第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文2014年 青岛中联自由港湾项目加固改造设计 孙绍东，赵琳，李静，邹连杰，陈慧荣，胡海涛 （青岛聘远设计事务限公司，青岛266100） 提要：青岛中联自由港湾项目为大底盘双塔楼框架-核心筒结构烂尾楼，现由于建筑功能改变及立面调整需要，进行外 扩、加层、按柱、开洞、补洞等一系列改动，设计中合理采用了各种加固、改造方法，较好实现了建筑功能，可为类 似工程的设计提供参考.
关键词：大底盘双塔楼框架-核心筒加固改造 1工程概况 青岛中联自由港湾（原加洲国际客运中心）项目位于青岛市市北区新疆路，近邻大港码头，原总建筑 面积11.2万m²，其中地下1.7万m²，地上9.5万m²，建筑高度131.8m，结构型式为现浇钢筋混凝土框架 核心筒双塔结构.
双塔高层部分地上38层，裙房部分包括地下两层、地上四层.
双塔楼之间分别在19 层和32层通过钢桁架廊桥相连.
原设计建筑功能：地下二层为车库、厨房及部分设备用房，地下一层为 商场及变配电室，局部区域为六级人防.
地上1-4层为商场、酒店、餐厅及国际联检用房，5层、19层为 避难层兼设备层，35层为观光厅，36层为储藏间，37及以上层为设备层：1号塔楼6~18层为办公用房， 20~34层为公寓：2号塔楼6~18层、20-34层为宾馆客房.
主体结构于1996年完成，1999年完成外围护墙、水平带窗及局部幕墙，其后一直闲置，是迄今为止 青岛市最大的烂尾楼.
2011年业主委托我公司对该工程进行加固改造，主要内容有：双塔楼加层至41层，加层后建筑高度 136.8m：拆除双塔间连廊：原设计标准层建筑功能调整为SOHO办公.
标准层角部扩大：地下室局部扩大， 修改原车道位置，地下一层调整为车库及设备用房，原设计纯地下室部分增设地上裙房，相应地下室框架 柱截面加大：原裙房功能调整为一层商业、SOHO办公及SOHO办公大堂、SOHO办公配套用房，二至四 层商业，楼梯、扶梯、电梯等均有调整，部分洞口封堵，新开部分洞口，原联检楼部分的游泳池取消，改 为商业用房：两塔楼间裙房一层局部抽柱，二层局部拆除梁板，形成中庭上空：避难层荷载增大，梁板加 固.
改造后总建筑面积约14.2万㎡²，其中地下建筑面积约1.8万㎡²，地上建筑面积约12.4万m².
图1改造后效果图 图2改造前实景照片 图3改造后实景照片 作者簧介：孙绍东（1970-)，男，硬士，高级工程师，一级注册端构工程师
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 项目加固改造自2011年开始，目前已竣工，改造后效果图见图1，改造前后实景照片见图2、3，裙 房结构平面图见图4，塔1、塔2标准层结构平面图分别见图5、6.
简支板带 9 图4裙房结构平面图 图5塔1标准层结构平面图 图6塔2标准层结构平面图 2原设计基本情况及检测鉴定报告基本结论 2.1原设计基本情况 原设计、施工所依据的均为89规范或规程.
原设计钢结构为3号钢，10m高度处基本风压为 0.605KN/m²，抗震设防烈度为7度，抗震等级：高层为二级，裙房为三级.
原设计基础型式：联检楼为钻孔灌注桩，持力层中风化花岗岩，桩端承载力标准值为4000Kpa：主楼 及其裙房为筏板基础，持力层为中风化花岗岩，承载力标准值为2500~4000KPa.
混凝土强度等级：墙柱为C30~C50，梁板为C30~C40：钢筋为I级、II级.
2.2检测及鉴定结论 青岛理工大学建筑设计研究院提供的检测鉴定报告结论如下： 该建筑地基基础已稳定：结构平面布置基本与设计图纸相符：结构构件截面尺寸基本与设计图纸相符： 结构构件混凝土强度等级满足设计图纸要求：该建筑外观质量基本正常，但存在以下问题：部分构件的混 凝土保护层没有达到设计要求：部分楼板出现不同程度裂缝：部分混凝土构件中钢筋锈蚀.
该大楼具有安全的承载能力，根据《民用建筑可靠性鉴定标准》（GB50292-1999）的相关条文，综合 考虑地基基础、上部承载结构及围护系统三部分，依据地基基础沉降差，结构构件的承载力、构造、裂缝 及变形，围护墙、窗、局部幕墙所属等级，得出最终结论为：该大楼整体结构是安全的，其整体安全性等 级为B级.
3加固改造设计标准 3.1后续使用年限 本工程于1996年建成，距加固改造时已15年，原设计使用年限尚余35年，参照《建筑抗震鉴定标 准》GB50023-2009，本工程为89版设计规范正式执行后、2001版设计规范正式执行前设计建造的房屋， 且其抗震承载能力尚有一定富余，其后续使用年限可取40年，属于该标准中的B类建筑.
