屹立在膠東半島上的明珠—專家解讀青島國際貿(mào)易中心的結(jié)構(gòu)設(shè)計

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　青島國際貿(mào)易中心位于青島開發(fā)區(qū)長江中路南側(cè)，由三層地下室、六層裙房及A座（55層）、B座（44層）、C座（30層）三棟塔樓組成，總建筑面積約22萬平方米。地下三層建筑地面標(biāo)高-13.8米,裙房屋面標(biāo)高26.05米,為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)。其中A座塔樓最高，結(jié)構(gòu)總高度為201.5米,主體結(jié)構(gòu)采用鋼管混凝土框架—混凝土核心筒混合結(jié)構(gòu)體系，首層鋼管混凝土柱延伸至地下二層，樓板采用現(xiàn)澆混凝土樓板，基礎(chǔ)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)；B座塔樓共44層，結(jié)構(gòu)高度138.52米,主體結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)；C座塔樓結(jié)構(gòu)高度97.92米,在地面以上七層設(shè)有梁式轉(zhuǎn)換層，主體結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)。
　　A座塔樓主要柱網(wǎng)尺寸為11.2米×8.4米,標(biāo)準(zhǔn)層平面尺寸L=42米,B=33.6米,L/B=1.25，高寬比為5.93，均符合國家相關(guān)規(guī)定。單體建筑面積約9.4萬平方米，地下三層為車庫和設(shè)備用房，地上為商業(yè)、餐飲、高級寫字間和五星級酒店，并在7層、22層、35層和50層設(shè)置四個避難層。
　　據(jù)山東省冶金設(shè)計院有限責(zé)任公司高級工程師孫彤介紹，高層建筑結(jié)構(gòu)按材料主要分為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有就地取材、造價較低、耐久性和耐火性較好，維護(hù)費用低等優(yōu)點，但具有自重大、構(gòu)件截面大、延性較差等缺點；鋼結(jié)構(gòu)具有構(gòu)件截面小、自重輕、抗震性能好，工廠化程度高等優(yōu)點，但存在著造價較高、防火性能差等缺點；鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)充分利用鋼構(gòu)件強度高和混凝土的剛度大等優(yōu)點而實現(xiàn)了造價低和性能高的抗側(cè)力體系。尤其是鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，使得鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)在高層建筑中的應(yīng)用更為廣泛，同時也顯示出了較好的綜合經(jīng)濟效益。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是指在鋼管中填充混凝土，將兩種不同性質(zhì)的材料組合而成的結(jié)構(gòu)，它是將純鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點結(jié)合在一起而發(fā)展起來的新型結(jié)構(gòu)形式，具有承載高、韌性和延性好，施工時無需支撐模板，施工速度快、周期短，耐火性能優(yōu)于純鋼結(jié)構(gòu)、工程造價低等優(yōu)勢。
　　孫彤說，鋼管混凝土框架—混凝土核心筒體系取—長補短，綜合了鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，克服了普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自重大、構(gòu)件截面大、延性較差等缺點，同時也提高了鋼結(jié)構(gòu)的抗火性能，降低了用鋼量，也減小了鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)之間的剛度和豎向壓縮變形差異。結(jié)合該工程的特點以及該地區(qū)的自然條件，綜合考慮各方面的因素，該工程的主體結(jié)構(gòu)采用了鋼管混凝土框架—混凝土核心筒體系。針對鋼管混凝土框架—混凝土核心筒體系，在結(jié)構(gòu)選型時，對比了設(shè)置伸臂析架和加強層兩種結(jié)構(gòu)方案。第一是分別在22層和35層兩個避難層設(shè)置伸臂桁架和邊桁架，不僅用鋼量增加，并且由于外框架柱距較大，抗彎剛度小，而核心筒剛度大，層間側(cè)移只減小2%%,效果不顯著。伸臂桁架的設(shè)置也受建筑使用功能的限制，只能在設(shè)備層或避難層設(shè)置。第二是在用鋼量不增加的情況下，分別在23層、24層、36層,37層和50層設(shè)置了鋼骨混凝土梁加強層，層間側(cè)移減小10%%,大大提高了結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度。
