某多功能高層寫字樓結構設計與分析

石博文

（中信建筑設計研究總院有限公司 湖北武漢 430014）

0 引言

自從我國改革開放之后整體經濟水平得到了明顯的發(fā)展，這也為建筑行業(yè)的發(fā)展提供了許多的空間。城鎮(zhèn)化的進程在不斷加快，國家對建筑行業(yè)的投入和重視程度也在不斷提高。隨著商業(yè)活動的日益增多和商業(yè)建筑的高速發(fā)展，高層寫字樓的建設已成為當下的熱點話題[1]。對于建筑結構的設計人員，必須準確掌握建筑本身的設計特征以及結構體系的特殊性，做好設計的安全規(guī)范，為建筑增值。

1 某多功能高層寫字樓介紹

本文以某工程案例為例，該高層寫字樓位處于城市主干道旁，集酒店、辦公、休閑、商務等多功能于一體。該建筑整體面積超過3萬m2，建筑的整體層數19層，上下分別17層、2層，其中涉及到2層局部裙房。整體結構應用框架剪力墻結構，裙房應用鋼筋混凝土框架結構。抗震烈度為Ⅵ度，抗震設防類別為重點設防類，框架、剪力墻的抗震等級為2級，結構設計使用年限為50年，地基基礎的設計等級為甲級。

2 某多功能高層寫字樓結構設計要點分析

針對上述工程，建筑結構的主體應用框架剪力墻結構，其中電梯井以外的所有結構均應用對稱布置的方法。剪力墻的截面300mm，混凝土柱的截面尺寸從下面10層500×500mm、以上450×450mm。

而在裙房方面，標準柱網尺寸為8m×8m，其頂層設置有40m×20m的大會議室，其樓蓋結構的設計方案主要有3種：①設置井字梁樓蓋；②設置成網架形式；③采用預應力型鋼混凝土梁疊合樓蓋。

在結構設計方案比選時，應用井字梁的樓蓋，梁體高度跨度為短邊跨度設置為1400mm。為了滿足會議室的梁下凈高要求，采用該結構形式時，樓層的層高需要在5m以上，這會導致樓層層高過高且大幅度增加成本，存在和建筑整體造型不協調的問題。若采用網架結構，雖然可以大幅降低樓層高度，但是該結構形式冬季保溫能力較差，夏季的陽光會直射進會議室，導致會議室內部溫度過高、光線過亮，嚴重影響其正常使用。對此，裙房屋蓋的設計采用了第三種結構方案，即預應力型鋼混凝土梁疊合樓蓋。混凝土框架梁梁高取跨度的1/20，截面尺寸取為700×1000mm。在澆筑施工過程中需要預留孔洞，保障澆筑施工后可以達到相應張拉強度。張拉預應力筋孔道灌漿時摻入配置3/10000的鋁粉，以確保填充質量，使水泥漿更緊密的填充孔道。當采用該結構設計方案時，不但可以提升樓層的凈高，同時還可以控制樓蓋的綜合造價，符合了建筑的綠色設計理念。

高層框架-剪力墻結構設計時，應盡可能的采用簡單對稱、規(guī)則均勻的結構平面[2]。結構應具有明確的傳力途徑，能有效估計結構在豎向荷載、風荷載及地震作用下的效應及變形。若采用純框架結構體系，結構的整體變形屬于剪切型，其抗側剛度較小，頂部的變形較大而下部的變形較小。而如果在建筑的電梯井處布置剪力墻，并在相應位置增設剪力墻使其變?yōu)榭蚣?剪力墻結構體系時，結構的整體側向剛度將得到很大提升。改善了框架結構及剪力墻結構的抗震性能，更有利于減少地震作用下的非結構構件的破壞[3]。

3 某多功能高層寫字樓結構設計優(yōu)化及構造措施

3.1 樓蓋布置方案比選

在進行樓蓋結構方案布置比選時，通過對結構梁板的含鋼量及混凝土用量的綜合比較發(fā)現，單方向、單次的梁布置設計方案最為經濟且實用。考慮到框架-剪力墻結構的四個角部的受力形式較為復雜，且存在著一定的溫度應力的作用，結構布置時，在樓板的四個角部采用了井字梁的結構形式。

為滿足業(yè)主對于寫字樓內部凈高的要求，在滿足梁的撓度及裂縫的規(guī)范要求的前提下，盡可能的減少梁的高度，尤其是次梁的高度。次梁的兩端適當的考慮了墻體及框架梁對其的約束作用，使其符合實際的受力情況且便于控制撓度。當上部剪力墻的厚度隨建筑高度增加而減薄以后，為滿足框架梁和次梁的錨固要求，在構造上沿剪力墻周邊設置封閉的邊梁，使其滿足最小錨固長度的要求。

3.2 其它構造措施

設計中還采取了其他的構造措施，例如：①增加部分框架外邊梁的截面高度能有效提高結構的整體抗扭能力，使結構的整體質心與剛心的位置盡量接近；②控制框架柱和剪力墻的軸壓比，合理選擇截面，提高框架柱、底層剪力墻的配筋率；③躍層柱按照0.25Qo進行剪力的調整，其余框架柱則按照《高規(guī)》[4]第9.1.11條來調整；④局部樓層的結構樓板存在大開洞，洞口周邊樓板板厚加厚為150mm，配筋率提高至0.25%，且采用樓板雙層雙向拉通鋼筋的加強措施；⑤地下室頂板作為上部結構的嵌固端，滿足其作為嵌固層的剛度比和構造要求。

4 結語

綜上所述，在我國的建設過程中，多功能高層建筑寫字樓的應用范圍相對比較廣泛。而在具體的工程實際中，結構設計人員仍然需要重視高層寫字樓結構的設計工作，按照工程的實際狀況確定結構體系，優(yōu)化結構的傳力路徑，并按照結構設計中可能出現的各種問題進行針對性的調整，保障項目的整體建設效益，降低結構設計方面存在的風險，從而推動建筑行業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。