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长春理工大学科技大厦结构设计 郭志东 杨红卫 张玲 ，张晶波 中水东北勘测设计研究院吉林省建设工程咨询公司．长春130021 吉林大学建设工程学院。长春130026 摘要：长春理工大学科技大厦为双塔连体高层建筑，本文介绍了该工程的结构设计中针对其弧形平 面．高位连体等特点所做的关于平扭耦联地震效应、双塔连体受力特性等方面的各种对比分析，和 对弧形混凝土箱梁施工等方面的内容，供类似工程设计参考． 关键词：高层双塔连体结构，平扭耦联效应，弧形混凝土箱梁． 一、工程概况 长春理工大学科技大厦位于卫星路南侧。建筑面积3．9万m，建筑平面为弧形，外弧长133．34m。 内弧长126．38m，未设缝：建筑主体宽度22．2m，建筑高度72．9m，地上16层双塔，地下一层。在 地上一层及地上十二’十四层两塔相连，连体跨度长边为31．86m。地下一层为设备间，兼作人防地 下室，地上一层为净化实验室。入口设在二层，由地面设置大台阶通向二层入口。二层以上两个塔 为研究室、办公室，十二’十四层双塔连体部位使用功能为研究室，多功能厅，在连体十四层顶设置 一层钢结构，即十五层，使用功能为展厅，双塔十六层为学术报告厅(建筑实照见图1)。 该建筑设计使用年限50年，基本雪压0．35l(N／Ⅱr，基本风压0．65KN／m2，土壤冻结深度1．7m， 结构安全等级二级，丙类建筑，抗震设防烈度7。．设计地震分组为第一组，场地土类别II类。 长春理工大学建筑实照 图1 324 二、结构设计 l、地下结构 地下结构除满足建筑使用功能，上部结构要求外，尚考虑六级人防要求进行设计。 2、地上双塔部分 根据使用功能及抗震设计的要求。经分析比较，确定采用钢筋混凝土框架剪力墙结构，主 柱网为8．26m7．2m；柱截面：地下一层一地上十层除与连体相接处的⑦、o轴为1150曲n*1150 m；,l-，其余为800 rim*800衄，地上十一层～十五层700，m*700衄，十五层一十六层650哪‘650 衄；剪力墙截面：地下一层400姗，地上一层一三层350衄。四层一十一层300聊，十二层一十六 层250哪；楼板厚度：地下室顶板250衄，地上一层150狮，双塔2—16层120衄；主框架梁 350 r鼬650脚，次框架梁350 mm*600衄，次梁250 m2550衄，混凝土标号C40。 3、连体部位 ? (1)设计参数确定 连体部位是该工程的设计难点，该连体在地上十二～十四层处相连，连体部分为弧形平面， 曾先后对比了预应力结构、钢结构、钢筋混凝土几种不同形式的连体结构设计，考虑被连接两 塔完全对称，且塔宽与连体高度的尺度在同一数量级上，‘通过混凝土箱梁的合理设计，应能取 褥较好的结构性能和经济效果。在综合分析了施工难易程度、结构合理性、经济性等因素后， 。确定采用弧形钢筋混凝土箱梁作为连体结构体。箱梁与两侧双塔刚接，两侧各伸进塔内一跨(结 构布置见图2)。由于该结构具有尺度长，弧形平面，且双塔高位相连等特点，扭转振型非常突 出，平扭耦联效应明显，经过上百次试算，寻找规律，最后确定出合理设计参数，使这种效应 得到平抑。 ‘ 。 ‘ 一箱梁设计参数如下：墙：纵墙350咖，横墙从支座边缘向中问分别为300衄、350咖、250 衄、250蕊；板：‘十一层250衄，十二一十四层200锄；混凝土标号；十一、十二层C50，十三 层C45，十四层C40。 (2)构造措施 ， 通过有限元弹性分析，可以看出，两侧塔身与连体箱梁形成类似拱的受力形式(见图3)， 而这个拱能否非常合理、均匀地受力、传力，与两侧塔身和连体箱梁的刚度匹配有关。而箱梁 自身的拉区、压区的合理分布与箱身的纵横墙的洞口布置有关，根据多次对比分析结果，设计 中在拉应力较大区，避免了开设较大洞口。在应力图可以看出洞口角部拉应力较大，设计上在 洞口角部设置了抗拉斜撑，而在塔身与箱梁边缘位置产生应力集中处，设置结构腋。为解决建 筑跨度较大易产生温度应力和收缩裂缝f．q题，连体部位施工时在箱梁端部设置了后浇带，在中 部设置加强膨胀带(间距28m)。 I— I 一1 1 ．。上．。、．、～。d—。f． ≮弋Y“ ”弋’ 蟊； 鬻 ．^： t。j’11·10箱 了Y‘ ，， 结构布置 图2 325 应力等高线图 图3 4、结构计算 该工程结构计算采用中国建筑科学研究院编制的高层建筑结构有限元分析软件SATWE计 算，用PMSAP复核。其主要计算结果摘录如下： ’ 舡1 振型号 I 2 3 4 5 6 7 8 9 lO ll 12 周 期 I。565 I．466 l，030 0．424 0。348 0。337 0．291 0。267 0。264 0．247 0．244 0．236 扭转系数 0．Ol 0．49 0．Ol O．89 O．19 O．10 O