根据《建筑抗 震鉴定标准》GB50023-2009，楼层综合抗震承载能力指数β=9P，其中为体系影响系数，9为局部
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文2014年 影响系数，5，=V /v为楼层屈服强度系数.
根据程序计算结果，各楼层现有受剪承载力均大于楼层的弹性 地震剪力，且富余较多，各楼层综合抗震承载能力指数均大于1，满足B类建筑的鉴定标准，故整体后续 使用年限可取为40年.
主体结构到40年使用年限后，应进行可靠性鉴定，若认为该结构工作正常，可继 续延长其使用年限.
对使用胶粘方法或掺有聚合物加固的构件，尚应定期检查其工作状态，第一次检查时 间不应迟于10年.
根据《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006，本工程混凝土结构加固后的构件使用年限为30年.
未经技术鉴定或设计许可，不得改变加固后结构的用途和使用环境.
3.2设计规范 本建筑结构安全等级为二级，可按89规范进行改造设计.
为提高本工程的安全度，本工程加固改造 设计的计算按2001版规范进行，荷载取值均按2001版规范，如风荷载、恒载、活载、地震作用（地震分 组按现行规范取为6度第三组）.
原有部分计算及构造尽量满足2001版规范，确实满足不了者，则按89 规范复核.
新增部分的计算、构造均按2001版规范执行.
3.3设计荷载 3.3.1楼面、屋面活荷载 原设计公寓、办公、宾馆等活荷载为1.5KN/m²，现均按2.0KN/m²复核.
3.3.2风荷载 本工程计算风荷载作用下位移时按青岛地区50年一遇基本风压0.60KN/m²，计算风荷载作用下结构承 载力时按100年一遇基本风压0.7KN/m².
本工程位于海边，地面粗糙度按A类，风载体形系数取1.4.
3.3.3 地震作用 （1）抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，水平地震影响系数最大值为0.04，地震分组为 第三组，场地特征周期0.45s，建筑场地类别为Ⅱ类.
（2）计算地震作用时，采用《建筑抗震设计规范》GB50011-2001的建筑结构地震影响系数曲线，结构阻 尼比取0.05.
（3）抗震计算采用考虑耦联的振型分解反应谱法，按CQC组合.
4结构布置 4.1基础 原设计基础塔楼内筏板厚2m，塔楼外筏板厚0.8m，基础持力层为中风化花岗岩，不需加固.
新增框 架柱基础根据具体情况采用独立柱基或人工挖孔桩.
经复核，整体抗浮满足要求.
4.2结构型式 本工程塔楼结构型式为框架-核心筒结构，主体结构高度小于150m，为A级高度高层建筑，新增裙房 为框架结构.
（1）地下室 采用普通梁板结构，负一层板厚150，双层双向Φ12@200~Φ12@150，一层板厚：原设计上有裙房部 分180，原设计纯地下室部分300，配筋均为双层双向Φ14@150，且负一层与一层剪切刚度比大于2，满 足一层板作为整个结构嵌固端的条件.
（2）裙房 两个塔楼在裙房连为一体，原设计裙房顶部连接板厚180，配筋为Φ12@150双层双向，能够保证上 部塔楼水平力的传递.
原设计联检楼与两个塔楼所在裙房主体在四层顶分开，仅通过简支板搁置在两侧牛 腿上，减小了塔楼与裙房X向上下质心的偏心距.
四层及以下连在一起，结构布置较合理.
本次新增的裙
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 房与原设计裙房通过伸缩缝兼防震缝分开，从而使得塔楼与裙房Y向上下质心偏心距不超过《超限高层建 筑工程抗震设防管理规定》的限值，避免了结构超限.
原设计裙房采用普通梁板结构，二层、三层板厚130，配筋Φ10@150~Φ12@200，新增裙房顶部采用 预应力混凝土梁，现浇楼板.
