¿Plan de diseño estructural para el edificio de convenciones y exposiciones de Marriott?
1. Descripción general del proyecto
El edificio de exposiciones y convenciones internacional Chongqing Marriott está ubicado en el centro de Chongqing, con una altura de 5 metros en el norte y 22 metros en el sur. El edificio tiene 69 pisos sobre rasante (incluido el piso GF), 5 pisos subterráneos, una altura de construcción de 303,3 metros y un podio de 7 pisos. Los cinco pisos subterráneos son para estacionamientos, salas de equipos y edificios comerciales. Los dos pisos inferiores están conectados a la entrada y salida del tren ligero de la ciudad. El podio de siete pisos sobre el suelo es para edificios comerciales. Hotel Marriott existente a través de un corredor aéreo. La planta estándar de los pisos 8 al 68 de la torre es de 41 × 41 m. Los pisos 8 al 41 son apartamentos y los pisos 42 al 68 son edificios de oficinas en el piso superior. Instale pisos de refugio en los pisos 7, 23, 41, 54 y superiores. El sótano y el podio tienen entre 4,5 y 5 m de altura, el apartamento tiene 3,7 m de altura y el edificio de oficinas tiene 3,9 m de altura. La superficie del terreno edificable es de 9.100 metros cuadrados, con un área total de construcción de 182.893 metros cuadrados, de los cuales 145.348 metros cuadrados sobre rasante y 37.545 metros cuadrados bajo tierra. Hay más de 10 edificios rodeando el edificio.
2. Cimientos y cimientos
1. La categoría de sitio de condición geológica es un sitio de primera clase. El edificio está hecho de lutita de desgaste medio (débilmente) extremadamente gruesa como capa de soporte. Según la exploración geológica, el valor característico de la capacidad de carga de la base de lutita es de 4,0 Mpa, y el valor estándar de la resistencia a la compresión natural es de 12,4 Mpa. Después de la prueba de carga plana de la base de roca, la carga máxima promedio es de 16,4 Mpa. , y el valor característico de la capacidad de carga de los cimientos es 5,2 Mpa. Los cimientos son un sitio ideal para la construcción de edificios de gran altura.
2. El proyecto de diseño del pozo de cimentación y cimentación tiene cinco pisos subterráneos debido a que el terreno es alto en el norte y bajo en el sur. La diferencia es de 5 m, y hay 4 capas de 22 m totalmente enterradas. La profundidad de enterramiento del edificio es 1/13,8 de la altura del edificio, lo que cumple con los requisitos antivuelco. La base de la columna de la torre adopta pilotes inferiores expandidos (muelles) y el tubo interior de la torre adopta una base de balsa plana. Utilizamos la unidad SOLID72 del software de análisis mecánico de elementos finitos ANSYS 1 compilado por la empresa estadounidense ANSYS para realizar cálculos y análisis tridimensionales de los pilotes inferiores expandidos (pilares), las balsas de la torre y los cimientos. El pilote inferior expandido (muelle) de la torre D = 4 m, el fondo expandido es de 5,5 m y la balsa es de 25,8 × 25,8 × 4,5 m, lo que proporciona datos de referencia para el refuerzo de los cimientos de la balsa.
En tercer lugar, la carga de viento
El cálculo de la carga de viento horizontal de edificios de gran y gran altura es un factor clave en el diseño de la estructura resistente al viento. Sin embargo, para edificios altos, especialmente irregulares y de gran altura, la carga de viento del edificio se ve muy afectada por los edificios circundantes, y la carga de viento debe determinarse en las regulaciones actuales. Para ello, se llevaron a cabo en el edificio mediciones de presión de túnel de viento modelo y pruebas aeroelásticas, así como simulaciones numéricas tridimensionales de túnel de viento, y se compararon con los valores de la especificación para llevar a cabo un diseño de carga de viento razonable.
La presión básica del viento en Chongqing durante 100 años es de 0,45 kN/m2 1. Prueba modelo en túnel de viento La prueba en túnel de viento para este proyecto se llevó a cabo en el Centro de Investigación Experimental de Ingeniería Eólica de la Universidad Southwest Jiaotong. Se utilizó un modelo de plexiglás 1:250 y se cortaron aproximadamente 500 m de edificios y entornos principales de espuma plástica para simular las condiciones límite atmosféricas de los accidentes geográficos de Clase C.
