风压值采用”，因此本工程基本风压为0.60 kN/m2,其位移限值由风荷载控制。验算结果风荷载下的弹性层间位移远小于规范1/800和1/1 000的限制要求。6)提高混合结构延性的措施：框架柱采用延性与承载力均较好的型钢混凝土柱。加高塔楼边梁，并加强构造措施。7)转换层楼板加强措施。1层～3层局部楼板加厚至200 mm，提高楼板的配筋率,配双层双向配筋，转换桁架与核心筒之间的板加配斜向钢筋。

6 结语

本工程结构布置通过调整力求简单、规则；刚度较为均匀，采用了抗火性能较好、抗震能力得到加强的、延性性能得到改善的结构体系。通过多种电算软件计算，结构在地震作用下的变形符合“高规”的限制要求。在进行构件的核算时有安全储备。通过采取相应的性能化设计和构造措施，结构的延性也是有保证的。

[1] 中国建筑科学研究院.高层建筑混合结构关键技术研究[R].2009.

[2] JGJ 3-2002,高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[3] GB 50017-2003,钢结构设计规范[S].

[4] YB 9082-2006，钢骨混凝土结构技术规程[S].

Application of the steel-reinforced concrete structure in transfer truss

ZHAO Yan

(BeijingInstituteofArchitectureDesign,Beijing100045,China)

Through the engineering examples introduced in detail the construction technology key points of steel reinforced concrete structure to achieve structure local conversion, and according to the project characteristics, made effective treatment in analysis and calculation, structural measures and other aspects, so that the structural design to meet the requirements.

steel reinforced concrete structure, conversion truss, high building, construction measure

1009-6825(2014)35-0054-03

2014-10-08

赵 岩(1982- ),男，工程师

TU318

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