复旦大学光华楼结构设计介绍

里二±望全旦三堡堡里墅型!查生垫堡苎 !塑!圭—— 复旦大学光华楼结构 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 朱江刘丽广金松蔡博芳奚玲 十∞#^＆¨目RRI＆目mo月±*200。63) 提l复月大学光华楼自m塔±楼日裙房组成，是一幢十、女面均f规⋯∞超Ⅲ高层建筑·本i全面舟绍了谆结 构设计。全楼地下窜不设伸缩＆Ⅻ沉R缝，通过采刷*Ⅻ桩径ⅫT月桩端#力B的钟孔灌＆桩、T目厚度的地下$底板、 设i沉降后洗带目施I后浇*等措施后．解状T主楼目裙房的祝降《“＆地F室超*带m白勺诸多问《，№足7镕目安±# 使月功能，也节省TI程造价。上帮#目通Ⅱ＆t抗雀缝、增强结构整体抗扭刚度、加％抗茬薄弱部＆U＆采用多十结构 计算模型进行对№升折等来确保镕目＆好的抗震性能：通过设置型钢％*t粱Ⅻ柱、目％*±m☆楼盖H满足室内有关 部位^iM功№要m。日供类似I程参考。 关键目 T规则镕构．目长结构，机降￡，型俐湿凝±，抗《薄弱部位 1工程概况 复旦大学光华搂建十复巳人学邯郸校R彖北部，总鲢186米、宽49米，是为迎接复H100周年校庆 而建的一幢综合性教学用建筑。该建筑山cp商；3l层的艰塔主楼及东西两幢8层群房组成，总建筑面积约 110000平方米。 ％Ⅱ．*．196511自i．一目＆Ⅲ镕#18Ⅱ一女gI#" 第二十届全国高层建筑结构学术会议 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 2008年 主楼总长72米、宽40米。地下二层，层高分别为4．8米和3．5米，主要为车库及设备用房；地上 由东西二座3l层、平面尺寸为26x40米的塔楼，及二座塔楼间一个20米长、28米宽的15层连接体组 成，层高4’5．5米，总高140．2米，连接体高度64．9米；主要功能为办公、会议、资料室及阅览室等。 根据建筑功能要求，在塔楼连接体内设有20x24米的大空间(不设柱)；在该部分的2’3层及13’14层 为共享空间，2层、14层楼面开洞尺寸为20x24米。 东西二座裙房长度分别为54米和60米，宽46米；地下一层，层高4．8米，为车库；地上8层，层 高4．2’5．5米，总高36．1米，为教室、报告厅、办公等。根据立面要求，两幢群楼自主楼向外逐级跌落， 由8层跌落至5层、3层。东裙房二层东部有24x22．5米的报告厅，教室层高9米，其屋顶为屋顶花园。 该工程已于2004年7月结构封顶，目前已竣工并投入使用。 2地基及基础 光华楼建设场地原始地面较平坦，地表以下110．33米范围内的地基土主要由粘土、粉土及砂土组成， 均属第四季滨海平原沉积层，其中第②3—1层饱和砂质粉土为严重液化土层。各土层物理力学指标见下 表。 地层物理力学性能表 土层 土层名称 层底标高(m) 层厚(m) 桩侧土极限 极端土极限 压缩模量 层号 摩阻力标准 端阻力标准 建议值 值f。(kPa)值f。(kPa)Es(Mpa) ① 填土 1．00^v1．98 1．00～1．67 ①。 浜填土 1．3l’0．52 0．30～1．16 ②。 粘质粉土 1．65’1．06 O．50’1．13 ②3_l 砂质粉土夹 一7．52～一8．9118．10～9．75 20 粉砂 (10m以下) ②3—2 砂质粉土夹 一11．03～一11．581．90’2．76 35 粉砂 ④ 淤泥质粘土 一13．