　　該工程分別在23層、24層、36層、37層和50層設(shè)置五層鋼骨混凝土梁加強層，且與核心筒相接。地下三層為鋼筋混凝土框架柱，地下一、二層為外包鋼管混凝土框架柱，地上部分采用圓鋼管混凝土柱，地下一層、二層采用鋼筋混凝土框架梁，1層、23層、24層、36層、37層和50層采用鋼骨混凝土框架梁，其余層均采用鋼梁，并全部采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板，核心筒采用鋼筋混凝土，內(nèi)置H型鋼梁柱。
　　據(jù)孫彤介紹，根據(jù)國家現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范和《青島開發(fā)區(qū)國際貿(mào)易中心巖土工程勘察報告》的有關(guān)規(guī)定：A座塔樓結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度為6度(0.05g)，設(shè)計地震分組為第二組，建筑物場地土地類別為II類，建筑抗震設(shè)防類別為丙類，但應(yīng)加強抗震措施，采用CQC振型反應(yīng)譜法并考慮偶然偏心的影響，阻尼比取0.04；結(jié)構(gòu)安全等級為二級，鋼筋混凝土筒體抗震等級為一級，鋼管混凝土柱軸壓比不大于0.85,層間位移角限值為1/615。
　　劉彤說，對結(jié)構(gòu)自振基本周期、風(fēng)荷載和地震荷載作用下的底部剪力、傾覆彎矩、層位移、層間位移角、頂點最大風(fēng)振加速度等分析結(jié)果的比較可以看出，三種程序的計算結(jié)果基本一致，并均滿足高規(guī)(JGJ3-2002)的有關(guān)規(guī)定，從而驗證了SATWE模型及其結(jié)果的可靠性。結(jié)構(gòu)的第一振型為Y向平動，第二振型為X向平動，第三振型為扭轉(zhuǎn)，累計有效質(zhì)量系數(shù)均大于90%%,所選振型數(shù)滿足規(guī)范要求，T3/T1<0.85，側(cè)向與扭轉(zhuǎn)剛度的控制也滿足規(guī)范規(guī)定。
　　該項工程的基礎(chǔ)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土板式筏基，厚2500毫米。持力層為第六層中等風(fēng)化流紋巖或安山巖，變形模量高、絕對沉降量較小。筏板基礎(chǔ)混凝土強度等級均為C40，抗?jié)B等級不小于1．0兆帕?；A(chǔ)混凝土分層澆筑，階梯每層混凝土在初凝前完成上層澆筑，澆筑過程中采取了有效措施控制混凝土的澆筑溫度。
　　為減小整體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和各塔樓之間的相互影響，避免因多塔樓質(zhì)量和剛度相差較大引起的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)增大，結(jié)合地下室的范圍和上部結(jié)構(gòu)平面布置及高度，通過設(shè)置120毫米寬的抗防震縫將A座主樓與裙房自地下室以上分開，各自分成相對規(guī)則的結(jié)構(gòu)單元。各塔樓與地下室部分全部連成整體，不設(shè)置永久變形縫。
　　為增加樓板水平剛度，樓蓋全部采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板，地下室頂板、加強層樓板和屋頂樓板均適當(dāng)加厚，其他層樓板均取150毫米厚。為保證樓板的整體性，要求施工時主體鋼結(jié)構(gòu)安裝先行于鋼筋混凝土筒體與樓板的施工，樓板與筒體的混凝土整澆一體，不得在混凝土筒體外周與樓板連接處留設(shè)豎向施工縫，以便有效地傳遞水平剪力，減小剪力滯后；并在鋼管混凝土柱的上環(huán)板和鋼梁上設(shè)置了栓釘，確?；炷僚c柱以及梁的可靠連接。為避免樓板施工時搭設(shè)滿堂紅腳手架影響施工進(jìn)度，可通過設(shè)置臨時支撐鋼梁固定樓板模板的工藝，以提高施工速度。
　　此項工程立面比較規(guī)則，核心筒和鋼管混凝土柱自下而上截面和混凝土強度逐漸交錯減小，變化均勻，無明顯不規(guī)則情況。在接近頂層位置出現(xiàn)立面收縮，平面由方形變?yōu)閳A形，由于核心筒墻體上下連續(xù)，外框架只有局部四根柱子需要轉(zhuǎn)換，相鄰層的剛度比十分接近，側(cè)向位移無明顯突變，只需在立面收縮層通過鋼骨混凝土框架梁和混凝土次梁加強該層的水平剛度。
　　由于核心筒承擔(dān)絕大部分水平荷載，設(shè)計時除了滿足其具有足夠的強度抵抗地震和風(fēng)荷載，同時也要采取措施保證其在超越荷載作用下由于開裂剛度下降后的延性工作狀態(tài)。因此，核心筒墻體采用低軸壓比設(shè)計，除了滿足在地震作用下小震不壞、中震可修外，并保證中震作用下的名義剪應(yīng)力不超過混凝土抗拉強度。在構(gòu)造方面，并在核心筒與外框架連接處、角部和門洞口處設(shè)置了H型鋼柱，一是為了保證核心筒與外框架剛性連接，使鋼框架自身成穩(wěn)定體系，以便先行主體鋼結(jié)構(gòu)安裝，較好地解決了框架梁與核心筒混凝土墻的安裝誤差；二是可以提高核心筒的延性，延緩?fù)搀w開裂后剛度下降，有利于提高結(jié)構(gòu)的整體抗震、抗風(fēng)能力，同時也有利于減小核心筒與框架柱之間的變形差。
　　青島國際貿(mào)易中心的結(jié)構(gòu)選型、平面和立面布置以及節(jié)點設(shè)計，為框筒結(jié)構(gòu)設(shè)計和節(jié)點補強提供了借鑒。（本文得到了山東省冶金設(shè)計院有限責(zé)任公司孫彤、王士奇、陳壯善的大力支持。）