Utilizando la presión del viento a la altura del techo del modelo como presión del viento de referencia, la velocidad del viento entrante en la prueba de presión fue de 7,5 m/s. Esta prueba se dispuso en todas las superficies de la estructura principal. a lo largo de la dirección de la altura, con un total de 23. Hay 457 puntos de medición de presión en cada sección, el ángulo de dirección del viento simulado es de 0o a 360o, el espaciado es de 22,5o, la dirección normal de la entrada principal del modelo se define como 0o , y el sentido antihorario del plato giratorio es positivo.
En esta prueba en túnel de viento, se proporciona el coeficiente de presión del viento de cada orificio de presión en cada lado en 16 direcciones del viento. Los resultados de las pruebas muestran que la presión positiva en el lado de barlovento de cada cara de trabajo es menor que la parte media en la dirección lateral, cambia suavemente a lo largo de la dirección de la altura y alcanza el máximo a 4/5 de la altura (15-30 m desde la cima). , y disminuye gradualmente a lo largo de la altura superior; el lado de sotavento y ambos lados La presión negativa es relativamente uniforme y no cambia mucho a lo largo de la altura. Debido a la influencia de los edificios de gran altura alrededor del edificio en el flujo de aire, aparecerán áreas locales de alta presión de viento alrededor del edificio, especialmente en áreas por debajo de la altura de los edificios de gran altura circundantes. Esto tiene un efecto tanto de amplificación como de reducción. , y a veces incluso El coeficiente de presión del viento se invierte. Cuando el ángulo de dirección del viento es de 1350 y 900°, la fuerza cortante total de la base en las direcciones X e Y alcanza el valor máximo.
Simulación numérica de túnel de viento En este proyecto se encarga a la Escuela de Aeronáutica, Astronáutica y Mecánica de la Universidad de Tongji la realización de una simulación numérica de túnel de viento. La simulación numérica de un túnel de viento es similar a un túnel de viento de laboratorio general y requiere un túnel de viento con entrada, salida, piso y paredes.
En el túnel de viento se establece un modelo numérico del edificio y de los edificios circundantes. El modelo numérico se modela según el tamaño del prototipo (1:1) y es un modelo rígido. El modelado, el cálculo y el posprocesamiento se completan con el software de dinámica de fluidos computacional CFX5.5, líder a nivel internacional.
El informe proporciona la fuerza promedio del viento a lo largo de las direcciones X e Y y el momento total alrededor del eje Z en cada capa bajo el nivel 16 de viento. Los resultados muestran que la fuerza cortante total máxima de la base en la dirección X es de 135° en la dirección del viento; la fuerza cortante total máxima de la base en la dirección Y es de 90° y el momento total máximo alrededor del eje Z es 0°. Al mismo tiempo, se proporciona el diagrama de contorno de la presión máxima del viento en cada superficie del edificio bajo diferentes fuerzas del viento, lo que proporciona una base para el diseño del muro cortina de vidrio. Según el mapa de distribución del contorno de presión del viento, la mayoría de las áreas en el medio del lado de barlovento de cada lado son positivas, mientras que un área pequeña cerca del borde tiene presión negativa debido al flujo separado, y el lado de sotavento generalmente tiene una presión relativamente presión negativa uniforme.
Comparación y valor de la carga de viento Comparamos la carga de viento estática y la carga de viento dinámica en el lado de barlovento obtenida por los tres métodos, como se muestra en las Figuras 3 y 4. La prueba en túnel de viento muestra que bajo la influencia de los edificios circundantes, el valor de carga de viento en la prueba en túnel de viento es mayor que el valor estándar, mientras que por encima del piso 37, el valor de carga de viento en la prueba en túnel de viento es menor que el valor estándar. . La carga de viento total calculada según la especificación de carga es aproximadamente un 9% mayor que los resultados de las pruebas en el túnel de viento.
Los resultados de la simulación numérica son básicamente consistentes con los resultados de las pruebas en el túnel de viento. La presión máxima del viento a lo largo de la dirección de la altura es aproximadamente 4/5 de la altura del edificio. El valor de cálculo de la especificación de carga de viento de cada capa es el más grande, seguido del valor de simulación numérica y el valor de prueba del túnel de viento es el más pequeño. La presión máxima del viento calculada por el código está en la parte superior del edificio. La presión del viento en la parte superior calculada por el código es demasiado grande e irrazonable. El punto resultante de presión del viento es mayor que el calculado. mediante simulación numérica y ensayo en túnel de viento. El cálculo según el código es conservador. Los resultados de la simulación numérica y las pruebas en túnel de viento muestran que cuando el ángulo de dirección del viento es de 135° y 90°, la fuerza de corte total en las direcciones X e Y es la mayor, lo que es difícil de lograr con el software informático de gran altura existente. Según los resultados de las pruebas en el túnel de viento y las simulaciones numéricas, aparece una mayor presión negativa en la parte inferior de la torre o en el borde del edificio. Aunque el cálculo general de la estructura tiene poco impacto, tiene un mayor impacto en la seguridad del diseño del muro cortina de vidrio y debe tomarse en serio.
