国电新能源技术研究院结构设计_王洋

Structural design of Guodian New Energy Technology Ｒesearch Institute Wang Yang，Wang Xuesheng，Shi Guanglei，Zhou Sun，Guo Liping，Li Pei
（ Beijing Institute of Architectural Design，Beijing 100045，China） Abstract： The gross floor area of the project of the building group of Guodian New Energy Technology Ｒesearch Institute is about 260 000m2 ，and it consists of surround-building ，arc-building and different forms of corridors and bridges． It focuses on the introduction of the following design difficulties and key factors in each structural unit of this building group which include： the setting of the whole floor of steel structure on the top of main building due to the pavement of solar PV panel on the top of surround-building，the plan choice for this part of steel structure，the treatment for the problems of temperature stress，long-span and large cantilever structure； the analysis of long-short columns due to different levels of the locations of those steel columns on the roof of the surround building； the solution to the problems of temperature stress in large volume concrete due to super-length underground structure； the treatment for torsion resistance caused by the complex shape of the arc-building design； the calculation and analysis of the special structural components of the arc-corridors between buildings and the Y-shaped support pillar． Keywords： performance-based seismic design； surround-building； arc-building； concrete cracking resistance design； corridor； long-short column design； Y-shaped support pillar； weak connection
图 3 温度应力分析云图
根据以往大量的工程经验，严格控制超长混凝 土结构的施工材料和施工工艺也至关重要。本工程 对施工做出了如下要求： 1） 注意骨料配合情况，选 用水化热低的水泥并且控制水泥用量； 2） 加强混凝 土硬化过程中的养护，暴露于空气中的新浇筑混凝 土表面应及时浇水或覆盖湿麻袋、湿棉毯等进行养 护； 3） 晚拆模，拆模时的混凝土温度（ 由水泥水化热 引起的） 不能过高，以免接触空气时降温过快而开 裂（ 拆模后混凝土表面温度不应下降 15℃ 以上） ，更 不能在此时浇筑凉水养护； 4） 施工后浇带尽量低温 合拢（ 10 ～ 15℃ ） ［1］。
之一。首先对地下室进行温度应力下的应力分析， 温度应力分析云图见图 3，将分析结果作为确定抵 抗温度应力所采取措施的依据，本工程采取如下措 施： 1） 合理设置施工后浇带，结合沉降后浇带的需 要，本工程每隔 40m 左右设置一条施工后浇带（ 图 2） ，将整体划分为若干小单元，以减小混凝土收缩 应力； 2） 依据温度应力分析数据，在地下室侧墙、顶 板沿长向设置预应力钢筋，解决后期温度变形导致 的裂缝，提高构件水平抗拉和抗裂能力［1］； 3） 在基 础设计中，设 置“滑 动 面 ”，即 在 基 础 与 地 基 间 增 加 一层滑动面，减少混凝土变形过程中外界对其的约 束，一定程度上降低裂缝的发生的。本工程的做法 是在基础垫层和筏板间干铺两层防水油毡。
图 2 施工后浇带设置示意及抗浮范围划分
不同抗浮范围锚杆设置
表1
抗浮处 基底绝对 设计抗浮力 锚杆直 锚杆间距
理范围 标高 / m 标准值 / kPa 径 / mm
/m
A 25. 75
60
200 1. 60 × 1. 60
B 23. 55
45
150 1. 70 × 1. 70
C 24. 80
45
150 1. 65 × 1. 65
图 1 建筑群鸟瞰图
侧，高度均为 20m，用作风电运营试验车间、海洋能 试验车间以及污染控制研究所。工程 3 个区域的地 上部分通过 弧 廊、连 桥 相 连，整 个 工 程 建 筑 造 型 新 颖、空间复杂。
本工程抗震设防烈度为 8 度，基本地震加速度 值为 0. 20g，设计地震分组为第一组，抗震设防类别 为丙类，建筑场地类别为Ⅲ类。
在混凝土结构上方设置整层钢结构体系，需综 合考虑钢筋混凝土结构和钢结构两方面的各项指 标，本工程综合考虑混凝土部分结构单元的划分、温 度应力以及建筑造型等因素，划分钢结构结构单元 （ 图 6） 。在钢筋混凝土各结构单元整体模型中建立 带有顶层钢结构的完整模型，用以控制荷载以及底 部钢筋混凝土结构的各项指标，在此模型中暂将大 跨度部分的结构体系等效为钢梁处理。然后建立顶 层钢结构部分的局部详细模型，对钢结构部分具体、 细化分析，校核之前整体模型的计算结果。 2. 2. 2 要点分析
