洛阳百脑汇科技广场超高层结构设计

洛阳百脑汇科技广场超高层结构设计
苏育华
【摘要】洛阳百脑汇科技广场为框架-核心筒结构体系的超高层建筑.主要介绍了地基基础设计与主楼部分的结构布置形式,研究了结构的整体抗震性能,并通过合理选
择计算模型,对结构的规则性进行了判断.同时针对结构设计中遇到的刚度突变、地
下室超长、基础沉降差异控制等技术问题进行分析,并提出解决方案及加强措施.【期刊名称】《建筑施工》
【年(卷),期】2016(038)006
【总页数】3页(P802-804)
【关键词】超高层建筑;结构设计;超限判别;刚度突变;基础沉降差异;弹性时程分析【作者】苏育华
【作者单位】上海市建工设计研究院有限公司上海 200235
【正文语种】中文
【中图分类】TU972
1 工程概况
洛阳百脑汇科技广场位于洛阳市中州中路北侧、王城大道东侧、芳林路西侧、洛阳市老博物馆西侧。

建筑用地面积为11 740.6 m2，总建筑面积为112 486.89 m2，是集办公、酒店为一体的综合性建筑。

单体地上共32层，结构计算高度为
128.850 m，结构体系为混凝土框筒结构，其中1～5层为商业裙房，裙房高度
25.500 m；6～16层为酒店；17层为避难层，18～32层为办公。

下部裙房长83.1 m，塔楼偏置于裙房的西侧。

地下室为4层，深度为16.5 m，塔楼建于地下室之上，地下1层作为上部结构嵌固端。

地下室人防防护等级为核五、常五级。

工程效果图如图1所示。

图1 工程效果图
2 基础设计
2.1 工程地质条件
根据相关地质勘察报告，本场地地形总体较平坦，适宜建筑；拟建场地地貌单元属于涧河Ⅱ级阶地。

场地内存在有近代人生活遗迹或古墓等埋藏物，对工程施工有影响，须待文物考古工作结束，对工程施工无影响后方可进行施工。

场地地下水对混凝土结构有微腐蚀性，在长期浸水条件下对混凝土中的钢筋有微腐蚀性，在干湿交替条件下有微腐蚀性。

拟建场地属非自重湿陷性场地，湿陷性等级为Ⅰ级轻微湿陷，湿陷深度最深为16.5 m，湿陷性土层为第2层黄土状粉土和第5层黄土状粉质黏土。

根据拟建场地的工程地质条件，本单体主楼基础采用旋挖（冲击）成孔灌注桩（后压浆），裙房及纯地下室采用筏板基础。

2.2 桩持力层确定及桩型的选择
主楼采用桩筏基础，桩基为旋挖（冲击）成孔灌注桩，持力层为8号卵石层，桩
基采用后压浆，桩径700 mm，桩长18 m，单桩竖向抗压承载力特征值为3 900 kN。

主楼核心筒筏板厚度为3 500 mm，主楼其他区域筏板厚度为2 700 mm。

裙房及地下室采用筏板基础，基础持力层为6号黄土状粉质黏土，地基承载力特
征值为Fak=180 kPa。

裙房筏板厚度为1 000 mm，局部柱下采用下柱墩，下柱
墩厚度为1 200～2 000 mm。

裙房靠近主楼第一跨处筏板厚度为1 800 mm[1-2]。

3 上部结构设计
3.1 结构体系的确定
本工程主楼采用钢筋混凝土框架-筒体结构，裙房采用框架-剪力墙结构。

底部地下室平面尺寸为68.2 m×133.5 m，地面裙房平面尺寸为61.0 m×82.3 m，主楼框架-核心筒尺寸为39.4 m×44.9 m。

主楼核心筒墙厚700～550 mm（由下而上渐变），主楼框架柱截面1 600 mm×1 600 mm～1 200 mm×1 200 mm（由下而上渐变）。

主楼竖向构件混凝土等级C60～C30，主楼水平构件混凝土等级
C40～C30。

主楼框架柱在标高-5.60～5.45 m间设置芯柱，芯柱截面为800
mm×800 mm。

裙房部分框架柱截面为800 mm×800 mm，剪力墙厚度为400 mm。

裙房竖向构件混凝土等级C60～C50，裙房水平构件混凝土等级C40。

3.2 结构抗震等级
查GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》，项目为7度（0.10g）设防，抗震
分组为第2组，场地类别Ⅱ类，特征周期0.40 s，阻尼比5%，多遇地震最大影响系数为0.08。