En el cálculo global se calculan los vientos entrantes de 0º, 90º y 135º respectivamente. La carga de viento se toma de acuerdo con las especificaciones actuales, pero la parte superior del edificio se toma de acuerdo con los resultados de la prueba del túnel de viento del modelo, con la consideración adecuada del par medido mediante simulación numérica y prueba de túnel de viento.
Cuarto, superestructura
1. Plano estructural La superestructura de este proyecto tiene 69 pisos, incluidos 7 pisos de podio. La altura total del edificio es de 303,3 m, que es actualmente. el nivel más alto. Es el más alto entre las estructuras de acero de gran altura construidas o en construcción en China. La relación alto-ancho es de 7,34, lo que lo convierte en un edificio de gran altura. El período básico de la estructura del edificio es de 8 segundos, lo que lo convierte en un raro edificio de gran altura de período largo.
En función de la función del edificio, su distribución y su altura, se consideraron dos opciones estructurales: una estructura totalmente de acero y una estructura de acero y hormigón. Basado en una comparación integral del desempeño sísmico estructural, la velocidad de construcción, el peso propio estructural y el costo, la torre de este proyecto adopta un plan de estructura totalmente de acero, y el podio y el sótano todavía son estructuras de concreto reforzado moldeadas en el lugar fuera del alcance de la torre.
La torre adopta un sistema estructural de marco-núcleo de acero con capas reforzadas. El marco exterior está compuesto por columnas de acero y vigas de acero; el tubo central está compuesto por una estructura de acero compuesta por columnas de acero, vigas de acero y soportes de acero. Los brazos de las vigas estabilizadoras y las vigas de cintura de la estructura de acero se instalan utilizando equipos de construcción: la capa de refugio forma una capa reforzada (4 carriles).
Debajo del piso 7 de la torre se encuentra el podio y el piso 13 del sótano, que utiliza columnas de hormigón de acero perfilado. Esto es principalmente para resolver el problema de la conexión y coordinación entre las torres de estructura de acero y los podios de concreto, lo cual es beneficioso para el procesamiento de la estructura de nodos, al mismo tiempo que se aprovecha al máximo la resistencia a la compresión del concreto de alta resistencia y se reduce la sección transversal del concreto de acero. .
Debajo de 7F hay columnas con estructura de acero, con dimensiones de sección transversal de hormigón armado de 1400x1400 y 1500x1500. Las columnas con estructura de acero son secciones en forma de cruz con alas; arriba de 8F son columnas de acero en forma de caja. dimensiones de la sección transversal que van desde 1200x1200 mm hasta 600x600 mm. El espesor de la columna de acero es de 80 mm a 20 mm. Se proporcionan tres soportes en las direcciones longitudinal y transversal del cilindro interior, utilizando un soporte central y un soporte excéntrico en forma de ocho. El soporte está fabricado en acero en forma de H con secciones de H400x400x25x30 y H400x400x25x40.
Las vigas de acero tienen todas ellas forma de H. La altura de las vigas del marco exterior por debajo de 8F es de 700 mm y la altura de las vigas del marco exterior por encima de 8F es de 650 mm, lo que cumple con los requisitos de altura neta del edificio para garantizar la rigidez lateral general de la estructura, el marco de tubo interior; Las vigas tienen todas una altura de 900 mm y las vigas secundarias están articuladas con las vigas principales del marco de acuerdo con el cálculo de vigas combinadas. Para que las vigas del marco de las esquinas tengan una tensión uniforme, agregue vigas secundarias en las esquinas y cambie la dirección del entrepiso.
Los forjados utilizan chapa perfilada de acero y forjados no compuestos de hormigón armado colados in situ.
