重庆西永综保区监管大楼办公主楼结构设计

地震烈度 性能水平 层间位移角限值 底部加强区及与 连接体相连筒体 其他区域筒体
连梁 钢结构连接体
抗震设计控制目标
多遇地震 不损坏 1 /1 000
设防地震 可修复损坏
—
弹性
弹性
弹性 弹性 弹性
不屈服 不屈服
弹性
表4
罕遇地震 无倒塌 1 /120
不屈服
进入塑性 进入塑性
不屈服
根据 场 地 类 别 及 设 计 建 议 反 应 谱 特 性［2］，本 工程 办 公 主 楼 选 取 了 两 组 天 然 波 （ Cvk 波，Hwa 波） 和一组人 工 波［3］。采 用 SAP2000 软 件 进 行 了 动 力 弹 塑 性 分 析［3］，地 震 波 采 用 三 向 输 入 ，依 次 选 取结构的 X 或 Y 向作为主方向，另一个 方 向 为 次 方向，并输入 地 震 波 的 竖 向 分 量 以 考 虑 竖 向 地 震 对连接体部 分 的 影 响，地 震 波 主 方 向 加 速 度 峰 值 为 125cm / s2 。
Structural design of Ｒegulatory Building in Chongqing Xiyong Integrated Free Trade Zone Su Weidong，Shu Yunfeng，Lin Feng，Ｒao Li，Li Yunzhu
（ Chongqing Architectural Design Institute，Chongqing 400015，China） Abstract： The Ｒegulatory Building in Chongqing Xiyong Integrated Free Trade Zone is a large-span connected structure with the connected body of 58. 6m． Steel trusses set in bottom and top of the connected body connect with the tubes at two sides to form a mega frame． The structure scheme of steel trusses was determined through comparative analyses，and the structure was designed according to the concept of performance-based seismic design． The software SAP2000 was used to carry out the elasto-plastic time-history analysis and analysis on the mechanical properties of the steel trusses and tube structure． By shaking table tests and joint tests，the reliability of the structure and joint connections were verified． Ｒelevant seismic strengthening measures were taken based on the calculation analyses and experimental results． Keywords： connected structure； steel truss； shaking table test
行了多方案的对比分析，转换桁架不同结构形式在 1. 0 恒荷载 + 1. 0 活荷载下的跨中挠度对比如表 1 所示。
由表 1 可以看出，在同一桁架高度下，不同结构 形式的转换桁架，其受力性能有所不同，本工程转换 桁架承受荷载较大，腹杆截面由强度控制，而非由稳 定性控制，所以造成常规结构常见的所有腹杆均受 拉的单斜杆桁架受力性能最差，从方案 1 到方案 4 转换桁架跨中挠度对比可知，X 形转换桁架和人字 形转换桁架受力性能较好。从表 1 还可以看出，转换 桁架的高度对其受力影响很大，X 形转换桁架高度由 6m 加高到 8m 后，其跨中挠度减小 17. 8% ； 同时，转 换桁架端部弦杆以及其上部结构的框架柱由于其变 形产生的弯矩相当大，转换桁架高度为 6m 时，由弦 杆变形引起的弦杆弯矩达 2 332. 1kN·m，桁架高度加 高到 8m 后，弦杆弯矩减小为1 967. 8kN·m，有效降低
