新會某復雜商住樓結(jié)構(gòu)選型及分析

摘 要：文章以新會某復雜商住樓作為工程實例。該商住樓存在高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及預應力無梁樓蓋結(jié)構(gòu)，分析其結(jié)構(gòu)選型的特點、設置原則，為相關類似工程設計提供參考。

關鍵詞：高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)；預應力無梁樓蓋結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)選型；設置原則

隨著社會的進步、經(jīng)濟的發(fā)展，人們對生活質(zhì)量和物質(zhì)的需求也日益增長。原來那些使用功能單一，外觀守舊的建筑物已滿足不了現(xiàn)代人的需求。取而代之的是具有綜合使用功能，外形美觀創(chuàng)新的建筑，更得到人們的青睞。科學技術(shù)的日新月異，建筑科技也隨之得到了飛躍的發(fā)展。全國各地的高層建筑拔地而起，日益增多。現(xiàn)代的高層建筑根據(jù)人們的需求，都朝著綜合服務多功能和復雜體型的方向發(fā)展。這方面對于工程師們來說，是時代賦予我們的一個不可避免的挑戰(zhàn)，我們必須克服它。針對多功能和復雜體型的建筑，工程師必須要選取合適的結(jié)構(gòu)選型，以達到建設費用經(jīng)濟和結(jié)構(gòu)安全耐用的要求。

1 工程概況

本工程位于江門市新會區(qū)會城街道岡州大道中8號（XH2011-10號地塊），規(guī)劃用地面積7926平方米，興建15層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)商住樓一棟，地下為兩層地下室（占地面積5800平方米）。該工程總建筑面積26657.37平方米，建筑高度主體部分限高50米，地上15層，地下2層，其中地上3層為商業(yè)部分，其余12層住宅部分，塔樓負一層為商業(yè)部分，負二層為車庫。工程設計初期方案選定，塔樓部分結(jié)構(gòu)形式為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，地下車庫部分結(jié)構(gòu)體系為框架結(jié)構(gòu)，江門市新會區(qū)抗震設防烈度為7度，建筑設計使用年限為50年。

2 設計階段

2.1 結(jié)構(gòu)選型

根據(jù)規(guī)劃部門的要求，該地塊建筑地上主體部分限高50米，地下室只允許從室外地坪下挖6米。針對這些限制條件，投資方出于自身利益最大化的角度提出了一系列經(jīng)濟指標，其中主要要求塔樓負一層作為地下商場，負二層作為樓上住戶配套的停車庫，塔樓地上三層作為商鋪、酒樓食肆或者寫字樓，其余四至十五層為住宅。我們結(jié)合規(guī)劃部門的要求，投資方的經(jīng)濟指標和現(xiàn)時市場上購房者、商戶的需求決定，將首層室內(nèi)地坪±0.000提高到相對室外地面標高0.8米處，住宅原來的層高3米調(diào)整到2.95米，負二層地下車庫的層高壓縮成2.8米，以騰出更多的空間給商業(yè)部分；商業(yè)部分負一層層高4米，首層層高5米，二層層高4.2米，三層層高4.6米。

負二層地下車庫層高2.8米，若要做有梁樓蓋，再加上梁底下的各種管線，車庫所需要的凈空高度明顯是不夠的，故決定負一層樓板采用無梁樓蓋。同理，商業(yè)部分為了迎合市場的需求，增大其凈空高度，故首層、二層、三層樓板亦決定采用無梁樓蓋。四層以上為住宅，故四層是轉(zhuǎn)換層，五層至十五層為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。

圖1 五層至十五層結(jié)構(gòu)平面圖

圖2 四層結(jié)構(gòu)平面圖

圖3 三層結(jié)構(gòu)平面圖

2.2 預應力無梁樓蓋結(jié)構(gòu)

無梁樓蓋結(jié)構(gòu)因為沒有設梁，板面荷載直接傳給柱，具有結(jié)構(gòu)簡單、傳力路徑簡捷，凈空利用率高，造型美觀，便于布置管線和施工的優(yōu)點。但普通無梁樓蓋結(jié)構(gòu)若要滿足樓板撓度和抗裂驗算的要求，其厚度會比較大，使結(jié)構(gòu)質(zhì)量增大，且無梁樓蓋結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)之間缺乏梁的連接，故結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)剛度較弱，對結(jié)構(gòu)的抗震能力非常不利。采用預應力無梁樓蓋結(jié)構(gòu)能夠減少樓板的厚度，從而減輕結(jié)構(gòu)的重量，壓底層高，且可根據(jù)建筑的使用功能和使用荷載來設定預應力的大小，既能很好的控制裂縫，又可避免樓板出現(xiàn)過大的反拱?？紤]到施工方便和工期的要求，故該工程采用無粘結(jié)預應力混凝土無梁樓蓋結(jié)構(gòu)。

經(jīng)計算，樓板厚度為250mm，混凝土強度等級為C40，預應力張拉時要求混凝土強度達到設計強度的80%。預應力筋公稱直徑15.2mm，極限強度標準值為1860MPa，低松弛鋼絞線；fptk=1860N/mm2，fpy=1320N/mm2，張拉控制應力σcon取鋼絞線強度標準值的75%，即1395MPa。預應力損失主要來自于張拉端錨具變形導致預應力鋼筋內(nèi)縮引起的預應力損失和預應力鋼筋與孔道壁摩擦引起的預應力損失。預應力損失估算σ1=0.25σcon，即每根預應力筋的有效預應力為σ0=0.75σcon=0.75×1395=1046N/mm2，取1000N/mm2。張拉端采用夾片式錨具，固定端采用擠壓錨具。用PKPM系列之SLABCAD的復雜樓板有限元程序計算板在恒載和活載作用下的彎距，然后進行抗裂、承載力以及施工階段驗算。根據(jù)計算，為防止樓板受柱沖切破壞，必須設置柱帽。無梁樓蓋結(jié)構(gòu)因柱間缺乏框架梁的連接，受力變形時，柱間內(nèi)力不能很好相互傳遞，導致結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)剛度較弱，層間位移相對較大，需要在柱間設置暗梁，并且在樓板邊緣設置一圈梁，以提高結(jié)構(gòu)的整體性。在施工階段，未施加任何樓面荷載，僅有樓板自重的情況下，樓板可能會由于反拱過大導致開裂，必須進行施工階段板的裂縫驗算，配置適當?shù)钠胀ㄤ摻睢?/p>

