大連國(guó)貿(mào)中心大廈地下室改造設(shè)計(jì)

劉楠

摘要：大連國(guó)貿(mào)中心大廈原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)總高度260m，采用型鋼混凝土柱框架-鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)體系，項(xiàng)目施工至地下一層后停工。本次改擴(kuò)建，結(jié)構(gòu)總設(shè)計(jì)高度為378m，采用巨型鋼管柱框架-型鋼混凝土筒體超高層混合結(jié)構(gòu)體系。地下室的設(shè)計(jì)原則是“減少拆除，保證安全，兼顧施工”為原則。由于新舊設(shè)計(jì)中，豎向構(gòu)件的幾何尺寸、截面類型變化較大，故結(jié)構(gòu)主體對(duì)應(yīng)地下室的改造設(shè)計(jì)就極為復(fù)雜。采用合理的改造手段、有效的構(gòu)造措施、合理的計(jì)算分析對(duì)地下室框架的改造設(shè)計(jì)就顯得極為重要。

Abstract： The original design structure of Dalian International Trade Center Building has a total height of 260m， and adopts a steel-concrete column frame-reinforced concrete core tube structure system. The project stopped after construction to the first basement floor. In this renovation and expansion， the total design height of the structure is 378m， using a giant steel tube column frame-shaped steel concrete cylinder super high-rise mixed structure system. The design principle of the basement is "reducing demolition， ensuring safety， and taking into account construction". Due to the large changes in the geometric dimensions and cross-section types of the vertical members in the old and new designs， the design of the basement of the structure corresponding to the basement is extremely complicated. It is extremely important to adopt reasonable transformation methods， effective structural measures， and reasonable calculation and analysis for the transformation and design of the basement frame.

關(guān)鍵詞：超限高層;加固改造;鋼骨轉(zhuǎn)成鋼管;過(guò)渡層;連接構(gòu)造

Key words： over-rise high-rise;reinforcement and transformation;steel frame into steel pipe;transition layer;connection structure

中圖分類號(hào)：TU94 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）06-0201-04

1 ?工程概況

大連國(guó)貿(mào)中心大廈項(xiàng)目位于大連市中山區(qū)，由普照街、天津街、中山路、民泰街交叉圍合的地塊。原設(shè)計(jì)地下6層，地上68層，結(jié)構(gòu)總高度260m。原設(shè)計(jì)采用型鋼混凝土柱框架-鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)體系，裙房為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。項(xiàng)目施工至地下1層頂，其中主樓在地下1處僅型鋼混凝土柱施工完畢，其余均未施工。

項(xiàng)目本次改擴(kuò)建設(shè)計(jì)后，建筑面積32萬(wàn)m2，地下7層，地上86層，主體結(jié)構(gòu)總高度378m，是超過(guò)B及高度的超限高層[1]。項(xiàng)目采用帶有伸臂和環(huán)帶桁架及部分斜撐的外巨柱框架-內(nèi)型鋼混凝土筒體超高層混合結(jié)構(gòu);項(xiàng)目裙房地下7層、地上7層，采用鋼管混凝土柱-鋼框架結(jié)構(gòu)。

2 ?地下室新舊結(jié)構(gòu)分析及整體解決方案

根據(jù)項(xiàng)目需求，為減少拆除量，加快施工進(jìn)度，并結(jié)合建筑功能需要，本次改擴(kuò)建主樓的位置仍在已建主樓的范圍內(nèi)。

原結(jié)構(gòu)型鋼混凝土柱截面尺寸為：1.8m×1.8m;地下6層層高3.7m，梁板結(jié)構(gòu)，主梁截面為700×900，板厚250mm;地下5～3層層高3.5m，無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)，板厚400mm，內(nèi)設(shè)直徑280mm的空心管;地下2層層高3.75m梁板結(jié)構(gòu)，主梁截面700×700，板厚300mm，內(nèi)設(shè)直徑200mm的空心管。

