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双塔连体结构设计概述

1. 工程概况

本项目是科技工业园28栋城市更新单元工程,为普联技术有限公司深圳研发总部。位于深圳市南山区高新技术产业园,科苑路以西、翠溪路以东、科宏路以北。塔楼27层,结构高度123m,建筑面积50318m2;地下共4层,建筑面积20467.97m2,其中地下一层主要为设备用房,地下二层到地下四层为车库。

项目建筑主要功能为办公研发集中于塔1、塔2区域,连接双塔的中庭为建筑开放公共空间,此部位沿高度方向规律交替变化,水平跨度15.5m。建筑效果及典型层建筑平面布置详见下图所示:

中庭强连接楼层建筑平面布置

中庭中等连接楼层建筑平面布置

中庭弱连接楼层建筑平面布置

2.结构布置介绍

基于建筑与结构相结合的考虑,本工程拟采用型钢混凝土柱框架-剪力墙结构体系,体系中框架和剪力墙同时提供承重和抗侧力的结构功能但彼此的作用有所区别。框架主要是剪力墙外建筑空间的支撑,是抗震的二道防线;混凝土结构剪力墙除了承受竖向荷载外,其主要功能是为结构提供了强大的抗侧力能力。结构构成及典型层平面布置详见下图所示:

结构构成示意

典型研发楼层结构布置图

典型实验设备楼层结构布置图

主要构件截面尺寸

构件类别

截面尺寸

材料强度

剪力墙

500~250mm

C60~C50

框架柱

700×1100(内置型钢)~700×700、900×1200(内置型钢)~700×900

C60~C50(Q390GJ)

框架梁

500×900、300×700、300×800

C35

楼板

首层180mm、中庭区域及顶层150mm、标准层120mm

C35

3.针对连体特点的计算分析

本工程由于存在类似双塔布置的建筑特点,在双塔之间通过中间连桥及中庭较强的结构联系,将双塔又联系成一个整体,另外双塔结构布置及建筑布置基本对称。针对以上特点,本工程在设计过程中补充了如下计算分析:

1)分析独立单塔的动力特性及抗侧性能;

2)对比单塔模型与整体模型的主要分析结果

3)分析双塔中庭连接区域的结构受力状态

3.1 单塔模型计算分析

1) 单塔模型

单塔计算模型及平面范围示意图

2)单塔主要计算结果

模态计算结果

振型号

SATWE

周期(s)

X-trans

Y-trans

Rot-Z

1

4.26

1.00

0.00

0.00

2

3.72

0.00

0.89

0.10

3

2.88

0.02

0.11

0.88

4

1.35

0.98

0.00

0.02

5

1.18

0.01

0.80

0.19

6

0.96

0.06

0.19

0.75

7

0.73

0.88

0.00

0.12

8

0.63

0.05

0.68

0.27

9

0.54

0.27

0.27

0.46

10

0.49

0.63

0.05

0.32

重力及地震总作用力

项次

SATWE

重力荷载代表值DL+0.5L(kN)

424580.7

平均重力(kN/m2)

15.29

方向

X

Y

地震作用

基底总剪力(kN)

5915.87

5682.55

基底剪重比

1.39%

1.34%

规范限值

1.4%

1.54%

基底总倾覆弯距(kN·m)

510208.00

564114.80

层间位移角

项次

SATWE

方向

X

Y

50

风力

最大层间位移角

1/702

1/859

所在楼层

10

10

规范限值

1/650

1/650

顶点最大位移(mm)

150.44

107.65

顶点最大位移/总高

1/867

1/1212

地震

作用

最大层间位移角

1/916

1/893

所在楼层

15

10

规范限值

1/650

1/650

顶点最大位移(mm)

110.86

92.47

顶点最大位移/总高

1/1177

1/1411

刚度比、抗剪承载力比及刚重比

刚重比计算结果

项次

SATWE

不考虑P影响的规范限值

规范刚重比最低限值

X方向

2.21

≥2.7

≥1.4

Y方向

3.05

≥2.7

≥1.4

3.1 单塔模型与整体模型的主要分析结果对比

1) 周期计算结果对比

2)层间位移角计算结果对比

3)位移比计算结果对比

3.3中庭连接区域受力分析

本工程存在双塔布置的建筑特点,中庭区域结构的布置将双塔较强的联系成一个整体,中庭区域典型层的布置详见下图所示:

中庭区域弱连接楼层

中庭区域强连接楼层

基于以上结构布置特点,需分析中庭区域结构的受力状态,摸清中庭区域框架构件对整体模型的影响。
本报告在此补充如下计算模型,并将其主要计算结果与原整体初始模型进行对比分析。
补充计算模型:

铰接模型(弱化双塔之间中庭区域结构的连接,将中庭区域梁构件两端铰接处理)

铰接删构件模型(在铰接模型的基础上,删除中庭连接区域隔层布置的500x900mm边框梁)

1)主要计算结果对比

周期对比

上表表明三种模型结构振型均呈现出平扭的变化规律,且扭转周期比均小于0.85,满足规范限值要求。
铰接模型及铰接删构件模型沿X向周期较初始模型周期要大,沿Y向周期则与初始模型较为接近。
说明中庭连接区域框架梁铰接对整体模型X向抗侧刚度有一个较小的削弱。

位移角结果对比

位移比计算结果对比

2)中庭区域框架梁受力状态分析
各荷载工况作用下中庭连接区域框架梁构件内力计算结果详见下表所示:

隔层布置500x900mm边框梁内力状态

中庭连接区域一般位置框架梁内力状态

从上表内力计算结果可以看出,在水平荷载作用下,中庭连接区域框架梁轴力数值相对较小,说明双塔结构动力特性基本一致,相对错动变形较小。

3.4计算分析小结

1)单塔模型计算所得各项指标基本均能满足规范限值要求;

2)单塔结构在风及多遇地震作用下,能保持了良好的抗侧性能,主要指标基本满足第一性能水准要求;

3)单塔计算所得各指标数值结果及变化趋势同整体模型计算结果较为接近,其中双塔抗扭性能优于单塔结构;

4)两单塔结构基本对称,性能相近,相互影响较小。

5)中庭区域结构布置对整体模型沿X向抗侧刚度有一定贡献,对整体模型Y向抗侧刚度影响较小;

6)中庭区域结构布置对沿Y向水平地震作用下结构整体的抗扭刚度有一定的贡献,对沿X向水平地震作用下结构整体的抗扭刚度影响较小;

7)在水平荷载作用下,中庭区域框架梁出现一定的拉压轴力,最大值仅为112.04kN,数值相对较小,说明双塔之间相对错动变形较小。

8)查看隔层布置500×900边框梁内力及配筋结果可知,最大配筋配筋率仅为0.79%,构件受力较小,承载力较为富余。

4. 针对连体特点的结构加强措施

1)将中庭连体区域两侧8、10轴所有楼层框架柱指定为关键构件;

2)将中庭连接两个单体的框架梁的性能目标提高为:中震抗剪弹性抗弯不屈服,大震抗剪不屈服;

3)中庭区域板厚取为150mm,双层双向构造配筋,分析小、中、大震作用下的楼板应力,根据地震应力配置抗震钢筋;

4)底部加强区范围框架抗震等级提为特一级,其余一般范围框架抗震等级为一级。

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