某商業(yè)綜合體結(jié)構(gòu)選型及概念設(shè)計

何立萍

(中國建筑西南設(shè)計研究院有限公司，四川成都 610042)

1 工程概況

本商業(yè)綜合體地上建筑面積為7.78萬m2，設(shè)兩層地下室，地上四層裙房及塔樓，塔樓地面以上高度為99.15 m，小于100 m，為A級高度的高層建筑。裙房平面尺寸為143.1 m×94.4 m，塔樓平面尺寸為55.6 m×35.45 m，偏置于裙房南側(cè)。

2 結(jié)構(gòu)體系的確定

2.1 塔樓結(jié)構(gòu)體系的確定

塔樓平面尺寸為55.6 m ×35.45 m，高度為99.15 m ＞80 m，高寬比為2.8略小于3，根據(jù)建筑平面的布置要求，剪力墻只能設(shè)置于平面中心，初步確定塔樓的結(jié)構(gòu)體系為框筒結(jié)構(gòu)，再根據(jù)塔樓的平面為矩形，且長短邊長之比較大，結(jié)合建筑布置，最終定下塔樓的結(jié)構(gòu)體系為框筒結(jié)構(gòu)中的雙筒結(jié)構(gòu)。塔樓標準層豎向構(gòu)件平面布置見圖1。

圖1 塔樓標準層豎向構(gòu)件平面布置

2.2 裙房結(jié)構(gòu)體系的確定

裙房屋面高度為21.25 m，有較大范圍屋面頂標高為26.35 m但不與塔樓相連，裙房總高大于24 m，為高層建筑，裙房平面尺寸為143.1 m×94.4 m，與塔樓相差較大，且塔樓偏置于裙房一側(cè)，故考慮采取措施盡可能減小裙房對塔樓的影響。結(jié)合建筑布置，將裙房定為框剪結(jié)構(gòu)，并調(diào)整剪力墻的布置使其基本滿足墻間距的要求，通過計算復(fù)核及局部調(diào)整，確定裙房結(jié)構(gòu)部分在不考慮塔樓筒體剛度的情況下，其位移角、位移比以及周期比等計算參數(shù)也可以滿足規(guī)范的要求并盡量接近塔樓的參數(shù)，達到了盡可能減小裙房對塔樓的不利影響的設(shè)計目的。裙房與塔樓參數(shù)的比較見表1，裙房豎向構(gòu)件平面布置見圖2。

表1 裙房與塔樓參數(shù)的比較

圖2 裙房豎向構(gòu)件平面布置

3 梁板布置的確定

3.1 塔樓梁板布置的確定

1)梁布置:塔樓標準層平面較規(guī)則，且筒體結(jié)構(gòu)體系對于塔樓的高度及高寬比而言偏安全，故平面主要采用了雙次梁布置，但由于塔樓平面左上角及右上角開間較大且角部本身即存在應(yīng)力集中的情況，左上角及右上角開間采用井字梁布置以加強，此外根據(jù)建筑要求，柱網(wǎng)內(nèi)梁高限制為600，綜合考慮結(jié)構(gòu)梁撓度的問題及經(jīng)濟性問題，采取的措施主要包括大跨度梁外挑及盡量減少小梁，最終確定了塔樓標準層的梁布置，詳見圖3。

2)板布置:為加強框架柱與筒體的連接，標準層板厚取120，并加層平面角部板配筋及筒體內(nèi)、筒體之間板配筋?？紤]到裙房屋面以上主體平面發(fā)生突變，裙房屋面以上第一層板厚取150 mm，配筋為雙層雙向10@150，根據(jù)計算局部附加鋼筋;第二層板厚120 mm，配筋雙層雙向8@150，根據(jù)計算局部附加鋼筋，并要求進行彈性板計算復(fù)核。

圖3 塔樓標準層結(jié)構(gòu)平面布置

3.2 裙房梁板布置的確定

1)梁布置:一層至屋面層裙房平面布置皆有較大差異，但都存在開間長寬比較大、懸挑較多、大跨度梁較多的問題，結(jié)合實際情況并考慮工程經(jīng)濟性的目的，梁平面布置同塔樓一樣主要采用了雙次梁布置，一層室外地下室頂板主要采用井字梁布置。2)板布置:裙房一層為地下室頂板，盡管本工程嵌固端設(shè)為基礎(chǔ)，地下室頂板在傳遞地震力時仍有一定作用，而且尺寸超長，考慮其將承受較大的溫度應(yīng)力，取一層板厚為180 mm，板配筋為雙層雙向10@150，根據(jù)計算局部附加鋼筋;裙房其他層平面尺寸均超長，故均考慮適當加強，二、三層取120 mm厚，板配筋為雙層雙向8@150，根據(jù)計算局部附加鋼筋;四層為裙房屋面下一層，應(yīng)同時考慮裙房屋面以上突變的影響，取130 mm厚，板配筋為雙層雙向8@150，根據(jù)計算局部附加鋼筋;裙房屋面層除以上問題外，還存在開洞面積大的問題，故板厚取150 mm厚，板配筋為雙層雙向10@100，根據(jù)計算局部附加鋼筋。二層～四層洞邊狹長板帶鋼筋適當放大，且裙房各層樓板最后均應(yīng)考慮溫度應(yīng)力后做彈性板分析復(fù)核。