改建后主樓高度增加約100m，原結(jié)構(gòu)框架柱與核心筒的承載力明顯不足。為最大限度的利用原結(jié)構(gòu)，原豎向構(gòu)件位置不變。其中，原核心筒剪力墻加厚，原型鋼混凝土柱截面擴(kuò)大為巨柱（見(jiàn)圖1）。裙房范圍隨層數(shù)及荷載變動(dòng)不大，但結(jié)構(gòu)形式需由混凝土框架結(jié)構(gòu)變?yōu)殇摴芑炷林?鋼框架結(jié)構(gòu)。

地下室改造的總體方案為主樓范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)構(gòu)件拆除重建（地下七層主體框架柱鑿除原結(jié)構(gòu)外皮200mm混凝土），具體拆除范圍見(jiàn)圖2。裙房有上部結(jié)構(gòu)的部分柱（19根）軸壓比不滿足規(guī)范要求，局部荷載改變的地方梁受彎承載力不足，加固改造的方法均為常規(guī)做法。

本工程持力層為微風(fēng)化板巖，地基承載力高，變形量極小?；A(chǔ)是在原基礎(chǔ)上進(jìn)行加固改造，原底板混凝土強(qiáng)度等級(jí)C40。地下室巨柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)C60，核心筒墻體混凝土強(qiáng)度等級(jí)C60。在對(duì)原結(jié)構(gòu)地基、基礎(chǔ)驗(yàn)算后，地基承載力及基礎(chǔ)承載力均能滿足改建后主體結(jié)構(gòu)的需要[2][3]。

3 ?地下室新舊結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)

3.1 主樓結(jié)構(gòu)布置方案

地下室主體塔樓范圍內(nèi)在拆除原有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上完全重建。采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系，中心為內(nèi)部配置一定數(shù)量“H”型鋼的鋼筋混凝土剪力墻核心筒，周邊為20根矩型及五邊形鋼管混凝土巨柱。

核心筒內(nèi)部主要三道縱向墻體B7～B1厚度均為900mm;B1層核心筒外圍墻厚為0.9m;B3～B2層核心筒外圍墻厚為1.1m;B7～B4層核心筒外圍墻體厚度為1.6m、1.8m、2.2m三種;為了增強(qiáng)地下室底部側(cè)向剛度，核心筒與巨柱之間增加六道剪力墻，墻厚1.6m。

主樓巨柱的鋼管在B7層過(guò)渡為分散布置的小型鋼，外包混凝土（600mm厚），以傳遞上部結(jié)構(gòu)軸力（按大震下拉、壓作用考慮）。原有柱內(nèi)鋼筋、型鋼全部保留，外包混凝土內(nèi)縱筋全部植入基礎(chǔ)內(nèi)。B6～B4層巨柱外包鋼筋混凝土層變?yōu)?50或300mm厚。B3～B1層巨柱的鋼筋混凝土外包層逐漸減薄，至B1層頂板下取消。

B7～B4層頂板為鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)，B3層頂板為鋼骨混凝土梁-鋼筋混凝土樓板結(jié)構(gòu);B2層頂板及以上樓板均為鋼梁-壓型鋼板組合樓板結(jié)構(gòu)。裙房地下室部分利用原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固改造，對(duì)大部分框架柱和少量梁進(jìn)行加固，B2層頂板拆除，其余裙房地下室樓板利用原結(jié)構(gòu)不做變動(dòng)。

巨柱截面示意圖見(jiàn)圖3～圖5。

3.2 地下室裙房構(gòu)件加固設(shè)計(jì)