89～一14．802．10～3．226 20 ⑤¨ 粘土 一16．71～一17．762．00～2．96 25 ⑤1—2 粉质粘土 一21．24～一24．373．50～6．53 40 ⑥ 粉质粘土 一25．92～一27．8l1．80’3．56 50 ⑦ 粘质粉土夹 一29．9l～一30．670。60～2．93 55 粉砂 ⑧H 粘土 一45．24～一46．7114．40～16．03 45 ⑧l，2 粉质粘土 一51．18～一52．783．50～6．08 50 800 12．O ．265． 第二十届全国高层建筑结构学术会议论文 2008年 ⑧。 粉质粘土夹 一60．24～一61．056．80～8．27 60 1500 17．0 粉砂 ⑨。 粉细砂 一67．67～一68．346．30～7．29 80 2500 60．O ⑨。 含砾中粗砂 一86．21～一86．3118．OO～18．00 70．0 ⑩ 粉质粘土 一100．34～一100．14．00～14．17 30 47 QD 粉砂 未钻穿 未钻穿 60 根据上部结构计算结果，本工程主楼结构总重(包括恒、活荷载)达16．3万吨，结构总高度达140．2 米，按上海地区高层建筑地基基础设计经验并经市建委专家论证的结果，本工程主楼采用巾850钻孔灌 注桩，桩长57米，桩尖持力层为9—1层(粉细砂)；单桩极限承载力标准值为8115刚，设计计算的最 大沉降量为8．6CM。地下室底板厚度取1．80米，经计算除混凝土筒体周边应力集中部位外，其他部位的 底板配筋均可控制在O．3％(单层单向)左右，说明底板厚度的选择是经济、合理的。 本工程主楼与群房的地下室连成整体，而群房与主楼的荷载差异很大，为减少差异沉降，裙房采用 由700钻孔灌注桩，桩长49米，桩尖持力层为⑧，一z层(粉质粘土)；单桩极限承载力标准值为4200l(N， 地下室底板厚度取1．00米。并调整桩位及桩数，以充分发挥各桩的承载能力，同时在两侧裙房底板在近 主楼的部位设置沉降后浇带，该后浇带在主楼及裙房结构封顶后再封闭，以消除建设期间建筑物沉降差 对底板产生的应力。经沉降计算，群房各桩与主楼边缘的计算沉降差均控制在1／1000以内。 由于本工程地下室东西长度达186米，大大超过了 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 的混凝土伸缩缝间距要求，为控制混凝 土收缩及温度应力引起地下室底板及外墙开裂及渗漏，在设计中采取了以下措施： (1)除两侧裙房底板在近主楼的部位设置沉降后浇带外，在主楼底板的中部区域还设置一条温度后 浇带，以减少混凝土干缩引起的内部应力。 (2)在满足结构受力的前提下，对地下室底板、外墙尽量采用低标号混凝土，以适当降低水泥用量、 减少混凝土的水化热。 (3)适当加密地下室外墙及暴露在室外的地下室顶板的纵向钢筋的配置，并在地下室外墙外皮增设 钢筋网片。 到2005年底为止整个建筑物的最大沉降实测值为4．9CM，其各点间的沉降差也均在设计计算所控制 的范围内：地下室外墙及底板未出现可视裂缝或渗漏等现象。 3上部结构设计 本建筑物抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度，主楼结构总高度为140．2米，属B级高度的 高层建筑，主楼自64．9米以上分成平面对称的两个塔楼，每个塔楼的平面尺寸为26x40米，主体结构采 用钢筋混凝土框架一核心筒结构，框架及筒体剪力墙的抗震等级为一级。