閱讀 922 次 佛山城發中心曲折柱大跨度框架-核心筒結構設計

佛山白蘭花-佛山城發中心結構設計

佛山城發中心以清香悠遠、高雅挺拔的佛山市花白蘭花為設計理念，充分展現佛山溫和而務實、朝氣蓬勃的氣質，建成后將成為集金融辦公集群、城市地標、精品文旅于一體的產業綜合體，打造佛山新門戶、灣區新坐標。本項目位于廣東省佛山市禪城區季華六路北側、文化路東側，總建筑面積約6.8萬m2，地上38層，建筑高度189.0 m，地下3層，底板標高-13.25m。

▲ 建筑效果圖

1、結構設計概況

本項目塔樓采用曲折柱外框架-核心筒結構。塔樓平面為八邊形，平面尺寸從底部的42m×42m漸變至中上部的35m×35m，鋼筋混凝土核心筒于21層和25層各發生一次豎向收進。外框架由8根鋼管混凝土柱和鋼骨混凝土梁組成，為順應建筑體型沿高度方向的變化，6~25層范圍設置傾斜角度約為6.6°的斜柱，在6層和25層分別形成外凸和內凹轉折節點。主要樓層核心筒外樓蓋采用雙向密肋樓蓋，四個避難層頂及頂部商業采用普通主次梁樓蓋。

▲ 建筑功能分區立面圖

▲ 結構三維模型

▲ 低區典型結構平面

▲ 中區典型結構平面

▲ 高區典型結構平面

▲ 斜柱布置演示動畫

2、結構設計亮點

亮點1、建筑體型與結構設計融合

本項目建筑體型具有切角矩形平面及扭轉切割立面的特點，建筑平面外輪廓為非等邊八邊形，長邊的位置隨著高度不斷變化。該建筑外輪廓可在一定程度上減小結構的風荷載效應，風洞試驗的基底剪力和傾覆彎矩約為規范風荷載計算值的85%~90%。

▲ 風洞試驗

結構體系中的外框架采用8根非直線隨形框架柱，該結構方案能夠使結構形態與建筑體型完全契合，且柱子數量減少到極致從而獲得通透的建筑視覺效果以及更靈活的辦公空間，實用面積亦有所增大，雖土建結構成本略有增加（約6%），但綜合效益更優。6~25層范圍設置的斜柱，結合線剛度較大的鋼管混凝土柱和鋼骨混凝土梁，使得大跨度外框架獲得足夠的抗側剛度，能夠承擔適當比例的剪力和彎矩。

▲ 樓層剪力、傾覆力矩占比圖

亮點2、 曲折柱結構設計

曲折柱轉折處將對樓蓋產生水平分力。本塔樓曲折柱于6層和25層分別形成外凸和內凹轉折節點。內凹轉折節點對樓蓋主要產生壓力，且其位于塔樓中部，曲折柱軸力相對較小，故危害性較��；而外凸轉折節點對樓蓋主要產生拉力，且其位于塔樓底部，曲折柱軸力較大，故危害性較大。

▲ 曲折柱外凸轉折層節點內力平衡關系圖

對6層曲折柱外凸轉折層，結構設計構建以下多道防線：

（1）與轉折節點相連的框架柱和框架梁按照有樓板、無樓板雙工況進行包絡設計，且保證受拉框架梁內置鋼骨能承受該梁的全部軸向拉力；

（2）轉折層板厚加大至180 mm，雙層雙向配筋，配筋率不小于0.4%；

▲ 曲折柱轉折層樓板主應力流分布圖/Mpa

（3）轉折層核心筒外圍剪力墻內設置一圈暗梁，形成封閉的拉力環，避免核心筒內部樓板承受較大拉力而開裂；

（4）設置緩粘結預應力筋；

▲ 6層轉折層預應力筋布置示意圖

亮點3、雙向密肋樓蓋設計

塔樓主要標準層核心筒外樓蓋采用雙向密肋樓蓋。相比于主次梁樓蓋和空心樓蓋，雙向密肋樓蓋兼具結構及建筑凈高更優、傳力更均勻、自重較輕、施工便利和造價合理可控等特點。

▲ 雙向密肋樓蓋剖面示意

▲ 典型尺寸模盒大樣圖

對于雙向密肋樓蓋，因其本身的“肋”既是“板肋”也是“肋梁”， 肋梁端可形成塑性鉸達到屈服耗能的作用，而無需增設暗梁（連接外框架和內核心筒的寬扁梁）。設計中將肋梁視作耗能構件的一部分，對與核心筒外壁、外框柱直接相連的密肋梁端按四級框架梁采取相應抗震構造措施。

同時，取消暗梁不會明顯改變結構抗側剛度和整體受力性能，且能避免了暗梁與密肋樓蓋的肋梁之間形成大量的不規則鋸齒狀實心區，可更大范圍地使用規則模殼，提高了施工效率，且能夠減輕樓蓋自重約2%，減少鋼筋用量約6%，節約了材料和造價。

亮點4、關鍵節點設計

曲折柱轉折層節點、鋼管混凝土柱-鋼骨混凝土梁-雙向密肋樓蓋節點均采用以下連接做法：

（1）框架柱和框架梁分別采用鋼管混凝土柱和鋼骨混凝土梁，柱鋼管于梁鋼骨翼緣標高處設置內環板；

（2）柱鋼管于梁縱筋和板鋼筋標高處設置外環板，梁縱筋采用可焊套筒與外環板連接，板鋼筋直接焊接在外環板上；

（3）采用ABAQUS建立節點實體有限元模型，選取中震下最不利工況進行計算，以分析節點連接的可靠性。

▲ 圖17  關鍵節點連接大樣圖

▲ 曲折柱外凸轉折節點（6F）有限元模型及應力云圖

▲ 鋼管混凝土柱-鋼骨混凝土梁-雙向密肋樓蓋節點有限元模型及應力云圖

亮點5、大震彈塑性分析及振動臺試驗

大震彈塑性分析顯示結構損傷情況如下：

（1）核心筒損傷集中于底部加強區及豎向收進處，設計上通過加大墻厚、減小洞口及加大配筋等方式進行加強；連梁嚴重損傷，結構抗震耗能性能良好。

▲ 首層~五層塔樓核心筒及連梁混凝土壓縮損傷情況圖

▲ 塔樓核心筒混凝土壓縮損傷情況立面圖

（2）框架柱處于輕微損壞狀態，其中斜柱段損傷較大；框架梁處于輕度損壞狀態，主要集中于高區梁端。

（3）大部分樓板為無損壞或輕微損壞狀態。

本項目在廣州大學振動臺試驗室進行振動臺試驗，經歷了7度多遇地震、設防地震、罕遇地震以及超7度罕遇地震作用，試驗模型的地震響應正常、力學表現良好。試驗后裂縫主要出現在連梁、裙房柱底、高區外框梁梁端及屋架結構中，與大震彈塑性分析結果基本相符，同時根據損傷結果對裙房柱及屋架結構進行適當加強。

3、施工現場照片

▲ 鋼管混凝土柱施工現場照片

▲ 雙向密肋樓蓋施工現場照片

▲ 雙向密肋樓蓋拆模后現場照片

原文標題：建筑結構丨佛山白蘭花——佛山城發中心曲折柱大跨度框架-核心筒結構設計

來源作者：建筑結構  羅赤宇、林景華、葉浩

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