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卓越世纪中心的结构设计

 碧野田间牛得草 2016-05-09

深圳卓越世纪中心位于深圳市福田中心商务区,为深圳市中心区的标志性建筑群,折射着该区域作为整座城市发展的核心地位和商务前沿。本项目位于深圳市福田区益田路与金田路之间,紧邻金田路,总建筑用地30667.7 m2,总建筑面积424008m2,本项目由四座塔楼及裙房地下室组成,一号、二号、四号塔楼为超高层建筑,建筑高度分别为280米、268米和185.5米,三号塔楼为高层建筑,其建筑高度为129.9米。塔楼采用框架-核心筒结构体系,其中一号、二号、四号塔楼的外框架柱采用了钢管混凝土叠合柱。


    裙房地面以上共四层,总高为20.5米,用作商业用途,总建筑面积约为4.6万平方米。地下室3层,地下三层板面标高-14.5米,总建筑面积约为87200平方米,主要用作停车场,部分用作设备用房。


   工程的结构设计基准期为50年,塔楼的安全等级为二级,抗震设防烈度为7度,场地特征周期为0.35s,设计基本地震加速度为0.1g,建筑场地类别为II 类,抗震设防类别为丙类,设计地震分组为第一组。底部加强区域的框架和核心筒的抗震等级为特一级,其他部位的框架和核心筒的抗震等级为一级。主体建筑结构风荷载按照《建筑结构荷载规范》确定,其基本风压按100年重现期的风压值采用。


本工程地处深圳市,该地区的特点为:风载作用较大、地震作用相对较小。根据以上特点和建筑功能的要求,钢筋混凝土框架-核心筒结构体系是较好且经济可行的选择。结构初步设计阶段也曾考虑采用了钢-混凝土混合结构体系,计算结果表明,若要混合结构体系满足规范对结构的刚度要求,则必须设置2至3个加强层,这样将带来结构受力的复杂性和设备层使用的不便性。因此,塔楼确定采用钢筋混凝土框架-核心筒结构体系。


   
由于核心筒高宽比较大(如2号塔楼,比值达17.3),如何充分发挥核心筒的抗侧效率是设计面临的一个挑战,设计中通过加厚外围墙体厚度(即筒体翼缘墙体的厚度),以使核心筒获得较大的抗侧刚度,筒体翼缘墙体的厚度随着建筑高度增加逐渐减小(核心筒墙体厚度由1100mm逐渐变化到600mm厚),以获得较大的使用空间;同时加大外框架梁的刚度(外框梁梁高为1000mm)和避难层外框架梁的刚度(避难层外框梁梁高为1300mm),进一步提高整体结构的抗侧刚度。通过以上调整,结构的刚度满足了规范要求,且避免了在设备层设置加强层,使得设备管道可以顺利通过,很好建筑的功能需求。


由于结构的层数较多,外框架柱承受很大的竖向荷载,为了减小框架柱的截面面积,增加有效使用面积,考虑采用钢-混凝土组合柱。在组合柱的选型上,对型钢混凝土柱、钢管混凝土柱和钢管混凝土叠合柱进行了深入比较和论证。由于钢管混凝土叠合柱同时具有钢管混凝土和型钢混凝土的优点,具有刚度、强度均大、耐火性能好的优点,外框架柱采用了钢管混凝土叠合柱。


   叠合柱节点的设计应符合传力明确,构造简单,整体性好,安全可靠,节约材料和施工方便的原则,《规程》中提供了几种钢管混凝土叠合柱与钢筋混凝土梁节点的处理方法,但施工略显复杂。考虑到钢筋混
凝土与钢管混凝土叠合梁柱节点的施工方便性,本工程根据钢筋混凝土梁的实际配筋开创性的在钢管上开矩形孔洞使梁中纵向钢筋可以顺利通过(管壁开孔的截面损失率不超过50%),较大的方便了施工,可减少施工周期。


   
本项目塔楼存在20.5米和51米高两种跨层柱,楼层处在外框架方向有梁,在塔楼内部无梁。一般的结构设计软件程序在整体结构计算时,对这类跨层柱的分析不是很准确,为了更为清楚的了解跨层柱的工作性能和合理的设计这类构件,通过结构的整体屈曲稳定分析和独立构件极限承载力分析确保其安全可靠。


本工程结构设计荣获2011年第七届中国建筑学会优秀建筑结构设计二等奖,2011年度广东省优秀工程勘察设计一等奖,2010年深圳市第十四届优秀工程勘察设计一等奖。二号楼荣获2012年度第十一届土木工程詹天佑奖。


   
结构设计团队在攻克本项目设计中遇到的技术难题后,及时总结技术经验,共发表学术论文17篇,论文已经被引用20次(中国期刊网统计数据)。


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