根据建筑功能的划分，两个塔楼 中部的核心筒位于塔楼中心偏北4米的位置，尺寸为16x10米(见图2、图3)，其短边尺寸与结构总高 度的比值为1／14。因此核心筒东西向刚度不足，核心筒刚度中心偏心值为结构平面宽度的1／10，对结构 抗震不利。为此设计中在每个塔楼的四角的立面实体墙位置设置了双向剪力墙，以加强结构的抗侧及抗 ．266． 第二十届全国高层建筑结构学术会议论文 2008年 扭刚度，并以此调节结构的刚度中心使之与荷载中心接近，从而在不影响建筑空间和立面效果的情况下 改善了整体结构的抗震性能。 根据计算，由于建筑高度高、柱距较大，各柱墙底部的轴向压力均较大，为提高竖向构件的承载能 力、控制其轴压比、改善构件的抗震性能，同时也为提高建筑空间的利用率，设计中对五层及以下的柱、 墙采用C60混凝土，五层以上逐步递减；对塔楼与连接体相连的部分柱子，采用C60混凝土后柱截面仍 较大，为此在该部分柱内设置型钢，以改善其受力性能。对梁、板等水平构件，由于主楼长度达72米， 超过了规范规定的混凝土伸缩缝间距要求，为控制混凝土水化热、防止楼板出现干缩裂缝，设计中除在 连接体中部设置了 施工 文明施工目标施工进度表下载283施工进度表下载施工现场晴雨表下载施工日志模板免费下载 后浇带外，各层梁、板均采用C30混凝土浇注。 两个塔楼中间的连接体东西长20米、南北宽28米，为资料室、阅览室及展厅等，使用荷载为 5．00刚／彬，根据建筑功能要求，在连接体中部不设柱，从而形成一个20x24米的大跨度楼盖。为保证两 个塔楼的刚性连接、提供合理的建筑使用空间，楼盖大梁可采用型钢混凝土梁或预应力梁。经与业主和 施工单位充分交换意见，由于本工程施工进度紧，采用型钢混凝土梁对施工影响较小，决定在连接体楼 盖采用型钢混凝土井字梁。经计算，型钢混凝土梁高取1200删，跨高比达16．7，其承载能力、变形、裂 缝宽度等指标均满足规范要求。同时采用型钢混凝土后，增强了梁、柱节点的延性，改善了结构体系的 抗震性能。 在每个塔楼三十层的南端为会议厅，为保证会议厅空间的完整，要求取消位于会议厅中间的二根框 架柱，为此在每个会议厅顶部设置了二根跨度为16米的钢筋混凝土转换大梁。 本工程主楼结构高度超过130米，属B级高度的高层建筑结构；主楼自避难层(标高64．9米)以上 为二个结构对称的塔楼至3l层，属竖向不规则结构；连接体部位在三层及十四层楼板开洞为20x24米， 为楼层宽度的57．3％：十五层楼板开洞①11．4米，为楼层宽度的28．5％、连接体宽度的47．5％，属平面不 规则。因此本工程主楼属于高度和平面规则性超限，标高64．9M以上为双塔的复杂体形的高层建筑。 ：8000，㈣ ：日000 j 6000：a000；600。：8000． 10000 ：㈣： 塔棒尊棒 ^’ 、 量 1 ’ 墓 冀’ 、 §墓 ’。 ’ 警 ∞ ￡’ ～ 萤 ． 唧0 ． Ⅲ0 。 80。0 ，6000，4咖．4咖，㈣，Ⅻ ， 10000 ． 8000 ， ! i ，： j l 77i j i ；l ∞ ，： ：～ j = ％ ．{ t ％ 《 图2 64．9米以下标准层结构平面布置图 ．267． ’’， 量 ’ ： 量 ‘ ‘ 巷§ ’ ’： 8 窖 ， ‘f 萎 第二十届全国高层建筑结构学术会议论文 2008年 骨’’ 誊 。 ‘ 萎 静“’’ §量 蛰⋯”’ 萎 。。’ 量 ? 