Diseño sísmico y resistente al viento
(1) Requisitos de diseño Según referencia [3], la probabilidad de superar este proyecto en 50 años es 63%, 10%, 5% , 3%, 2% Los valores de intensidad básicos correspondientes son 5,2, 6,1, 6,3, 6,4 y 6,6 respectivamente según la aprobación de la Administración de Terremotos de Chongqing, ya que el programa de cálculo existente no puede ingresar parámetros de terremotos de 6,4 grados, en. Para el cálculo sísmico se utilizan parámetros de 7 grados. (2) Diseño general
1) Condiciones marcadas por el uso y exigencias arquitectónicas:
A. El plano y alzado de la torre son muy regulares y básicamente simétricos en dos direcciones. La combinación con la estructura proporciona condiciones muy favorables para la resistencia sísmica de la estructura. b. Estructura totalmente de acero, con materiales uniformes y buena ductilidad, que bien puede cumplir con los requisitos de fortificación sísmica secundaria.
2) Diseño de componentes de fuerza lateral:
A. Estructura de soporte del marco del cilindro interior: Se colocan soportes de acero entre columnas, algunos son soportes excéntricos y se agregan pequeños soportes entre columnas de Si es posible, las columnas mejoran la rigidez lateral del soporte del marco. b Para mejorar la rigidez horizontal del sistema de resistencia a fuerzas laterales soportado por el bastidor del cilindro interior y aumentar la altura del bastidor, durante el diseño se deben sopesar la capacidad de carga de la viga y el requisito de mayor rigidez horizontal. . c. Instale cuatro capas de refuerzo. Los pisos 23, 41, 54 y superior están compuestos por vigas estabilizadoras y vigas de cintura del marco exterior. El soporte del cilindro interior de la capa de refuerzo es el soporte central. En el diseño, se compararon los efectos de las capas de refuerzo en diferentes pisos sobre la rigidez horizontal, y el número actual de capas fue óptimo. d. Utilice columnas de hormigón de acero perfiladas y vigas de acero debajo del podio: considere fortalecer la rigidez general, y la conexión con el podio (estructura de marco de hormigón armado) desempeñará un papel determinado en la mejora de la rigidez horizontal general de la estructura.
2) Según el Artículo 8.2.3 del "Código para el Diseño Sísmico de Edificios" "La fuerza cortante sísmica calculada de la parte del marco debe multiplicarse por el factor de ajuste para alcanzar el requisito de no menos de 25% de la fuerza de corte sísmica total en la parte inferior de la estructura. Este requisito ha sido considerado en el diseño de este proyecto y cumple con los requisitos especificados.
3) Se utilizan soportes disipadores de energía de pandeo restringido. para pisos de más de 7 pisos, que pueden desempeñar un papel en casos de terremotos raros. 4) Refuerzo de las partes débiles:
A. resistencia sísmica en terremotos raros, y el uso de vigas de acero y soportes de acero también puede hacer bisagras de plástico. Primero ocurre en los soportes o vigas en lugar de las columnas para garantizar que la estructura no colapse. b. capa reforzada: Debido al cambio repentino en la rigidez de la capa reforzada, las columnas del marco conectadas son más complejas y pueden convertirse fácilmente en puntos débiles según los cálculos elásticos. Según los resultados de la fuerza interna, la sección debe reforzarse adecuadamente, dejando reservas considerables. , y luego utilice el análisis del historial del tiempo elástico-plástico para verificar las propiedades mecánicas y de deformación. c. A través del análisis del historial del tiempo elástico-plástico, verifique las capas y componentes de la superestructura con bisagras plásticas, use tirantes disipadores de energía de pandeo restringido para ajustar. la sección transversal del componente, de modo que las bisagras de plástico se transfieren a componentes menos importantes, y la estructura puede cumplir el objetivo de no colapsar en un gran terremoto.