本工程抗震设防类别：裙房商业建筑面积为26 193.91 m2（不含地下1层商业面积），裙房部分为重点设防类（简称乙类），上部塔楼为标准设防类（简称丙类）。

3.3 结构规则性分析、超限判别及加强措施
3.3.1 结构超限判别
1）平面不规则超限：层间最大位移（角位移）与层间平均位移之比（角位移）为1.24，超过抗规规定1.2的限值；相邻层质心相差大于相应边长15%。

2）7层泳池处存在个别错层构件。

综上，本工程为2项超限，判断为结构不超限。

3.3.2 结构特性分析
1）设防烈度：7度，满足规范规定。

2）抗震设防类别：裙房部分乙类，主楼部分丙类，满足规范规定。

3）安全等级：二级（裙房为一级），满足规范规定。

4）高度：128.85 m＜130 m，属A类高度。

5）地下室埋深：17.5＞H/18，满足规范规定。

6）结构高宽比：3.27＜7，满足规范规定。

7）结构平面长宽比：1.13＜6，满足规范规定。

8）竖向楼层收进：裙房计算高度25.6 m，未达到塔楼高度的20%，不属于立面收进。

9）竖向楼层收进：7层计算高度31.15 m，为塔楼高度的24%，收进后尺寸
B1/B=44.9/59.85=75.02%＞75%，不属于立面收进。

10）本单体塔楼偏置于西侧，现将单塔与大底盘质心偏心距与底盘相应边长比值计算如下：单塔质心Xm=19.00，Ym=21.66；大底盘质心Xm=30.44，
Ym=9.86，计算X向偏心比值18.39%＜20%；Y向偏心比值14.19%＜20%，不属于特别不规则。

3.3.3 结构加强措施
根据判断，本工程为一般不规则，采取的结构加强措施如下。

1）规定水平力作用下，楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.2倍，模型计算时计入扭转影响，计入双向地震作用。

2）为加强大底盘与塔楼整体作用，裙房顶板厚设为150 mm，并配置双层双向拉通钢筋，每层每个方向钢筋网的配筋率不小于0.25%。

3）裙房顶体型收进部位上、下各2层主楼周边竖向结构构件抗震等级提高一级，原来一级提高至特一级，原来二级则提高至一级。

4）错层处框架柱箍筋采用全柱段加密配置，抗震等级提高一级采用。

错层处剪力
墙水平和竖向分布钢筋的配筋率不小于0.5%[3-5]。

3.4 弹性时程分析
本单体存在2项小超限，采用弹性时程分析法进行补充计算，力求提高结构计算
的可靠度，以指导设计。

设计采用SATWE内置的地震加速度时程最大值为35
cm/s2的1条人工波RH3TG040，2条天然波TH1TG04、TH2TG04进行弹性时程分析。

计算结果显示，每条时程曲线计算所得结构底部剪力不小于阵型分解反应谱法计算结果的65%，3条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不小于阵型
分解反应谱法计算结果的80%（图2）。

图2 最大楼层剪力曲线
4 主要技术问题及处理措施
4.1 优化结构布置，避免结构超限
本工程6层裙房层高5 m，7层裙房层高5.5 m，8层塔楼层高5.2 m，9层（含）以上塔楼层高3.7 m。

8层（含）以上平面布置如图3所示。

因9层以上塔楼层高变化较大，使结构侧向刚度在此处突变，原结构8层侧向刚度不规则，即8层侧
向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻3个楼层侧向刚度平均值的80%。

