大连国贸中心大厦地下室改造设计

刘楠

摘要：大连国贸中心大厦原设计结构总高度260m，采用型钢混凝土柱框架-钢筋混凝土核心筒结构体系，项目施工至地下一层后停工。本次改扩建，结构总设计高度为378m，采用巨型钢管柱框架-型钢混凝土筒体超高层混合结构体系。地下室的设计原则是“减少拆除，保证安全，兼顾施工”为原则。由于新旧设计中，竖向构件的几何尺寸、截面类型变化较大，故结构主体对应地下室的改造设计就极为复杂。采用合理的改造手段、有效的构造措施、合理的计算分析对地下室框架的改造设计就显得极为重要。

Abstract： The original design structure of Dalian International Trade Center Building has a total height of 260m， and adopts a steel-concrete column frame-reinforced concrete core tube structure system. The project stopped after construction to the first basement floor. In this renovation and expansion， the total design height of the structure is 378m， using a giant steel tube column frame-shaped steel concrete cylinder super high-rise mixed structure system. The design principle of the basement is "reducing demolition， ensuring safety， and taking into account construction". Due to the large changes in the geometric dimensions and cross-section types of the vertical members in the old and new designs， the design of the basement of the structure corresponding to the basement is extremely complicated. It is extremely important to adopt reasonable transformation methods， effective structural measures， and reasonable calculation and analysis for the transformation and design of the basement frame.

關键词：超限高层;加固改造;钢骨转成钢管;过渡层;连接构造

Key words： over-rise high-rise;reinforcement and transformation;steel frame into steel pipe;transition layer;connection structure

中图分类号：TU94                                       文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）06-0201-04

1  工程概况

大连国贸中心大厦项目位于大连市中山区，由普照街、天津街、中山路、民泰街交叉围合的地块。原设计地下6层，地上68层，结构总高度260m。原设计采用型钢混凝土柱框架-钢筋混凝土核心筒结构体系，裙房为钢筋混凝土框架结构。项目施工至地下1层顶，其中主楼在地下1处仅型钢混凝土柱施工完毕，其余均未施工。

项目本次改扩建设计后，建筑面积32万m2，地下7层，地上86层，主体结构总高度378m，是超过B及高度的超限高层[1]。项目采用带有伸臂和环带桁架及部分斜撑的外巨柱框架-内型钢混凝土筒体超高层混合结构;项目裙房地下7层、地上7层，采用钢管混凝土柱-钢框架结构。

2  地下室新旧结构分析及整体解决方案

根据项目需求，为减少拆除量，加快施工进度，并结合建筑功能需要，本次改扩建主楼的位置仍在已建主楼的范围内。

原结构型钢混凝土柱截面尺寸为：1.8m×1.8m;地下6层层高3.7m，梁板结构，主梁截面为700×900，板厚250mm;地下5～3层层高3.5m，无梁楼盖结构，板厚400mm，内设直径280mm的空心管;地下2层层高3.75m梁板结构，主梁截面700×700，板厚300mm，内设直径200mm的空心管。

改建后主楼高度增加约100m，原结构框架柱与核心筒的承载力明显不足。为最大限度的利用原结构，原竖向构件位置不变。其中，原核心筒剪力墙加厚，原型钢混凝土柱截面扩大为巨柱（见图1）。裙房范围随层数及荷载变动不大，但结构形式需由混凝土框架结构变为钢管混凝土柱-钢框架结构。

地下室改造的总体方案为主楼范围内结构构件拆除重建（地下七层主体框架柱凿除原结构外皮200mm混凝土），具体拆除范围见图2。裙房有上部结构的部分柱（19根）轴压比不满足规范要求，局部荷载改变的地方梁受弯承载力不足，加固改造的方法均为常规做法。

本工程持力层为微风化板岩，地基承载力高，变形量极小。基础是在原基础上进行加固改造，原底板混凝土强度等级C40。地下室巨柱混凝土强度等级C60，核心筒墙体混凝土强度等级C60。在对原结构地基、基础验算后，地基承载力及基础承载力均能满足改建后主体结构的需要[2][3]。

3  地下室新旧结构改造设计

3.1 主楼结构布置方案

地下室主体塔楼范围内在拆除原有结构基础上完全重建。采用框架-核心筒结构体系，中心为内部配置一定数量“H”型钢的钢筋混凝土剪力墙核心筒，周边为20根矩型及五边形钢管混凝土巨柱。

核心筒内部主要三道纵向墙体B7～B1厚度均为900mm;B1层核心筒外围墙厚为0.9m;B3～B2层核心筒外围墙厚为1.1m;B7～B4层核心筒外围墙体厚度为1.6m、1.8m、2.2m三种;为了增强地下室底部侧向刚度，核心筒与巨柱之间增加六道剪力墙，墙厚1.6m。