Este proyecto ha llevado a cabo un proyecto especial de resistencia sísmica. para edificios de gran altura que exceden el límite. Los expertos sugieren que el edificio es muy flexible y necesita resolver el problema de comodidad. Resultados de la prueba del túnel de viento del modelo aeroelástico desde el edificio de exposiciones y convenciones internacional Chongqing Marriott. Alto y flexible y está ubicado en la zona urbana de Chongqing, hay densos edificios de gran altura a su alrededor. Los edificios y la topografía tienen un impacto significativo en el campo del viento, por lo que sus efectos del viento bajo fuertes vientos son muy complejos y sus efectos dinámicos bajo fuertes vientos. Por esta razón, se llevó a cabo una prueba de túnel de viento modelo aeroelástico en el Centro Internacional de Exposiciones y Convenciones Marriott de Chongqing. La prueba del modelo aeroelástico del modelo 1:250 obtuvo la respuesta de vibración del viento del edificio en 16 direcciones del viento. Después de analizar los resultados de las pruebas, se llegaron a las siguientes conclusiones:
1), en todas las direcciones del viento y rangos de velocidad del viento de diseño, no se encontró vibración inducida por vórtices en el Edificio de Exposiciones y Convenciones Internacionales de Marriott. = 0o, el desplazamiento máximo de la vibración del viento cruzado (amplitud unilateral) de la parte superior de la estructura es de 0,297 m. Cuando b = 270o, el desplazamiento máximo de la vibración del viento cruzado es de 0,297 m. El desplazamiento de la vibración (amplitud unilateral) a lo largo del viento es de 0,133 m.
2) La aceleración de vibración máxima en la parte superior del edificio es inferior a 0,2 m/s2, y la velocidad angular de vibración torsional bajo la presión del viento de retorno es inferior a 0,001 rad/s, lo que cumple con los requisitos. Requisitos de comodidad. 3) Cuando la dirección del viento entrante actúa sobre una determinada superficie de la estructura, el desplazamiento lateral y la respuesta de vibración de aceleración de la estructura son mayores que aquellos en la dirección a favor del viento, por lo tanto, para este tipo de estructura de edificio de gran altura. , el efecto de la carga lateral no se puede ignorar.
4) Debido a la influencia de los edificios circundantes en el flujo de aire, se producirá una alta presión local del viento alrededor del edificio, por lo que se debe prestar atención a este problema en el diseño del muro cortina. Además, el impacto de las estructuras circundantes sobre la presión del viento del edificio es más significativo dentro de su propio rango de altura, mientras que el impacto es menor en la zona superior del edificio. 5) La presión negativa máxima en cada lado del edificio es mayor que la presión positiva máxima.
5) Análisis estructural
1) Según la particularidad de la estructura, se utilizan tres softwares, SATWE (Editor en Jefe, Academia China de Ciencias de la Construcción) y MTS (Universidad de Tongji). , China), se utilizaron en el diseño estructural. Análisis y cálculo
Los principales resultados de cálculo de ETABS (compañía estadounidense CSI) son similares.
2) Modelo de cálculo: Según el modelo espacial soportado por estructura, la fuerza sísmica se calcula según la carga del viento en las direcciones X, Y y 135 grados, y se tiene en cuenta el acoplamiento, y * * * se toman los resultados de 45 formas modales.
Y CUZI-1. El valor máximo de la curva histórico-temporal de aceleración sísmica utilizada en el análisis histórico-temporal es de 35 cm/s2.
En mi país existen pocos estudios sobre el cálculo de la respuesta de aceleración de los edificios, especialmente bajo la acción del viento cruzado. Al formular las especificaciones, nos remitimos a normas extranjeras y realizamos ajustes en función de la situación real de nuestro país. Por lo tanto, el autor utiliza normas chinas y normas canadienses para calcular la aceleración respectivamente.
Verbo (abreviatura de verbo) Conclusión
1 A través del análisis de las características dinámicas del Edificio Internacional de Convenciones y Exposiciones Chongqing Marriott, se puede ver que el período básico del La estructura es de 8 y es una estructura altamente flexible. El análisis estructural debe considerar el efecto P-δ. La disposición estructural es básicamente simétrica, lo que es beneficioso para la resistencia sísmica de la estructura. El diseño está controlado por la carga del viento. 2. El uso de armaduras de estabilizadores y armaduras de cintura de marco exterior es un método eficaz para controlar el desplazamiento entre capas estructurales. La posición ideal de los estabilizadores y el patrón de orificios se pueden encontrar mediante múltiples cálculos de prueba. Cuantos más estabilizadores, mejor. 3. La capa inferior de la estructura de acero de gran altura utiliza columnas de hormigón de acero perfiladas, que no solo pueden ahorrar acero, sino que también aumentan adecuadamente la rigidez lateral de la estructura. Al mismo tiempo, también pueden resolver el problema de conexión. las vigas de hormigón armado del podio. 4. La comodidad de los edificios de gran altura es un factor importante que consideran los diseñadores. Debe comprobarse y analizarse de diversas formas, y las pruebas con modelos aeroelásticos son más fiables.
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