4 結(jié)構(gòu)超限情況

4.1 結(jié)構(gòu)超限情況判斷

本工程存在塔樓偏置的情況，經(jīng)計算，單塔與大底盤的質(zhì)心偏心距為底盤相應(yīng)邊長的30%，大于20%，屬于超限的高層建筑工程。

4.2 根據(jù)結(jié)構(gòu)概念確定的應(yīng)對措施

1)控制框架柱的軸壓比:在建筑允許的情況下，控制框架柱軸壓比使其比規(guī)范限制再小0.1左右，對于跨層柱，還應(yīng)進一步增大柱截面，標準開間柱截面不小于700×700。2)增大裙房剪力墻墻厚:剪力墻作為抗震設(shè)計的第一道防線，有著很重要的意義，而由于建筑功能的需要，裙房中剪力墻數(shù)量偏少，故增大裙房剪力墻墻厚以達到增強結(jié)構(gòu)安全性的目的，大部分剪力墻厚取為400及以上。

5 特殊構(gòu)件的初步設(shè)計及分析

5.1 轉(zhuǎn)換梁

由于建筑功能在豎向的多次變換，導致部分框架柱不能落到基礎(chǔ)上，需要通過轉(zhuǎn)換以達到設(shè)計目的。轉(zhuǎn)換梁主要分布在負一層、一層及四層:負一層及一層轉(zhuǎn)換梁跨度小，多為標準跨度8.4 m，梁上柱所傳遞荷載較大;四層轉(zhuǎn)換梁梁上柱所傳遞荷載均較小，跨度大部分偏大，為14 m～15 m。各轉(zhuǎn)換梁均應(yīng)考慮豎向地震作用進行設(shè)計?？紤]經(jīng)濟性及施工的操作性難度，轉(zhuǎn)換梁的初步設(shè)計思路為:盡可能采用普通的混凝土梁，在普通的混凝土梁滿足不了空間使用要求或結(jié)構(gòu)承載力設(shè)計要求時，采用型鋼混凝土梁或預(yù)應(yīng)力梁，考慮到梁上柱的施工，排除采用預(yù)應(yīng)力梁，三根大跨度轉(zhuǎn)換梁中，有兩根梁的梁上柱距一側(cè)轉(zhuǎn)換柱距離較近，約為2 m～3 m，可以考慮轉(zhuǎn)換梁僅一段采用鋼骨梁。

5.2 大跨度梁

本工程存在較多大跨度梁，集中存在與裙房屋面26.35 m及23.45 m標高處，其他各層也有分布。大跨度梁的初步設(shè)計思路為:在滿足撓度要求的前提下，盡可能采用普通混凝土梁，可采取加高梁高、加密次梁等措施，普通混凝土梁滿足不了要求時，可采用型鋼混凝土梁或預(yù)應(yīng)力梁，經(jīng)經(jīng)濟性分析，并考慮施工難度，決定采用預(yù)應(yīng)力梁?？紤]到樓面荷載并不大，跨度20 m及以下的梁均采用普通混凝土梁，跨度大于20 m的梁采用預(yù)應(yīng)力梁?？缍仍?8 m及以上的梁均應(yīng)考慮豎向地震作用進行設(shè)計。

5.3 大懸挑梁

本工程裙房各層均存在大量大懸挑梁，塔樓標準層左下角及右下角也存在5 m左右的大懸挑梁。裙房的大懸挑梁主要分布在中庭邊緣以及平面外緣，后者承重大于前者，考慮到減輕梁自重，盡量采用變截面梁，中庭邊緣的大懸挑梁梁端高度采用500 mm，平面外緣的大懸挑梁梁端高度采用600 mm。大懸挑梁盡可能采用普通混凝土梁，以增大梁高及增多外挑梁段的方式控制撓度。其中有幾處特別的懸挑梁，跨度約為7 m～8 m，且梁段落有扶梯，荷載較大，對梁的剛度要求也較高，因中庭的使用空間要求，梁高也有限制，故這幾根梁決定采用預(yù)應(yīng)力混凝土梁?？缍? m及以上的懸挑梁均應(yīng)考慮豎向地震作用進行設(shè)計。

6 結(jié)語

6.1 基本計算前概念分析意義

根據(jù)本工程的建筑資料初步分析，可得出本工程豎向剛度不連續(xù)、存在塔樓偏置等結(jié)論，根據(jù)概念進行初步的豎向構(gòu)件布置之后，可以發(fā)現(xiàn)本工程部分豎向構(gòu)件不連續(xù)、存在大量大懸挑梁以及大跨度梁，接著進行梁板的初步布置，最后將根據(jù)概念分析得出的初步結(jié)構(gòu)布置導入模型計算，大部分概念設(shè)計得到了肯定，大大減小了調(diào)試模型的工作量。

6.2 概念設(shè)計對抗震設(shè)計的意義

由于本工程屬于超限高層建筑工程，最后還做了彈塑性計算并進行性能化分析，得出的結(jié)論與概念設(shè)計時的結(jié)論相近，由此觀之，正確的概念設(shè)計分析對得出有效抗震的合理結(jié)構(gòu)方案有重大意義。

［1］傅學怡.實用高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計［M］.第2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

［2］李國勝.多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中疑難問題的處理及算例［M］.第2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.