本工程的办公裙楼地上 10 层，采用钢筋混凝土 框架-剪力墙结构； 报关大厅地上 3 层，采用钢筋混 凝土框架结构。
根据地勘报告，场地内中风化基岩分布均匀，厚 度较大，岩体较完整，承载力较高，故以中风化泥岩 或砂岩为基础持力层； 办公主楼基础采用筏板基础， 办公裙楼及报关大厅结构基础采用柱下独立基础。 2 钢桁架结构方案
方案 结构形式
桁架简图
桁架高度 / m 跨中挠度 / mm
1 人字形
6
85. 3
2ห้องสมุดไป่ตู้
V形
6
86. 1
3 单斜杆
6
96. 9
4
X形
6
79. 4
5
X形
8
65. 2
6
X形
无竖腹杆
8
64. 8
图 1 办公主楼三维效果及竣工实景
图 2 钢桁架下弦平面图
案关系到办公主楼结构安全及整体抗震性能。 在初步设计阶段，对钢桁架的高度、结构形式进
ETABS 1. 906（ X 向） 1. 376（ Y 向） 1. 063（ 扭转） 0. 483（ X 向） 0. 467（ 扭转） 0. 439（ Z 向） 93% （ X 向） 95% （ Y 向） 0. 55（ ＜ 0. 85）
竖向地震反力计算结果
表3
地震波
Cvk 波 Hwa 波 人工波 时程均值 反应谱
办公主 楼 为 大 跨 度 连 体 结 构，连 接 体 跨 度 为 58. 6m； 地上 19 层，地下 1 层，建筑高度为 100. 8m， 11 层及以下中部连接体除筒体外完全镂空，12 ～ 19 层连接于两侧的筒体，连接体上下钢桁架和两侧钢 筋混凝土筒体相连形成巨型钢-混凝土混合框架，属 于复杂高 层 建 筑 结 构［1］，对 于 连 接 体 的 结 构 形 式， 在初步设计阶段进行了多个结构方案的对比，最终 采用了连接体下部设 8m 高的 X 形转换桁架，连接 体上部设 6m 高的人字形压顶桁架，形成下抬上吊 整体受力的连接体，与两侧的筒体形成巨型框架； 钢 结构连接体与两侧带型钢混凝土端柱的筒体剪力墙
1 工程概况及主楼结构体系
重庆西永综保区监管大楼位于重庆市沙坪坝区 西部新城，为具有办公、会议中心及报关和综合办证 大厅等功能的地标式高层公共建筑，总建筑面积为 40 983m2 。
本工程设 1 层地下室，结构嵌固端位于地下室 顶板，嵌固层以上根据建筑使用功能、楼层高度和抗 震设防的基本要求划分为三个结构单元： 办公主楼 结构单元、办公裙楼结构单元、报关大厅结构单元。 工程结构设计使用年限为 50 年，结构安全等级为二 级，抗震设防烈度为 6 度，抗震设防类别为标准设防 类，建筑场地土类别为Ⅱ类。
之间采用刚性连接。连接体楼面采用钢梁和压型钢 板组合楼板，核心筒内采用钢筋混凝土梁板。办公 主楼三维效果及竣工实景见图 1，钢桁架下弦平面 图如图 2 所示。钢筋混凝土筒体为梯形，垂直连接 体方向筒 体 边 长 为 16. 8m，顺 连 接 体 方 向 短 边 长 7m、长边长 23. 8m； 剪力墙外筒墙厚基本为 400mm， 内筒墙厚度根据受力的不同取 200 ～ 300mm，与钢 桁架直接相连的剪力墙厚度为 500mm，并在两端设 1 200 × 1 200 的型钢混凝土端柱，保证钢桁架与剪 力墙可靠连接。
了转换桁架本身及上部结构的次应力。 对于 X 形转换桁架，还对比了有竖腹杆与无竖
腹杆的两种情况，结果表明，取消竖腹杆后，转换桁 架挠度变小，说明转换桁架竖腹杆对钢桁架的整体 受力贡献不大，反而由于自重的增加而使其跨中挠 度有所增大，而且取消竖腹杆后，转换桁架平面内腹 杆与弦杆的连接节点减少一根杆件后，简化了结构 形式，故最终转换桁架采用了方案 6 的结构形式。 对于压顶桁架，建筑要求层高不大于 6m，压顶桁架 高度为 6m 时，X 形和人字形压顶桁架效率最高，但 6m 高时 X 形腹杆角度较小且节点连接比人字形复 杂，故压顶桁架采用了方案 1 的人字形桁架。桁架 弦杆截面为箱形□800 × 800 × 34 × 34，腹杆截面根 据受力大小的不同，采用箱形□600 × 700 × 34 × 34， 600 × 600 × 34 × 34 和 H600 × 500 × 34 × 34，H450 × 450 × 20 × 30，所有桁架构件均采用 Q345BGJ 钢材。 3 计算分析