主楼巨柱的钢管在B7层过渡为分散布置的小型钢，外包混凝土（600mm厚），以传递上部结构轴力（按大震下拉、压作用考虑）。原有柱内钢筋、型钢全部保留，外包混凝土内纵筋全部植入基础内。B6～B4层巨柱外包钢筋混凝土层变为250或300mm厚。B3～B1层巨柱的钢筋混凝土外包层逐渐减薄，至B1层顶板下取消。

B7～B4层顶板为钢筋混凝土梁板结构，B3层顶板为钢骨混凝土梁-钢筋混凝土楼板结构;B2层顶板及以上楼板均为钢梁-压型钢板组合楼板结构。裙房地下室部分利用原有结构进行加固改造，对大部分框架柱和少量梁进行加固，B2层顶板拆除，其余裙房地下室楼板利用原结构不做变动。

巨柱截面示意图见图3～图5。

3.2 地下室裙房构件加固设计

由于裙房层数及建筑功能改变，原裙房结构承载力不足的构件需要加固补强。

原设计B7～B3层为钢筋混凝土柱，B2层及以上为钢骨混凝土柱。B7～B4层柱截面为1000×1000，B3层为850×850，B2层拆除重建。

框架柱均为受压承载力不足，最大轴压比达1.1。现设计，地上裙房框架采用钢管柱，为连接方便，应优先选用粘贴角钢方法加固;有特殊情况时采用加大截面法加固，如B7层为避免裙房柱基础的加固、需要扩大柱刚性角范围时、梁与柱边一齐或粘贴角钢方法加固有困难时。

3.3 梁加固设计

经计算，个别梁承载力不足均为受弯承载力不足。当弯矩超受弯承载力不大于20%时，采用粘贴钢板的方法加固;当弯矩超受弯承载力大于20%时，采用加大截面的方法加固。

3.4 主要连接构造做法

3.4.1 竖向构件与基础连接节点

保留的柱、墙的新、老纵向钢筋采用机械连接或焊接连接，其余柱、墙纵向钢筋植入基础1200mm;柱、墙中的型钢通过锚栓与基础底板连接。

3.4.2 柱竖向转换连接节点

原结构地下室裙房柱为钢骨柱，而现在地上结构设计为钢管柱，因此需要在地下室将钢骨转换成钢管，过渡层设置在B2层[5][6]。具体做法见图6。

3.4.3 保留结构梁与主楼钢管混凝土柱连接节点

B6层主楼巨柱柱钢管外包混凝土厚度为600mm，原梁纵筋锚入外包混凝土中;个别外包混凝土厚度较薄时，在钢管上焊牛腿，梁纵筋焊与牛腿上。具体见图7。

3.4.4 保留的无梁楼板（新增梁）与主楼钢管混凝土柱连接节点

在B5～B3层保留的裙房结构为无梁楼板，梁纵筋较密，钢管柱在楼层标高处设环梁，原有梁保留钢筋锚入巨柱钢管外侧的混凝土中，新增梁钢筋通过套筒与钢管柱连接。具体做法见图8。

3.4.5 钢管混凝土柱与型钢混凝土梁连接节点

此节点用于B2层，型钢焊于钢管柱上，梁中钢筋与钢管柱采用套筒连接。具体做法见图9。

4  结论

①本工程拆除量大，合理的选择拆除方法及拆除顺序可以缩短工期，提高经济效益。②合理布置墙、柱，并在底层增加墙、柱截面，可以显著提高筏板抗冲切承载力，同时使竖向力扩散到更大范围，减小基底反力，避免地基基础的加固。③巨柱钢管在底部过渡成分散布置的小型钢，小型钢柱脚采用露出式柱角+植筋的构造形式，充分利用钢筋混凝土的强度，有利于巨柱将力安全可靠的传给基础。④考虑到地下七层考虑到大震下拉压力作用，主楼巨柱的钢管在B7层过渡为分散布置的小型钢，形成钢骨混凝土柱，可靠传递上部结构轴向拉压力给基础。同时在基础地面，外包混凝土扩大了柱的截面，解决了原有筏板抗冲切承载力不足问题。

参考文献：

[1]JGJ 3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[2]周建龙，包聯进，童骏.天津高银117大厦基础设计研究[J]. 建筑结构，2012，42（5）：19-23.

[3]GB 50007-2011，建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[4]GB50367，混凝土结构加固设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2006.

[5]杨勇，郭子雄，聂建国.型钢混凝土竖向混合结构过渡层抗振性能研究综述[J].工程抗震与加固改造，2006，28（5）：56-57.

[6]陈富生，邱国桦，范重.高层建筑钢结构设计[M].二版.北京：中国建筑工业出版社，2004：437-525.