國家開發(fā)銀行數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(建筑)
相關(guān)鏈接： 中國安全網(wǎng) 中國質(zhì)量網(wǎng) 中國論文網(wǎng) 中國資訊網(wǎng)
國家開發(fā)銀行數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(建筑)
韓 平，潘 寧，李 毅，黃存智，邱倉虎
（中國建筑科學(xué)研究院，北京100013）
[摘要]本文介紹國家開發(fā)銀行數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，地上由7棟獨(dú)立建筑組成，各個(gè)單體結(jié)構(gòu)高度不超過18m，結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和框剪結(jié)構(gòu)。本項(xiàng)目采用了隔震技術(shù)、預(yù)應(yīng)力空心樓蓋、大跨度鋼桁架等結(jié)構(gòu)方案，既保證了結(jié)構(gòu)安全，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了建筑功能要求。 [關(guān)鍵詞]結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；隔震；預(yù)應(yīng)力空心樓蓋；大跨度鋼桁架 [中圖分類號(hào)]TU318
1 工程概況
本工程位于北京市海淀區(qū)蘇家坨中關(guān)村創(chuàng)新園C6-03地塊內(nèi)。該建筑地下1層（局部設(shè)有夾層）；地上由7棟3層～4層獨(dú)立建筑組成。各棟建筑之間局部有鋼橋連接；在東主入口處有一個(gè)總長度87. 75m的鋼桁架屋面。地下室平時(shí)為汽車庫，戰(zhàn)時(shí)為核6級(jí)物資庫。地上1#樓為動(dòng)力樓，2#樓A區(qū)為機(jī)房樓，2#樓B區(qū)為指揮控制中心，其余為辦公樓。工程總建筑面積55209. 2m2，其中地上建筑面積35209. 2m2，地下建筑面積20000m2。建筑效果圖見圖1。
建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)：1#樓、2#樓A區(qū)、2#樓B區(qū)為一級(jí)，其余各樓均為二級(jí)。建筑抗震設(shè)防類別：1#樓、2#樓A區(qū)、2#樓B區(qū)為乙類，其余各樓均為丙類；抗震設(shè)防烈度為8度(0.2g)，場(chǎng)地類別為III類，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年。
結(jié)構(gòu)體系：采用全現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，1#樓為框架結(jié)構(gòu)；2#樓A區(qū)為采用隔震技術(shù)的框架結(jié)構(gòu)，隔震層在基礎(chǔ)與首層之間；2#樓B區(qū)為框架一抗震墻結(jié)構(gòu)；2#樓C、D區(qū)為框架結(jié)構(gòu)和抗震墻結(jié)構(gòu)，各個(gè)結(jié)構(gòu)單體之間在地面以上用抗震縫分開，地上結(jié)構(gòu)分區(qū)示意見圖2。
地基基礎(chǔ)：2#樓C、D區(qū)的剪力墻簡(jiǎn)體下采用樁基礎(chǔ)；其余各處皆為天然地基，基礎(chǔ)均采用梁板式筏形基礎(chǔ)�；A(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)。
2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
本工程各個(gè)單體結(jié)構(gòu)高度不超過18m，采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和框架一剪力墻結(jié)構(gòu)，本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)為：2#樓A區(qū)為數(shù)據(jù)中心機(jī)房樓，鑒于該樓的重要性，結(jié)構(gòu)采用隔震技術(shù)，以提高其抗震防災(zāi)性能。2#樓B區(qū)按建筑功能布置要求，分別形成大跨度樓蓋，大跨度樓蓋采用預(yù)應(yīng)力空心樓蓋技術(shù)。按建筑造型要求在連接2#樓C區(qū)與D區(qū)之間設(shè)置