第 44 卷 第 20 期 2014 年 10 月下
建筑结构 Building Structure
Vol． 44 No． 20 Oct． 2014
国电新能源技术研究院结构设计
王 洋， 王雪生， 石光磊， 周 笋， 郭丽平， 李 培
（ 北京市建筑设计研究院有限公司，北京 100045）
［摘要］ 国电新能源技术研究院工程总建筑面积约 26 万 m2 ，是由围楼、弧楼及不同形式的连廊、连桥组成的建筑 群。重点对建筑群各结构单元设计中遇到的以下设计难点和关键点进行介绍： 围楼顶部因铺设太阳能光伏板，在 主屋面以上设置了整层的钢结构，对此部分方案的选择，温度应力、大跨度大悬挑部位的处理； 由于围楼顶钢柱生 根的位置标高不同，对长短柱的分析； 围楼地下结构超长，解决大体量混凝土温度应力所采取的措施； 弧楼平面体 型复杂，其结构的抗扭处理； 建筑间的弧形连廊、办公楼 Y 形支撑柱等特殊结构构件的分析计算。 ［关键词］ 抗震性能化设计； 围楼； 弧楼； 混凝土抗裂设计； 连廊； 长短柱设计； Y 形支撑柱； 弱连接 中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：1002-848X（2014）20-0027-07
1 工程概况 国电新能源技术研究院工程位于北京昌平未来
科技城内，紧靠温榆河生态公园。建筑总用地面积 约 20 万 m2 ，总建筑面积约 26 万 m2 ，为该区的重点 工程，是集科研研发、实验车间、办公、公寓酒店在内 的科研综合建筑群，其鸟瞰图见图 1。该工程的设 计工作始于 2010 年 1 月，完成于 2011 年 9 月，2013 年 9 月工程竣工并投入使用。
作者简介： 王洋，硕士，工程师，Email： biadwang2000@ 163． com。
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建筑结构
2014 年Βιβλιοθήκη Baidu
2 围楼设计 2. 1 围楼地下部分 2. 1. 1 围楼基础
根据勘察报告，本工程勘探范围内（ 深度 45m） 的地层由人工填土层及一般第四纪冲积层成因的黏 性土、粉土及砂土组成，场地地形较平坦。地层从上 到下依次为： 杂填土、黏土、黏质粉土夹粉细砂、细中 砂夹重粉质黏土、中砂、粗砂。围楼采用天然地基， 持力层 选 取 粉 质 黏 土 层，地 基 承 载 力 特 征 值 为 150kPa，基础采用梁板式筏基。由于毗邻温榆河，场 地内地下水位较高，拟建场地内的抗浮设防水位按 ± 0. 000 以 下 2. 5m 处 考 虑。围 楼 局 部 存 在 抗 浮 问题。
D 26. 10
45
150 1. 65 × 1. 65
E 25. 75
20
150 2. 30 × 2. 75
锚杆锚固段 长度 L /m ≥10 ≥10 ≥9 ≥10 ≥9
2. 1. 2 围楼地下室（ 超长混凝土结构） 围楼地 下 室 为 一 个 整 体 的 大 底 盘，长 向 达 到
360m，解决大体积混凝土收缩变形是设计的关键点
本工程采用抗拔锚杆的抗浮方案。分析围楼的 特点，主要有两点关系到其抗浮设计，概括为“两个 不同”： 1） 标高不同，即受到建筑做法的制约，基础 埋深不同（ 大体分为 5 个不同的基底标高） ； 2） 荷载 不同，由于围楼地上部分建筑的使用功能各异，因此 围楼各结构单元地上楼层层数不同、使用荷载不同。 针对以上特点，围楼基础一部分可依靠建筑自身压 重来抗浮； 另一部分则需要设置抗浮锚杆来抗浮。 综合考虑基础埋深以及上部结构压重等因素，将需 要设置锚杆的部分划分为 A ～ E 共 5 个更细的抗浮 范围（ 图 2） ，根据每个范围不同的浮力和压重情况， 确定各范围抗浮锚杆的间距、直径以及锚固长度，以 达到最经济、有效的抗浮效果，见表 1。
工程现已竣工并投入使用，裂缝控制效果令人 满意。 2. 2 围楼地上部分
围楼地上部分主要功能为试验与办公，根据建 筑使用功能用防震缝将其分为 8 个结构单元，均为 框架-剪力墙结构。根据建筑造型和使用功能，其顶 部因铺设太阳能光伏板需设置整层的钢结构 （ 图 4） 。围楼顶层钢结构平面有以下特点： 1） 钢柱生根 位置不 同，柱 长 差 别 很 大，几 何 长 度 为 34，20，3， 0. 45m 不等； 2） 各结构单元四周均存在大悬挑，最 大挑长 6m； 3 ） 多 处 存 在 大 跨 度，最 大 跨 度 27m；
建筑群根据使用功能大体分为 3 个区域： 以科 研实验室为主的一组围合高层建筑（ 简称围楼） 、以 科研办公、酒店公寓为主的 3 栋高层建筑（ 简称弧 楼） 、以及 3 个实验厂房。围楼位于场地中间，地上 由 8 栋建筑围合而成，层数为 7，4 层不等，相应的高 度分别为 32，20m，一层地下室连成一体，战时为 6 级人防，平时为车库。弧楼位于场地西侧，地上由三 栋梭形高层建筑组成，层数为 17，15，10 层不等，相 应的高度分别为 80，66，48m，地下 2 层同样连为一 个整体，为 5 级人防。3 个实验厂房位于场地最东
（ 1） 由于主屋面标高不同以及受到局部出屋顶 的电梯机房、功能用房的影响，钢柱生根的位置标高 差别较大，柱长差异很大。概括起来生根位置分为 4 类： 落在主屋面，下方可生根于框架柱上（ 图 7 中 a） ； 落于主屋面，但下方无竖向结构构件，只能生根 于框架梁或次梁上（ 图 7 中 b） ； 落于主屋面，生根于 局部出屋面剪力墙上（ 图 7 中 c） ； 落于室外地面，生 根于地下室框架柱上（ 图 7 中 d） 。
第 44 卷 第 20 期
王 洋，等． 国电新能源技术研究院结构设计
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图 4 围楼顶层钢结构竣工实景
图 5 特点分析示意
图 6 顶层钢结构单元划分示意 图 7 钢柱长度、生根位置差异示意
4） 平面超长，长向达 360m； 5） 平面内开有大洞，洞 平面尺寸为 8. 4m × 27m（ 图 5） 。 2. 2. 1 整体分析