表 5 给出了 SAP2000 软件分析的 6 度罕遇地震 作用下的结构基底剪力，并与反应谱分析得到的多
办公主楼结构采用 SATWE 和 ETABS 软件进行 弹性计算，其模态分析结果如表 2 所示。表 2 表明， 两种软件计算出的结构自振周期基本一致，扭转周 期比满足规范［1］要求，值得注意的是，ETABS 软件 计算的第 6 阶自振周期为连接体的整体竖向振动， 说明连接体的竖向振动效应明显。
采用 ETABS 软件分别进行了竖向地震弹性时 程分析和竖向反应谱分析，表 3 列出了竖向地震弹 性时程分析与竖向反应谱分析得到的竖向地震反 力。表 3 表明，时程分析和反应谱分析的竖向地震 结果比较接近，时程分析结果略大于反应谱分析结 果，结构的竖向地震反应强烈，竖向地震作用对结构 的影响较大，在进行结构设计时增加竖向地震为主
连接体结构跨度为 58. 6m，上抬 8 层，跨度大、 荷载重，地震作用下结构反应强烈，钢桁架的结构方
作者简介： 苏卫东，学士，院副总工程师，教授级高级工程师，一级注 册结构工程师，Email： 812282209@ qq． com。
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建筑结构
2015 年
转换桁架在 1. 0 恒荷载 + 1. 0 活荷载下跨中挠度 表 1
图3x向楼层层间位移角图4y向右侧筒体楼层层间位移角图5y向左侧筒体楼层层间位移角抗震设计控制目标表4地震烈度多遇地震设防地震罕遇地震性能水平不损坏可修复损坏无倒塌层间位移角限值110001120底部加强区及与连接体相连筒体弹性弹性不屈服其他区域筒体弹性不屈服进入塑性连梁弹性不屈服进入塑性钢结构连接体弹性弹性不屈服根据场地类别及设计建议反应谱特性2本工程办公主楼选取了两组天然波cvk波hwa波和一组人工波3
第 45 卷 第 1 期
苏卫东，等． 重庆西永综保区监管大楼办公主楼结构设计
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结构前 6 阶振型自振周期
表2
计算软件 T1 / s T2 / s T3 / s T4 / s T5 / s T6 / s
质量参与系数
Tt / T1
SATWE 1. 832（ X 向） 1. 380（ Y 向） 1. 070（ 扭转） 0. 367（ X 向） 0. 348（ 扭转） 0. 241（ 扭转） 94. 91% （ X 向） 95. 24% （ Y 向） 0. 58（ ＜ 0. 85）
第 45 卷 第 1 期 2015 年 1 月上
建筑结构 Building Structure
Vol． 45 No． 1 Jan． 2015
重庆西永综保区监管大楼办公主楼结构设计
苏卫东， 舒云峰， 林 锋， 饶 力， 李云珠
（ 重庆市设计院，重庆 400015）
［摘要］ 重庆西永综保区监管大楼办公主楼为大跨度连体结构，连接体跨度为 58. 6m，连接体底部与顶部均采用 钢结构桁架与两侧的筒体相连形成巨型框架。通过对比分析确定了钢桁架的结构方案，按抗震性能化设计的概念 进行结构设计； 采用 SAP2000 软件进行了弹塑性时程分析，分析了连接体桁架及筒体的受力性能； 并通过振动台试 验和节点试验验证了结构及节点连接的可靠性，并在计算分析及试验结果的基础上采取了相应的抗震加强措施。 ［关键词］ 连体结构； 钢桁架； 振动台试验 中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号： 1002-848X（ 2015） 01-0021-05
竖向地震反力 / kN 7 849 8 762 9 946 8 852 7 369
的荷载工况是必要的。 办公主楼 结 构 体 系 特 殊，钢 结 构 连 接 体 跨 度
较 大 ，结 构 体 系 及 竖 向 不 规 则 超 限 ，办 公 主 楼 的 抗 震 设 计 在 满 足 国 家 、地 方 规 范 外 ，将 根 据 性 能 化 设 计的概念进 行 设 计，并 采 取 表 4 所 列 的 抗 震 设 计 控制目标。