大跨度鋼桁架屋面。
3 隔震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2#樓A區(qū)的隔震層設(shè)置在首層板與基礎(chǔ)底板之間，采用鉛芯橡膠隔震支座組成隔震層，如圖3和圖4所示，每個(gè)框架柱下設(shè)置1個(gè)隔震支座，隔震支座設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。
3.1 隔震結(jié)構(gòu)計(jì)算模型
采用結(jié)構(gòu)分析軟件ETBAS對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析，上部結(jié)構(gòu)及隔震層均采用三維計(jì)算模型，上部結(jié)構(gòu)梁、柱采用梁柱單元，隔震支座采用ETABS中的非線性連接單元（隔震單元）進(jìn)行模擬，恒載及活荷載均按實(shí)際情況輸入。地震波根據(jù)隔震結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和抗震規(guī)范要求選取2條天然波及1條人工波，對(duì)原結(jié)構(gòu)與隔震結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行非線性時(shí)程分析。隔震結(jié)構(gòu)計(jì)算模型見圖5。
3.2設(shè)防地震作用下隔震結(jié)構(gòu)減震系數(shù)
8度設(shè)防地震作用下，樓層結(jié)構(gòu)隔震前后樓層剪力分布圖見圖6和圖7。隔震結(jié)構(gòu)層剪力與非隔震結(jié)構(gòu)層剪力比最大為0. 426，根據(jù)抗震規(guī)范12.2.5條規(guī)定，可以得出隔震結(jié)構(gòu)水平向地震減震系數(shù)=
=0. 426/0. 85=0.50，上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)減震系數(shù)取0. 50，上部結(jié)構(gòu)水平地震影響系數(shù)最大取值為0. 50×0.16=0.08。上部結(jié)構(gòu)水平地震作用降低一度。
同時(shí)由圖6與圖7中隔震前后樓層剪力對(duì)比可以看出，采用隔震技術(shù)后結(jié)構(gòu)樓層剪力有了很大幅度減小，減震效果很顯著。
3.3 罕遇地震作用下隔震結(jié)構(gòu)反應(yīng)
從表2可以看出，隔震結(jié)構(gòu)樓層絕對(duì)加速度比原結(jié)構(gòu)有大幅度減小，小于地面輸入加速度(4m/s2)，罕遇地震作用下，樓層加速度放大系數(shù)最大為1. 769/4=0.442，結(jié)構(gòu)采用隔震技術(shù)后結(jié)構(gòu)樓層地震加速度反應(yīng)減小為地面輸入加速度的44. 2%，隔震效果很好。
8度罕遇地震作用下，隔震層以上結(jié)構(gòu)X向、y向樓層位移角見表3。計(jì)算結(jié)果顯示，在8度罕遇地震作用下，隔震層以上結(jié)構(gòu)層間位移角除首層（X向樓層位移角為1/546）稍超過1/5 50外，其余樓層均小于1/550（多遇地震框架結(jié)構(gòu)層間位移角限值）�；灸軌虮ＷC主體結(jié)構(gòu)、填充墻、裝修等二次結(jié)構(gòu)在大震下不會(huì)破壞，也能保證銀行機(jī)房設(shè)備正常運(yùn)行。
4 無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力空心屋蓋設(shè)計(jì)
2#樓B區(qū)為指揮控制中心，為本項(xiàng)目核心區(qū)域，建筑抗震設(shè)防類別為乙類，建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，結(jié)構(gòu)采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，地上三層，地下一層。由于建筑功能布局需要形成了大空間開敞區(qū)域，在控制中心頂部即屋頂形成了25. 2m×16. 8m的大跨度區(qū)域，大跨度預(yù)應(yīng)力屋蓋的平面布置圖見圖8，建筑剖面圖見圖9。