(3）塔楼标准层 塔楼标准层宽度30.3m，高宽比约为4.51<7：核心简宽度12.4m，高宽比11.03<12，均满足要求. 标 准层典型楼板厚度120. 4.3抗震等级 根据《建筑抗震设防分类标准》，本工程裙房商业面积超过17000m²，将裙房及相邻的第五、六层定 义为乙类建筑，按七度设防要求确定抗震等级. 七层及以上为丙类建筑，按六度设防要求确定抗震等级. 按2001版规范确定的抗震等级见表1，可见抗震等级基本与原设计吻合. 4.4结构材料 表1结构抗震等级 （1）混凝土强度等级 加固改造构件原则上计算时采用与原设计相同的 部位 2层 -1~6层 7层及以上 混凝土强度等级，施工时要求提高一个等级. 新增裙房 塔楼内框架 三级 二级 三级 梁、板、柱混凝土均为C40. 核心筒 三级 二级 二级 （2）钢筋 塔棱外柜架 四级 三级 原设计受力纵筋为二级钢，本次设计新增构件板 筋、纵筋、箍筋均采用HRB400，加固改造构件新增纵筋采用HRB400，箍筋如与原箍筋焊接者采用HPB235， 否则尽量采用HRB400. （3）型钢、钢管、钢板：Q235B. （4）填充墙：M5混合砂浆砌加气混凝土砌块. 5 反应谱法（含风荷载工况）主要计算结果 本工程为双塔楼结构，按整体模型和单塔模型分别计算，并按不利结果进行结构设计. （1）结构动力特性 表2SATWE双塔模型结构动力特性 表3SATWE塔1结构动力特性 周期 周期 X白 Y向平 扭转 周期 周期 x向平动 Y向平动 扭转 扭转 序号 平动 动系数 系数 振动特性 (s) 序号 (s) 系数 系数 系数 周期比 系数 T1 2.8836 009 0.91 0 T1 3.5213 0 1 0 塔2Y向平动 T2 28504 0.91 0.09 0 0.654 T2 3.1862 1 0 0 双塔x同向平动 T3 1.8663 0 0 T3 2.8740 0.03 0.97 0 塔1Y向平动 T4 2.7201 0.97 0.03 0 双塔x反向平动 表4SATWE塔2结构动力特性 T5 1.8646 0 0.01 0.99 塔1扭转 周期 周期 x向平动 Y向平动 扭转 扭转 T6 1.7796 0 0 塔2扭转 序号 (s) 系数 系数 系数 周期比 单塔及双塔得到的结果接近（表2~4），第一阶模 T1 3 5187 0 1 0 态塔1、2均为Y向平动，扭转模态为第三阶，扭转周 T2 3.0925 1 0 0 0.507 期与第一阶平动周期之比均小于0.85，结构抗扭性能 T3 1.7840 0 0 较好，有效质量系数大于90%，满足要求. PMSAP计算结果与SATWE基本吻合，此处从略. 第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文2014年 （2）结构位移响应 地震作用下塔1最大层间位移角为1/2941，塔2最大层间位移角为1/2396：风荷载作用下塔1最大层 间位移角为1/2030，塔2最大层间位移角为1/1360：最大位移比为1.23，层间位移角、位移比均满足规范 要求. （3）除裙房顶部刚度突变外，各楼层刚度均匀. （4）基底剪重比、各层受剪承载力比值、轴压比、倾覆力矩比例、刚重比等指标均满足规范要求. 6结构抗震性能综合评价 本工程属高度大底盘双塔楼框架-核心筒A级高层建筑，原设计结构布置较合理，本次加层及改造后 按2001版规范计算，主要计算结果满足规范要求，结构具有良好的抗震性能. 单塔、双塔、SATWE与PMSAP的整体计算结果基本规律一致. 结构除在底盘顶部刚度突变，造成地震剪力及层间位移角突变外，其余位置结构沿竖向刚度基本均匀 变化，无明显突变. 两塔楼间连接板能效协调两塔楼变形. 结构的基础持力层为花岗岩中风化带，承载力较高，加层后基础基本不需加固. 本工程属于《建筑抗震鉴定标准》GB50023-2009中的B类建筑，整体后续使用年限可取为40年，加 固后的构件使用年限为30年. 7加固改造方法 7.1加固改造方法综述 本着根据实际情况，尽量减小应力、应变滞后，尽量发掘原设计中潜力的原则，综合采用了增大截面、 增设桁架、包钢、植筋、粘贴碳纤维等多种方法. 由于项目位于海边，原裙房部分主体施工完毕后一直未封闭，受大气腐蚀较严重，对局部钢筋锈蚀的 柱、剪力墙、梁、楼板上面或底面进行了钢筋除锈、补强，并进行必要的加固，保证其耐久性. 对出现裂 缝的梁、板，在裂缝处涂刷钢筋防锈剂，用结构胶灌缝，并进行必要的结构处理. 对空洞附近已锈蚀的钢 筋先除锈，再涂刷钢筋阻锈剂，灌填混凝土. 及时修补混凝土麻面、孔洞等缺陷. 7.2大堂拔柱结构设计 建筑功能要求在一层大堂拔掉一根柱子，局部楼板开洞，拔柱后上部尚有三层高柱不能落地，拔柱前 后结构局部平面见图7、8. 为此，在二层设两道钢斜撑形成平面桁架结构，原一层顶两跨梁拔柱后合为一 跨，原设计支座处上部受拉变为下部受拉，在柱两侧各外Im范围内梁包钢，被截断的柱、梁纵筋塞焊于 钢板，其余部位设锚栓固定钢板，协调钢板与混凝土梁变形. 拔柱框架立面图及相关详图见图9-15，图中 未注明钢板厚均为10mm，后灌环氧. 柱切断前钢斜撑施工完毕，周边一层顶梁板采取可靠支顶. 采用ETABS 软件进行计算，拔柱处节点长期竖向挠度约28mm，约为拔柱后梁跨度的1/536，满足规范要求，现场施工 非常顺利，拔柱后现场观测竖向变形仅为8mm. ETABS计算的竖向变形及弯矩见图16、17，拔柱后现场 照片见图18.
