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昆明恒隆广场——超大型综合体超限高层结构设计

云南省设计院集团 2017-12-07 20:16:54

工程概况

“恒隆广场・昆明”是云南省设计院集团与AECOM亚洲有限公司及王董国际有限公司共同合作的超大型综合体超限高层项目。

地理位置

       “恒隆广场昆明”发展项目位于云南省昆明市盘龙区东风广场白塔片区,四周由东风东路(北)、北京路(西) 、尚义街(南)、 尚义巷(东)环绕,其范围原为昆明市政府办公地。昆明市政府办公地整体搬迁后,为提升城市环境,塑造良好的城市景观,对该地块实行统一规划,其建设目标:集公寓、商业办公、休闲购物、餐饮娱乐等功能为一体的现代化城市综合体。包括一个高端购物中心、一栋330米高甲级办公楼,一栋250米高级公寓。本项目是昆明市重大的标志性项目,将以最好的设计和建设,使“恒隆广场昆明”成为恒隆地产于全国另一个地标性项目。本项目总用地面积 56042.97 平方米,兴建规模为400822 平方米,是一项世界级综合性项目,其中包括:商业 182111 平方米;办公 159524 平方米;公寓 59187 平方米; 4层地下室作商业购物、停车库及相关配套用房。



公寓楼结构选型及要点

公寓塔楼结构主屋面标高为228.5m,地下有四层地下室,采用钢筋混凝土框架-核心筒结构体系。外框柱采用型钢混凝土柱,采用较小的间距,一般在4m-6m。外框梁为钢筋混凝土梁。核心筒为钢筋混凝土剪力墙。和其他常用超高层结构体系相比较,该体系用于公寓塔楼具有一些明显的优势,能够达到安全经济的抗震结构设计目标:较密的柱距使得整个体系的受力性能接近于筒中筒结构体系,抗震性能良好,确保结构的安全性,同时由于结构的效率比较高,能够实现结构设计的经济性;较密的柱距相应可以减小柱截面,同时变化的柱距可以配合到房间开间的变化,因此该结构体系可以很好的配合到建筑设计要求;核心筒采用钢筋混凝土为主有利于降低结构成本。外框架作为抗震设计的第二道防线,起到重要的防倒塌作用,因此在柱内设置适量钢骨有利于结构抗震安全,同时也不会过多加大结构成本。为配合建筑设计底部减柱的要求,在第四层采用Y 字型转换形式。该楼层为机电层,在机电层布置斜柱可以最大限度的减小斜柱对建筑使用功能的不利影响。

裙楼结构选型及要点

裙楼结构高度36.10米,采用带剪切型耗能墙的钢筋混凝土框架结构体系,东、西两翼大型跨层电影院端部斜柱拉梁,周边大跨度悬挑梁(幕墙),中庭大开洞(大跨度悬挑梁),并存在超过3项的一般不规则项目,包括:扭转位移比超过1.2、平面布置凹凸不规则、楼面大开洞和局部斜柱。对于结构的抗震性能目标,审查会上专家组认为框架柱和重点部位的构件抗震要求应适当提高,具体意见如下:性能目标:框架柱、斜柱拉梁、大跨度梁和悬臂梁按“中震弹性”;与阻尼器相关构件按“中震弹性、大震不屈服”;其他部位按“中震不屈服”。采用软钢剪切型阻尼墙的布置宜设在位移较大的部位,以使在中、大震作用下充分发挥耗能作用;包括阻尼元件和阻尼墙支承构件的计算模型应符合实际受力情况,地震输入应符合“中震”、“大震”的要求;连接大样应细化;应提供在三水准地震作用下,每个阻尼器的弹性和弹塑性力及位移数据;采用阻尼墙应考虑附加弯矩。

重难点处理

1.公寓楼框架柱局部Y型转换

在第四层和第五层之间,存在柱子的转换,由第五层的两个柱子合为一个柱子,所以需要在东西立面布置Y型斜柱来实现竖向承载力的转换。斜柱布置如下图所示:




斜柱的设置会改变外框架结构局部的受力状态。对于斜柱本身来说,由于柱身的倾斜,在重力荷载作用下柱内产生的轴力会变大。同时,当地震作用方向与斜柱倾斜方向一致时,斜柱客观上会起到支撑的效果,承担更多的地震作用。对于与斜柱相连的框架梁,由于柱身的倾斜,柱轴力的水平分量需要由框架梁分担。因此对于相连框架梁的设计,除考虑弯矩的作用外,还需要考虑由斜柱引起的附加轴力(拉力或压力),按照压弯/拉弯构件设计。斜柱位置作为公寓结构的一个超限项目,为保证该位置结构的安全和斜柱传力的可靠,斜柱和相连框架梁均按照中震弹性进行设计。

