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海能达全球总部大厦结构设计概述

1.工程概况

海能达全球总部大厦为一座商业办公综合体,地上总建筑面积94800平米。南侧主体塔楼为海能达后海总部,共43层,高197.6米,总办公建筑面积为84800平米;北面联通5层商业裙房,高约32米,总商业建筑面积为10000平米;场地内地下设有四层停车场,约20000平米,其中包含地下一层约2500平米的商业店铺,联通场地周边沿线地铁站及地下人行步道。建筑效果图详见下图所示:
建筑效果图
自下而上功能分布:
4层地下室:B1层6.5m,B2层3.9m, B3层5.3m,B4层3.9m
6层裙房:商业裙房(6m、5.1m、4.5m)
7~43层:办公(4.5m、10层4.45m)
11、22、33层:避难层(4.5m)
建筑立面图
典型建筑平面:
裙房商业典型层平面图
塔楼标准层平面图(悬挑桁架楼层)
塔楼一般区域标准层平面图(办公)
一般区域标准层平面图(办公16-18层、28-30层、36-38层)
分析设计参数:

抗震等级

2.荷载和地震作用

1)重力荷载
结构自重包括楼板、梁、柱、墙重量,按各自容重由程序计算。办公区考虑吊顶、架空地板、管线等做法,恒荷载取1.5KN /m2,活荷载考虑隔墙及高端办公需要取4.0KN/m2,外墙考虑幕墙,附加恒载取1.5kN/m2。其他部分根据建筑做法和使用功能取相应荷载。
2)风荷载
根据项目场地周围的地形、地貌,同甲方、风洞试验单位协商确定试验时0°~110°采用《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)中规定的B类地貌风剖面、120°~350°采用C类地貌风剖面。根据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)、《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010),确定的关于其他风荷载基本计算参数如下表。
地面粗糙度:
C类(120°~350°)/B类(0°~110°)
位移控制基本风压:
0.75 kPa
承载力计算基本风压(50年):
0.825 kPa
体型系数和风振系数:
按风洞试验
风洞试验风向角示意图
风洞试验照片
根据广东省建筑科学研究院风工程研究中心提供的《海能达后海总部大厦风致结构响应分析报告》,基底等效静荷载1.1 倍50年重现期基底最大等效风荷载(阻尼比0.03):
Vxmax=1.83×107 N;
Vymax= 2.05×107 N
Mxmax=2.6×109N·m;
Mymax= 2.22×109N·m;
Mzmax=1.29×108 N·m
考虑到地貌的特殊性,设计时按风洞试验的结果进行验算。
3)地震作用
地震作用计算采用抗震规范的地震影响系数曲线,并根据各阶段地震水准的不同,选取相应的地震动参数。规范场地地面设计地震动参数表如下:
地震动参数表

高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010,4.3.2第3条规定:高层建筑中的大跨度、长悬臂结构,7度(0.15g)、8度抗震设计时应计入竖向地震作用,本工程因为存在大悬挑及大跨布置,在此需考虑竖向地震作用。

3.结构布置与选型

根据建筑的总高度、抗震设防烈度、建筑的用途等情况,本工程采用斜交网格钢筒—钢筋混凝土单侧双角筒结构体系。体系中斜交网格钢筒和双角筒同时提供承重和抗侧力的结构功能。建筑为了尽可能大的为办公空间提供灵活性,采用了双角筒偏置西侧的布局。塔楼主体承重系统由斜交网格框筒及外围承重钢结构柱梁及驾于其间的钢筋桁架楼承板组成。外围重力荷载经由结构最上部和办公/设备层下部的转换桁架系统传回内部网格框筒。
结构构成如下:
裙楼标4层结构布置示意
塔楼20层结构布置示意
典型结构平面图

裙房商业楼层桁架布置平面示意

塔楼低区及高区桁架布置平面示意
A轴立面结构布置 D轴立面结构布置 E轴立面结构布置
H轴立面结构布置 L轴立面结构布置 1轴立面结构布置
3轴立面结构布置 5轴立面结构布置 7轴立面结构布置
10轴立面 13轴立面
10/13轴立面结构布置
本工程存在四项一般不规则——扭转不规则、楼板不连续、尺寸突变、局部穿层柱;存在一项严重规则性超限——塔楼相对于裙楼偏心布置。

4.结构特点及设计策略

1)塔楼双筒布置(钢筋混凝土核心筒+斜交网格钢外筒),且钢筋混凝土核心筒偏置;
设计应对策略:
a) 分析偏置核心筒墙肢中震作用下的拉应力,根据计算需求合理布置抗拉型钢;
b) 补充详细的施工模拟分析,减少因竖向变形引起的结构内力,通过详细的性能化计算分析,确保双筒满足各阶段的受力要求。
1)本工程底面以上除核心筒以外楼面梁均为钢梁,楼板为钢筋桁架楼承板,梁高控制较为严格;
设计应对策略:补充详细的舒适度分析,以确保使用阶段满足竖向振动舒适度要求。
2)塔楼东西侧及裙房顶6-10层南北侧位置存在通高镂空布置,塔楼角柱1-2层及6-10层为之越两层布置。
东西侧通高位置平面示意:
南北侧3、5轴立面结构布置示意
东西侧A、L轴立面结构布置示意(面内楼面梁隔层布置)
由上述布置可知,上述立面位置结构斜交网格柱面内2层跃层布置,面外4层跃层布置。
应对策略:补充详细的屈曲分析,准确选取计算长度系数用于指导施工图阶段构件设计。
4)裙楼商业及塔楼标准层存在大悬挑及大跨布置
塔楼标准层悬挑桁架结构布置示意
裙房商业大跨及悬挑桁架结构布置示意
应对策略:
a)结合建筑使用功能及立面效果,布置4层高钢桁架,桁架构件采用高强钢(Q390GJ),严格控制构件应力比状态,并将其设定为关键构件予以控制各水准地震作用下的性能目标;
b)补充详细的全过程施工模拟分析,确保桁架构件的受力分析真实准确;
c)补充考虑桁架上下弦杆楼板刚度退化计算模型,以确保钢桁架的安全度;
1)由于双向钢桁架的布置存在,局部节点连接杆件数量多,节点连接复杂
典型多节点连接节点三维空间示意
应对策略:
补充详细的节点有限元计算分析,确保节点受力安全及节点构造合理施工可行;
1)塔楼相对于裙楼偏心布置,塔楼16~18层楼板不连续。
16层结构平面布置示意图
应对策略:
a)补充详细的楼板应力分析,并根据分析结果增加楼板中的抗震钢筋;
b)加强裙楼与塔楼收进部位相关楼层的抗震构造措施,严控构件应力比数值。
1)塔楼顶存在一个50.5m高塔尖布置需求
带塔尖整体模型示意图
应对策略:
a)建立准确的整体计算模型,分析塔尖对主体结构的影响;
b) 严格控制塔尖构件应力比,以确保其满足风荷载作用下的塔尖结构由于驰振效应引起的疲劳问题。
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“转自:CCDI高成结构-公众号”

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