2.3 高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)

高層建筑轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)一般分為梁式轉(zhuǎn)換、桁架式轉(zhuǎn)換、箱型轉(zhuǎn)換和厚板轉(zhuǎn)換四種。本工程轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)宜采用梁式轉(zhuǎn)換，梁式轉(zhuǎn)換傳力路徑明確，施工相對簡單，管線設置方便，在實際工程中應用最為廣泛。轉(zhuǎn)換梁應直接支承上部豎向構(gòu)件，盡量避免二次轉(zhuǎn)換。上部豎向構(gòu)件應盡量布置在轉(zhuǎn)換梁的支座附近，避免布置在梁跨中，以免轉(zhuǎn)換梁跨中彎矩過大，增加梁的截面，導致凈空高度減少。

本工程轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)設置在三層。轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)在地面以上3層及3層以上均屬高位轉(zhuǎn)換。高位轉(zhuǎn)換層在行業(yè)規(guī)范中比低位轉(zhuǎn)換層提出了更高的要求。在《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（JGJ3-2010）的附錄E中，當轉(zhuǎn)換層設置在1、2層時，轉(zhuǎn)換層與其相鄰上層結(jié)構(gòu)的等效剪切剛度比γe，在非抗震設計時不應小于0.4，抗震設計時不應小于0.5；當轉(zhuǎn)換層設置在第2層以上時，轉(zhuǎn)換層與其相鄰上層結(jié)構(gòu)的等效剪切剛度比γe在非抗震設計時不應小于0.5，在抗震設計時γe大幅提高到不應小于0.8，且要求轉(zhuǎn)換層與其相鄰上層的側(cè)向剛度比不應小于0.6。編制規(guī)范的單位和專家們對高層轉(zhuǎn)換層提出如此苛刻的要求，是因為轉(zhuǎn)換層與相鄰層的結(jié)構(gòu)形式不同，容易造成結(jié)構(gòu)的整體剛度在轉(zhuǎn)換層上下形成突變，這樣對結(jié)構(gòu)的整體抗震能力極為不利。轉(zhuǎn)換層位置的提高，由于下部大空間的要求，下部幾層層高相對較大，而且結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件較多不連續(xù)，轉(zhuǎn)換層下部落地剪力墻較少，容易造成轉(zhuǎn)換層上部較剛，下部較柔的情況，對結(jié)構(gòu)抗震不利，下部側(cè)向位移偏大。

對結(jié)構(gòu)的剛度和側(cè)移的控制，是設計的重點和難點。不能為了轉(zhuǎn)換層上下剛度不發(fā)生突變，而去削減轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)的剛度，這樣結(jié)構(gòu)的側(cè)移將會偏大。為提高轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，必須加大部分能落地的豎向構(gòu)件的截面尺寸，例如電梯間和樓梯間的剪力墻的截面可以加大，減少框支柱承受的剪力。另外加大剪力墻連梁的尺寸，從而增大連梁的剛度，能減少結(jié)構(gòu)的整體側(cè)移，但效果不是很大。

轉(zhuǎn)換層以下，落地剪力墻的剛度一般會遠遠大于框支柱的剛度，導致落地剪力墻幾乎承受了全部的地震剪力，而框支柱所承受的剪力非常少。但實際上，當?shù)卣鸢l(fā)生時，轉(zhuǎn)換層樓面可能會發(fā)生顯著的內(nèi)面變形，且落地剪力墻出現(xiàn)裂縫以后，其剛度會減少，從而導致框支柱的剪力增加。因此根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（JGJ3-2010）第10.2.17條，高位轉(zhuǎn)換層框支柱設計時，每根柱承受的剪力至少應取結(jié)構(gòu)基底剪力的3%，而且每層框支柱承受的總剪力至少應取結(jié)構(gòu)基地剪力30%。

3 結(jié)語

文章通過新會某復雜商住樓作為工程實例，對其結(jié)構(gòu)選型進行分析，得出以下結(jié)論：

（1）預應力無梁樓蓋結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、傳力路徑簡捷，凈空利用率高，造型美觀，便于布置管線和施工的優(yōu)點。在建筑限高、地下室限挖的條件下，能夠突顯其降低層高，增大凈空的優(yōu)點。既能夠減少樓板的厚度，減輕結(jié)構(gòu)重量，節(jié)省材料，又能很好的控制裂縫，是一種既安全又經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)形式。

（2）含高位轉(zhuǎn)換層的建筑在進行結(jié)構(gòu)設計時，對結(jié)構(gòu)的剛度和側(cè)移的控制，是設計的重點和難點。高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)在設計中應特別注意其對結(jié)構(gòu)剛度突變的影響。在行業(yè)規(guī)范中，高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的剛度突變要求比低位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的要嚴格得多。

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作者簡介：張健榮（1985- ），男，廣東江門人，碩士，江門市新會區(qū)會城鎮(zhèn)勘測有限公司，國家注冊土木工程師（巖土），研究方向：預應力混凝土。