大连远洋大厦工程实例及高楼钢结构体系

1.建筑概况

大连市于1998年建成的大连远洋大厦，是一座集商场、酒店、办公于一体的高层建筑，主楼为酒店，地下4层，地上48层，另有屋顶小塔楼3层，高201m；副楼为办公楼，地上27层；两楼之间的裙房，地面以上6层。主楼建筑面积为7.4×10⁴m²。

主楼采用带小切角的方形平面，底层的建筑平面尺寸为38m×38m。大厦的房屋高宽比值为5.9。

2.结构体系

（1）主楼采用混凝土芯筒-钢框架结构体系。钢筋混凝土芯筒沿楼面中心的服务性面积周围布置，平面尺寸为17.6m×17.6m，其高宽比值为11.4。外圈框架沿楼层平面外边线向内退进2.0m处布置，由16根立柱和各楼盖边梁所组成，基本柱距为8m。典型楼层的结构平面如图5-117所示。

图5-117 大连远洋大厦的典型层结构平面

（2）外圈框架，地下1层至地上6层，采用型钢混凝土柱和钢筋混凝土梁；7层以上，采用钢柱和钢梁；但第7至第9层，钢柱外侧按构造要求包以钢筋混凝土。主楼外圈框架的立面如图5-118所示。

（3）主楼六层以下的各层楼盖，以及与之相连的6层裙房各层楼盖，均采用现浇钢筋混凝土梁、板结构。主楼六层以上的各层楼盖，采用焊接工字形钢梁和以压型钢板为底模的现浇混凝土组合楼板。

（4）为减小主楼侧向刚度的剧变，混凝土芯筒截面厚度的变化，与外圈框架钢柱截面尺寸的变化，不设置在同一楼层，而是错开一或两个楼层。

3.芯筒设计

（1）应建筑功能和内部设备使用的要求，在满足整个结构抗推刚度的条件下，方形钢筋混凝土芯筒的四周墙体布置一定数量的较大洞口，形成壁式框架，以利于改善芯筒的延性。对于跨高比值较小的洞口上方的连梁，增配X形斜向钢筋骨架，以加强其受剪承载力，迫使连梁实现弯曲屈服。

（2）混凝土芯筒周边墙体的厚度由底部的800mm逐段减小到顶部的400mm；芯筒内部隔墙的厚度自底到顶均为400mm不变。混凝土强度等级由底部的C50向上分段减小为顶部的C35。为减缓芯筒刚度的突变，芯筒墙厚的减薄与混凝土强度等级的降低，错开了一个楼层，详见表5-33。

图5-118 大连远洋大厦轴线⑥、（11）钢框架立面

（3）为了增大钢筋混凝土芯筒的延性，提高结构的抗震可靠度，也有利于楼盖钢梁与芯筒的连接，在芯筒内埋置了12根焊接H型钢柱和12道工字形钢梁，形成暗框架。

表5-33 主楼芯筒各楼层的墙厚和混凝土等级

4.框架设计

（1）外圈框架柱，6层以下为型钢混凝土柱，其最大截面尺寸为1400mm×1400mm（图5-119a）；7层以上的钢柱采用焊接方形钢管，钢柱最大截面尺寸为700mm×50mm，到顶层减小为500mm×25mm。各楼层框架柱的具体尺寸见表5-34。第7层钢柱下伸至第6层后与型钢混凝土柱内的型钢芯柱的连接构造，示于图5-119b。

（2）钢框架的梁-柱节点采用刚性连接，梁的上、下翼缘与柱翼缘焊接，梁腹板采用高强度螺栓与柱上连接板进行栓接（图5-120a）。

表5-34 主楼外圈框架柱的截面尺寸 （单位：mm）

图5-119 主楼外圈框架底部的型钢混凝土柱

a）底层柱的截面尺寸 b）型钢芯柱与上层钢柱的连接

（3）芯筒与外圈框架之间的跨度为8.8m的楼盖钢梁，两端均采取铰接。虽然芯筒在钢梁端部位置设置了型钢暗柱，考虑到施工偏差，直接连接有困难，故在该部位芯筒墙面另设与暗柱连接的预埋件，安装时，采用高强度螺栓将钢梁腹板与后焊在预埋件上的竖向钢板相连接（图5-120b）。

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图5-120 框架钢梁和楼盖钢梁的连接构造

a）外圈钢框架的梁-柱节点 b）楼盖钢梁与芯筒墙体的简支连接

5.结构分析

（1）结构动力特性

1）水平荷载作用下整个结构体系的侧向变形性质属弯曲型；而且混凝土芯筒所承担的水平剪力达到总剪力的90%以上。表明，在整个结构体系中，混凝土芯筒是主要抗侧力构件。

2）结构弹性分析所得的结构纵、横向前6个自振周期，列于表5-35。

表5-35 大连远洋大厦结构自振周期

（2）抗风计算

1）大连地区基本风压为0.6kN/m²；此大厦的设计基本风压为0.72kN/m²（＝1.2×0.6kN/m²）；地面粗糙度为C类；风荷载体型系数为1.45。

2）风荷载作用下结构的内力和侧移值，列于表5-36。

3）结构顶点的顺风向、横风向最大加速度分别为0.05m/s²和0.021m/s²，均小于规范的限值，表明钢-混凝土混合结构具有较强的抗风振刚度。

（3）抗震计算

1）抗震设防烈度为7度，Ⅰ类场地，场地周期为0.13s。

2）多遇烈度地震作用下的结构弹性分析结果，列于表5-36。

3）罕遇烈度地震作用下，分别输入El Centro波和松潘波等地震波进行结构弹塑性时程分析，所得结构最大层间位移角分别为1/216和1/397，详细计算结果列于表5-37。

表5-36 x方向水平荷载作用下结构的内力和侧移

表5-37 结构y方向弹塑性时程分析计算结果

（续）

6.结构钢材

框架柱、梁采用国产钢材，但要求按日本钢号SM490B供货（材质标准符合日本JISG—3106标准）。钢柱钢材的硫、磷质量分数不大于0.01%，碳质量分数小于0.4%，对于钢材的力学性能，要有-20℃的冲击韧性保证，对于40mm及50mm的厚钢板，要求断面收缩率不小于Z25级。次要构件采用Q235钢。

高强度螺栓采用10.9s级扭剪型高强度螺栓，并采用喷砂方法进行钢材表面处理。

7.结构用钢量

大厦单位建筑面积的平均用钢量为79.5kg/m²。