一 ? ，一 ： 洲 ：sooo；一 ：emj sooo：，一 ： 一 i 一；斗：j÷=i习 ?一割墨：卜0： l1丘罱≮ ；。#：{血7妇i，寺； 矗：：：：j：：孽：：：：：_ ， 洲 。 10000 ， ㈣·．㈣，Ⅷt4000，㈣．Ⅲ ． 10000 ， Ⅲ ， ￡ a i i ^ 7竽 。 i 毫 j §乱 乱 勃 。 鼻 = 0 警 睁 荨 々 誊 图3 64．9米以上标准层结构平面布置图 ，’中 量 ’ 。 墓 ’ 。℃ 墓§ ’～‘。 量 ’ ‘# 。 量 ：州： 根据《建筑抗震设计规范》及《高层建筑混凝土结构技术规程》的有关要求，对主楼采用了SATl】I『E 及ETABS两种空间结构计算模型软件分别进行计算，地震作用按用振型分解反应普法进行分析，计算中 考虑了平一扭偶连及楼板平面刚度等不利影响。计算结果显示，两个软件分析结果基本吻合，主楼扭转为 主的第一自振周期为第5周期，其值为第一平动周期的34％，小于第一平动周期的85％，说明结构不属于 扭转不规则建筑。在考虑了平一扭偶连及楼板平面刚度等不利影响的情况下，主楼除在Y方向地震作用下 底层位移的最大值与楼层平均位移的比值为1．21外，其它各楼层的该比值均小于1．20；各楼层与下层 的抗侧刚度比最大为1．2334即楼层侧向刚度不小于相邻上部楼层侧向刚度的81％；在地震作用下各楼层 的层间位移角最大值为1／885，小于1／800，满足规范要求。 计算中采用了3条上海人工地震波和一条天津宁河地震波对对结构进行了多遇地震下的弹性动力时 程分析。结果显示，每条时程曲线计算所得的结构底部地震剪力均大于用振型分解反应普法求得的结构 底部地震剪力65％，四条时程曲线计算所得的结构底部地震剪力平均值大于用振型分解反应普法求得的 结构底部地震剪力80％，满足规范要求。 除计算满足要求外，设计中还对结构抗震的关键部位及关键节点采取了一系列加强措施。首先结合 建筑立面，将两个塔楼外立面四周的梁截面适当加大，以加强周边框架的紧箍作用。连接体屋顶(标高 64．90)处为塔楼竖向刚度突变的位置，同时该层楼板在地震作用下将承担两个塔楼因相位差所产生的撕 扯作用，设计中将标高60．90’69．10范围内的柱子柱端截面考虑地震作用的组合弯距设计值乘以1．65 的增大系数，剪力设计值乘以1．55的增大系数；柱子纵向钢筋总面积按计算值的1．25倍配置，且总配 筋率不小于1．3％；箍筋配箍特征值不小于O．19且全高配置。对该范围内的钢筋混凝土墙体配筋按底部 加强区要求配置。将该层楼板厚度增加至180姗，采用双层双向配筋，配筋量除满足计算要求外，单层 单个方向钢筋的配筋率不小于0．3％。 本工程东、西群房8层，地面以上高度为36．1米，属高层建筑，在地面以上设抗震缝与主楼脱开， 形成独立的结构单元。结构采用钢筋混凝土框架一剪力墙结构，剪力墙的抗震等级为二级，框架抗震等级 第．二十届全国高层建筑结构学术会议论文 2008年 为三级，在与主楼相邻处因地下车道通过局部剪力墙无法落地，设计中在0．00标高设置了700x2500的 钢筋混凝土转换梁。 东裙房二层东端的报告厅东西长23．5米、南北宽24米，屋顶为花园(见图4)，要求堆土厚度达 0．8米，并能种植中等乔木。荷载大、跨度也大，普通混凝土梁无法满足使用要求。为满足屋盖结构承 载力要求、尽量减少结构自重，结构设计采用双向井格布置的钢梁一混凝土楼板组合屋盖。 ÷Ⅷ÷ ㈣ j Ⅲ ： 7Ⅻ ? 7Ⅻ ? ，m÷ 7soo ’60007 n层： 2Ⅲo!