由于裙房層數(shù)及建筑功能改變，原裙房結(jié)構(gòu)承載力不足的構(gòu)件需要加固補(bǔ)強(qiáng)。

原設(shè)計(jì)B7～B3層為鋼筋混凝土柱，B2層及以上為鋼骨混凝土柱。B7～B4層柱截面為1000×1000，B3層為850×850，B2層拆除重建。

框架柱均為受壓承載力不足，最大軸壓比達(dá)1.1?，F(xiàn)設(shè)計(jì)，地上裙房框架采用鋼管柱，為連接方便，應(yīng)優(yōu)先選用粘貼角鋼方法加固;有特殊情況時(shí)采用加大截面法加固，如B7層為避免裙房柱基礎(chǔ)的加固、需要擴(kuò)大柱剛性角范圍時(shí)、梁與柱邊一齊或粘貼角鋼方法加固有困難時(shí)。

3.3 梁加固設(shè)計(jì)

經(jīng)計(jì)算，個(gè)別梁承載力不足均為受彎承載力不足。當(dāng)彎矩超受彎承載力不大于20%時(shí)，采用粘貼鋼板的方法加固;當(dāng)彎矩超受彎承載力大于20%時(shí)，采用加大截面的方法加固。

3.4 主要連接構(gòu)造做法

3.4.1 豎向構(gòu)件與基礎(chǔ)連接節(jié)點(diǎn)

保留的柱、墻的新、老縱向鋼筋采用機(jī)械連接或焊接連接，其余柱、墻縱向鋼筋植入基礎(chǔ)1200mm;柱、墻中的型鋼通過(guò)錨栓與基礎(chǔ)底板連接。

3.4.2 柱豎向轉(zhuǎn)換連接節(jié)點(diǎn)

原結(jié)構(gòu)地下室裙房柱為鋼骨柱，而現(xiàn)在地上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為鋼管柱，因此需要在地下室將鋼骨轉(zhuǎn)換成鋼管，過(guò)渡層設(shè)置在B2層[5][6]。具體做法見(jiàn)圖6。

3.4.3 保留結(jié)構(gòu)梁與主樓鋼管混凝土柱連接節(jié)點(diǎn)

B6層主樓巨柱柱鋼管外包混凝土厚度為600mm，原梁縱筋錨入外包混凝土中;個(gè)別外包混凝土厚度較薄時(shí)，在鋼管上焊牛腿，梁縱筋焊與牛腿上。具體見(jiàn)圖7。

3.4.4 保留的無(wú)梁樓板（新增梁）與主樓鋼管混凝土柱連接節(jié)點(diǎn)

在B5～B3層保留的裙房結(jié)構(gòu)為無(wú)梁樓板，梁縱筋較密，鋼管柱在樓層標(biāo)高處設(shè)環(huán)梁，原有梁保留鋼筋錨入巨柱鋼管外側(cè)的混凝土中，新增梁鋼筋通過(guò)套筒與鋼管柱連接。具體做法見(jiàn)圖8。

3.4.5 鋼管混凝土柱與型鋼混凝土梁連接節(jié)點(diǎn)

此節(jié)點(diǎn)用于B2層，型鋼焊于鋼管柱上，梁中鋼筋與鋼管柱采用套筒連接。具體做法見(jiàn)圖9。

4 ?結(jié)論

①本工程拆除量大，合理的選擇拆除方法及拆除順序可以縮短工期，提高經(jīng)濟(jì)效益。②合理布置墻、柱，并在底層增加墻、柱截面，可以顯著提高筏板抗沖切承載力，同時(shí)使豎向力擴(kuò)散到更大范圍，減小基底反力，避免地基基礎(chǔ)的加固。③巨柱鋼管在底部過(guò)渡成分散布置的小型鋼，小型鋼柱腳采用露出式柱角+植筋的構(gòu)造形式，充分利用鋼筋混凝土的強(qiáng)度，有利于巨柱將力安全可靠的傳給基礎(chǔ)。④考慮到地下七層考慮到大震下拉壓力作用，主樓巨柱的鋼管在B7層過(guò)渡為分散布置的小型鋼，形成鋼骨混凝土柱，可靠傳遞上部結(jié)構(gòu)軸向拉壓力給基礎(chǔ)。同時(shí)在基礎(chǔ)地面，外包混凝土擴(kuò)大了柱的截面，解決了原有筏板抗沖切承載力不足問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

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