2.裙楼斜柱部位设计

斜柱和拉梁的设计按照提高的中震弹性性能目标进行重新复核。在斜柱根部应设置型钢混凝土拉梁;在竖向荷载下,东侧斜柱框架应按独立模型计算保证承载力要求。



东侧斜柱框架与主体结构之间存在着一个大的开洞,在一定程度上削弱了主体结构与东侧斜柱框架之间的连接。由于连接位置相对其他部位较弱,在大的地震作用下可能先于其他位置破坏。斜柱框架本身需要有足够的强度和稳定性,以确保在与主体结构的连接失效的情况下,斜柱框架自身也不会在重力荷载作用下破坏。对东侧斜柱框架建立独立的模型,分析其在重力荷载作用下的安全。具体模型分析假定如下:①考虑斜柱部分与主体结构断开;②仅考虑重力荷载;③考虑到阻尼器可能在地震时已经屈服,因此在单独模型中不考虑阻尼器的作用;④独立模型分析考虑了P-效应,考虑结构侧向弯曲变形而引起的倾覆弯矩增加效应。

3.连接天桥设计

在商场的3/F位置设置人行天桥用于连接北区的商场和南区的公寓,如下图所示。天桥的北端支撑在北区商场裙楼的框架柱上,南段支撑在公寓裙楼的框架柱上。由于天桥的长度较长,为减少结构构件尺寸和优化设计,在天桥的跨中位置布置桥墩。天桥的总长度约为66m,最大的跨度为公寓裙楼至中部桥墩距离,为40m。




由于北区和南区裙楼及桥墩均为独立的结构,在地震作用下各自会产生相互独立的地震反应。因此在人行天桥支座的设计上,需要充分考虑地震作用时,各个支撑点的不同步位移如何处理。天桥结构的支座设计考虑天桥可以随裙楼自由移动,但各个支座的相对位移不会对天桥结构产生附加内力。天桥在桥墩位置的2个支座只承担竖向力,水平方向可以自由滑动。北区裙楼的支座:其中一个只承担竖向力,水平方向可以自由滑动;另一个支座,除承担竖向力外,还承担垂直条天桥长度方向的水平力,沿天桥长度方向则可以自由滑动。南区裙楼的支座:其中一个只承担竖向力,水平方向可以自由滑动;另一个则承担竖向和两个水平方向的作用力,为铰支座。

通过合理设置天桥的支座,则无论两端裙楼和中部桥墩在地震作用下发生任何方向的变形,天桥结构均可以随着支座的变形自由移动,且不会在天桥结构中产生附加内力。同时对于天桥本身承担的水平力(风和地震力),也可有效地传递到两端支座。

总结

1、公寓塔楼为8度地震区的高层建筑(228.5m),采用钢筋混凝土框架-核心筒的结构体系,为高度超B类高度并带有部分不规则布置的超高层结构。针对项目的结构布置和超限情况,采用多个软件和分析模型对结构整体的地震反应和关键部位受力进行了详细的计算分析。根据分析结果和结构超限情况,主要采取了如下抗震设计加强措施:

l 底部加强区和加强层部位剪力墙采用钢板剪力墙,主要墙肢和框架柱考虑受剪中震弹性和偏拉、偏压中震不屈服

l 过渡区主要墙肢满足中震抗剪不屈服

l 控制核心筒墙肢在中震下的拉应力

l 对外框架柱Y 形转换、L3 层转换梁和首层跨层进行专门设计和加强措施

昆明为高烈度地震区,为确保大震作用下结构不发生倒塌,对本项目进行了3组大震地震波的弹塑性时程分析。弹塑性时程分析结果表明,在大震作用下结构的弹塑性层间位移满足规范要求,塑性铰的位置主要出现在连梁和两端,框架柱有少部分塑性铰出现,绝大部分的剪力墙损伤较小,说明本结构有良好的耗能能力并可确保大震不倒的抗震设防目标。

2、裙楼结构高度36.10米,采用带剪切型耗能墙的钢筋混凝土框架结构体系,东、西两翼大型跨层电影院端部斜柱拉梁,周边大跨度悬挑梁(幕墙),中庭大开洞(大跨度悬挑梁),针对存在的斜柱情况、楼板大开洞及采用耗能墙等问题,主要采取如下抗震加强措施:

l 中震下附加阻尼比达到3%。中震下总的阻尼比为8%

l 在楼板局部应力较大的部位补充设置了抗拉/抗剪钢筋,以满足中震不屈服的设计要求

l 斜柱根部楼层补充设置混凝土拉梁。在竖向荷载作用下,对东侧斜柱框架进行独立模型分析

l 楼面混凝土强度统一采用C45,节点部分混凝土强度等级与柱相同,不会出现薄弱节点


 



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