針對(duì)大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)，可采取的結(jié)構(gòu)方案為密肋梁方案或預(yù)應(yīng)力空心屋蓋方案。經(jīng)過計(jì)算分析，綜合考慮后采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力空心屋蓋。預(yù)應(yīng)力空心屋蓋根據(jù)跨度及支座約束條件和荷載情況確定預(yù)應(yīng)力空心板的截面厚度為700mm，體積空心率約為49%，預(yù)應(yīng)力筋極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1860MPa，空心屋蓋填充體選用聚苯填充體，預(yù)應(yīng)力空心屋蓋斷面圖見圖10。采用預(yù)應(yīng)力空心屋蓋不僅減少了結(jié)結(jié)構(gòu)自重，也實(shí)現(xiàn)了建筑大空間要求，同時(shí)經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)
測(cè)，大跨度預(yù)應(yīng)力樓板具有良好的舒適度。
5 大跨度鋼桁架屋面設(shè)計(jì)
由于東側(cè)入口處為滿足建筑造型要求及視野開闊的要求，設(shè)置凈跨為66. 65m的裝飾性入口屋面，以連接C區(qū)與D區(qū)，由于建筑造型需要入口屋面鋼桁架高度只能取到2. 5m，其跨高比約為1/27，為了提高鋼桁架的剛度，將鋼桁架向兩側(cè)外伸到總長87. 75m，利用C區(qū)與D區(qū)的剪力墻核心筒內(nèi)外側(cè)墻體為鋼屋面桁架端部設(shè)置拉壓支座，為桁架端部提供負(fù)彎矩，鋼桁架屋面建筑方案見圖11。
根據(jù)建筑功能及結(jié)構(gòu)布置，沿入口屋面長度南北方向布置3榀主桁架，東西方向布置10榀次桁架，形成入口鋼屋面的主體結(jié)構(gòu)，桁架布置及典型節(jié)點(diǎn)見圖12~圖14。主要構(gòu)件截面見表4。
為了保證鋼桁架在溫度作用下的變形要求及C區(qū)、D區(qū)在地震作用下的安全性，入口鋼桁架設(shè)置沿C區(qū)、D區(qū)建筑水平方向可以滑動(dòng)的支座，支座位置如圖13所示。圖中支座1、2、3、10、11、12為抗拔支座，設(shè)計(jì)支座上拔承載力不小于7000kN，支座4、5、6、7、8、9為抗壓支座，設(shè)計(jì)支座受壓承載力不小于13000kN；圖中支座1、3、4、6、7、9、10、11、12為雙向限位滑移支座，其支座容許位移量為X向±10mm、Y，向±80mm;滑移摩擦系數(shù)不大于0.05。支座2、5、8、11為單向（Y向）限位滑移支座，其支座容許位移量為y向±80mm，X向水平位移嵌固，萬向球形支座示意圖如圖15所示。
計(jì)算時(shí)考慮恒載、活載、風(fēng)荷載、水平地震和豎向地震作用與溫度作用，采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析軟件MIDAS-GEN對(duì)鋼屋面進(jìn)行整體桁架計(jì)算分析并設(shè)計(jì)，桿件的應(yīng)力比、整體變形及節(jié)點(diǎn)驗(yàn)算等均滿足規(guī)范要求。
6 結(jié)論
本項(xiàng)目地上建筑由7棟3層～4層獨(dú)立建筑組成。各棟建筑之間局部有鋼橋連接，形成一體，該項(xiàng)目結(jié)構(gòu)高度并不高，但建筑非常重要，建筑方案及功能要求給結(jié)構(gòu)帶來一定的挑戰(zhàn)。
1)2#樓A區(qū)數(shù)據(jù)中心機(jī)房采用隔震技術(shù)，隔震效果很明顯，有效地提高了結(jié)構(gòu)抗震性能。因此，高烈度地區(qū)重要建筑采用隔震技術(shù)能夠有效提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。
2)2#樓B區(qū)為實(shí)現(xiàn)建筑功能要求，采用了預(yù)應(yīng)力空心樓蓋，不僅實(shí)現(xiàn)了建筑大空間要求，同時(shí)也減輕了結(jié)構(gòu)自重，保證了結(jié)構(gòu)安全。
3)東側(cè)入口大跨度屋面跨度達(dá)66. 65m，屋面桁架高度僅2. 5m，采用主次鋼桁架結(jié)構(gòu)體系，根據(jù)建筑方案特點(diǎn)選取合理的支座約束方案，不但實(shí)現(xiàn)了建筑方案造型要求，同時(shí)也使桁架豎向剛度滿足設(shè)計(jì)要求。