矿 八层 一二已 ，五 屋顶花园 j51UO 王 气7—一 1丑500弋7_十‘‘ 楼 ＼ ，7”j ⋯ ； ⋯ # 7” i 7” i 7” ； 7” i””；， j t # ， * ， # S 图4 东群房屋面平面图 裙房地面以上总高度为36．1米，3层以上东裙房东端平面凹口深18．75M，为该方向楼层宽度的 34．7％，西裙房西端平面凹口深15M，为该方向楼层宽度的28％(见图5)；两座裙房的南北两翼平面外 伸长15米，连接处楼板宽仅11M，长宽比为1．36，近主楼6层(23．5标高)处南北立面收进各8M，为 下层建筑长46M的3 ‘。00 2jⅫ} 7“ 7々∞ e ，!m ●∞∞ ‘ ㈣ { 7M ， 五层f ：圳。 V一 4 一 八层 《、 ≠⋯ 层 }王 弋 O000 庭院 56100 卜 弋7—一广— ∞ k一—— ／ j 4“；3”§ 7” t 7“ ； 7“； ” t ⋯ i 7“； 图5 西群房屋面平面图 ．269． §= ． 1 ， § ． § §r一 ． # ‘ 争 讧 争 鼻 第二十届全国高层建筑结构学术会议论文 2008年 因此结构设计中对两座裙房均采用了两种空间结构计算模型软件分别进行计算，其计算结果基本吻 合，计算中地震作用按用振型分解反应普法进行分析，并考虑了平一扭偶连及楼板平面刚度等不利影响。 经计算两个裙房扭转为主的第一自振周期为第3周期，其值小于第一平动周期的0．85；地震作用下各楼 层位移的最大值与楼层平均位移的比值均小于1．20；地震作用下各楼层的层间位移角最大值为1／829， 小于l／800的要求；满足规范要求。 此外对结构竖向刚度突变(23．5标高)部位楼面板厚增加至150删，并采用双层双向配筋，以加强 楼层的水平刚度，同时对标高19．00’27．70范围内的竖向构件的配筋按底部加强区要求配置，以改善竖 向构件的延性，均匀地传递结构水平地震作用。 4总结 本建筑物主楼与东西裙房之间在地面以上设置抗震缝，将整个建筑物分成三个独立的结构单元，以 满足有关规范在温度区段的长度和抗震性能的要求。 三个独立的结构单元置于同一个地下室上，地下室顶板作为上部结构的嵌固点。主楼下为二层地下 室，东西裙房下各为一层地下室。经沉降计算分析，在主楼及裙房下布置不同桩径、不同桩尖持力层的 钻孔灌注桩，并采用不等厚度的地下室底板。既满足了地下室的使用功能，也有效地节省了工程造价。 主楼属于严重抗震超限的超高层建筑，东西裙房亦属于多项抗震超限的高层建筑。设计中采用了多 个空间结构计算模型，通过反复计算分析，不断调整构件布置和截面尺寸，并在抗震薄弱部位采取了有 效的加强措施，满足了现行抗震规范的要求。并经过政府抗震主管部门组织的专项审查，确保了建筑物 的抗震性能。 本工程主体结构为现浇钢筋混凝土结构，但为了满足有关部位建筑空间等功能的要求，还采用了型 钢混凝土梁、柱和钢一混凝土组合楼盖。 参考文献 [1]混凝土结构设计规范(GBJ500lO一2002)．北京：中国建筑工业出版社，2002 [2]建筑抗震设计规范(GBJ50011—2001)．北京：中国建筑工业出版社，200l [3]高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3—2002)．北京：中国建筑工业出版社，2002 [4]金松，型钢混凝土结构在复旦大学光华楼中的应用，造船工业建设，2005：(3)：儿o_114 —270．