由于原单体中已存在扭转不规则及楼板局部不连续（局部错层）2项小超限，如侧向刚度不规则存在则结构具有3个不规则项，属超限高层。

实际设计中为了避免
出现侧向刚度不规则，在满足位移及轴压要求情况下，将8层以上竖向构件截面
减小，核心筒Y向剪力墙墙厚由650 mm减为550 mm，核心筒X向剪力墙墙厚由550 mm减为400 mm，框架柱截面由1 400 mm×1 600 mm减为1 200 mm×1 600 mm。

通过减小截面使侧向刚度变化满足规范关于竖向规则性的要求[6-8]。

图3 标准层平面布置示意
4.2 基础沉降差
本工程地上部分裙房6层，主楼为32层，采用桩筏基础，裙房采用筏板基础。

该地基基础的特点是上部荷载差异大，同一结构采用2种不同的基础形式。

如措施处理不当易产生过量的不均匀沉降。

为保证工程质量，本工程采取如下减轻不均匀沉降危害的措施。

1）主楼与裙房之间设置沉降后浇带，合理组织施工顺序，先施工主楼结构再施工裙房结构，待主楼结构施工完毕并沉降基本稳定后，再采用比原设计混凝土等级提高一级的微膨胀混凝土将后浇带灌实。

2）主楼与裙房相邻跨的结构构件，尚需考虑后期差异沉降变形引起的附加应力。

为防止这部分结构构件的开裂及损坏，将与主楼相邻裙房第一跨内筏板厚度加厚，并加大该区域底板配筋。

4.3 结构重要性系数选取
本工程裙房商业抗震设防类别为乙类，根据GB 50153—2008《工程结构可靠度设计统一标准》附录A第A.1.1注解：房屋建筑结构抗震设计中的甲类建筑和乙类建筑，其安全等级宜规定为一级，故本工程裙房部分安全等级为一级。

根据GB 50010—2010第3.3.2条：安全等级为一级的结构构件其重要性系数不应小于1.1，故本工程裙房部分结构重要性系数取1.1。

4.4 超长地下室结构设计
地下室平面尺寸为133.5 m×68.2 m，业主要求地下室不设缝，地下室尺寸超过规范规定的地下室墙壁类结构收缩缝最大间距30 m，温度应力和收缩应力不可忽视；基础底板厚度较大，属于大体积混凝土，收缩应力明显。

据此，采取以下措施解决超长、超厚结构的抗裂问题。

1）控制原材料的施工，加强施工措施，减少水化热，减少干缩，控制混凝土内外温差。

分段跳仓施工，使结构混凝土收缩变形处于可控的自由变形状态。

通过在结构混凝土中掺加膨胀剂成为补偿收缩混凝土，使其在硬化过程中自身产生膨胀，当
受到钢筋限制时，即在混凝土中产生一定的预压应力，从而可以抵抗因温度和混凝土收缩产生的应力，达到避免产生裂缝的目的。

2）设置后浇带、膨胀加强带，并控制在较低温度和湿度环境下封闭后浇带。

在地下室范围内，沿纵向和横向每隔35 m左右设1道后浇带。

3）在温度和收缩应力较大部位加强配筋，采取细而密的配筋方式。

5 结语
1）结构整体计算结构显示，在多遇地震作用下工程各项指标均满足规范要求，弹性时程补充分析的各项指标也满足规范要求，计算结果合理。

2）单体主楼32层，裙房6层，主楼与裙房高差较大，上部荷载差异较大。

为了使主楼与裙房不产生过大的不均匀沉降，主楼采用旋挖（冲击）成孔灌注桩，裙房采用筏板基础，主楼与裙房间设置沉降后浇带，合理组织施工顺序，待主楼沉降基本稳定后再封闭后浇带，并加强与主楼相邻裙房第一跨内筏板配筋及板厚。

本工程通过此类措施较好地控制了差异沉降量[9-10]。

〖参考文献〗
【相关文献】
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[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.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,2010.
[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ 94—2008 建筑桩基技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2008.
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