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岩土研究院

工程实例-建筑设计研究院办公楼增层设计

286 2022-02-08 09:13:47

一、工程概况

河北省建筑设计研究院办公楼始建于 20世纪 70年代初,是一幢建筑面积为 3000余平方米未考虑抗震设防的四层砖混结构,因办公楼不敷使用,且建造期内仍需办公。经多方案比较

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后决定,在保证原办公楼继续正常使用的条件下采用外套框架向上增加六层,局部七层。待第一期工程完成后再将原办公楼拆除,再加内柱接建下部四层,最后形成土层和局部土层的框架结构。本工程设计考虑两种工作状况进行受力分析,建筑平面和加层框架结构简图示于图5-32 和图5-33。本工程一期建筑面积为11000多平方米,地上总高度为39.6m。

二、结构体系

本工程由外套结构加层形成一层高为 15.9m 的上刚下柔八层高腿框架结构,这对抗震十分不利。为了克服上刚下柔,提高抗震性能,结合电梯井,在两端新建部分增设一定数量的剪力墙,剪力墙最大间距 26m,它与楼板宽度之比为1.67。这样,整体便构成框架-剪力墙结构。由于两端新建下部四层与高腿柱形成错四层的复式框架-剪力墙结构,使计算复杂困难。为了保证结构的整体性,各层均采用了现浇肋梁楼板。

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三、套建框架型式

为了适应现代化办公要求,尽量提供大空间,同时又要减小梁断面、降低总高度和节约投资,经反复研究决定采用加斜柱框架型式,一层梁截面为 300×800mm.以上加斜撑的梁截面 300×700mm.顶层不加斜撑的梁截面为350×1200mm,在梁中均施加了部分无粘结预应力。斜撑框架高腿 柱截面为 650 ×1100mm,上层柱为650×900mm。

四、基础方案

场地土层比较均匀-7.00m以下有密实中细砂层,上部为粘土及粉质粘土,原条形基础埋深-2.00m,新基础采用大直径扩底桩,直接将上部荷载越过原条形基础传至砂层上。

由于套建框架柱荷载大,墩头直径选用4~5m,扩孔期原条基下挖空较多,为了保证原砖混办公楼的安全和基础稳定,施工时采用间隔成孔及安全保护措施(图5-34)。

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五、结构计算

由于该工程建筑平面体型较复杂。套建部分高腿混凝土斜撑框架与左右两翼框架剪力墙形成底部错四层的空间结构,目前还无成熟的结构计算程序。经研究分析,决定对结构作一些合理的简化假定,再采用空间结构程序 TBSA 整体分析。对高腿柱斜撑框架采用平面程序 PK 进行详细分析计算,以便进一步了解斜撑框架受力性能,确保结构安全可靠。

计算结果如下∶

(一)对基本周期比较,平面计算为2.1秒,空间计算为0.88秒;

(二)对侧移比较,地震荷载作用下总侧移,平面计算为24.2mm,空间计算为9.6mm;风荷载作用下总侧移,平面计算为27.9mm,空间计算为 4.4mmr∶∶

(三)内力计算,单调风荷载作用下内力平面计算值比空间计算值大几倍,而地震荷载作用结果正相反;

(四)斜撑框架最下边的横梁产生拉力 830kN,说明该框架有空腹梁的整体作用效果。

由此,通过空间和平面计算结果不难看出对套建加层框架增如剪力墙可大大提高整体和底层结构刚度,清除结构上刚下柔的弱点。

六、部分无粘结预应力斜撑框架设计

为了降低套建加层部分的层高及建筑物的总高度,对上部五. 层框架加斜柱,既不影响大空间的使用,又可减少框架梁的跨度和梁截面的高度,为满足梁刚度和抗裂要求,采用了无粘结预应力斜撑框架结构(图 5-35)。

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由于一层梁上立柱和底层梁受较大的轴向拉力,故在一、二层框架梁中布置小曲率的大曲线预应力筋,在三~六层框架梁中预应力筋沿着弯矩包络图布置,通过计算分析比其它布筋方式效果为好。

预应力梁抗裂计算时采用手算为主,机算为辅的方法。在长期荷载、短期荷载及预应力产生的等效荷载作用下内力分析采用平面程序 PK 进行。预应力梁强度计算等均采用手算,后来又采用预应力混凝土结构设计程序进行校核验算,二者计算结果一致。

七、效果与评价

(一)在套建高层结构中利用电梯井及旧楼左右、前后新楼接建部分增设一定数量剪力墙,形成框架-剪力墙结构体系,对加强结构整体刚度。克服上刚下柔改善抗震性能效果显著;

(二)采用部分无粘结预应力斜撑框架结构,既提供便用大空间又降低层高;

(三)本工程实践为今后旧楼增层改造提供了有益的经验。