合肥市某公司研發(fā)中心辦公樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及難點(diǎn)分析

郝成義 （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230031）

1 工程概況

某公司擬建研發(fā)中心辦公樓位于合肥市包河區(qū)北京路與牯牛降路交叉口東南角，總用地面積17214m2，地上由一棟十五層高層辦公樓（建筑高度58.2m）、七層高層裙房（建筑高度30.9m）和五層低層裙房（建筑高度23.1m）組成，項(xiàng)目總建筑面積4.92 萬m2，地下建筑面積1.33 萬m2，地上建筑面積3.59 萬m2，建筑效果圖和總體平面圖見圖1、圖2 所示。

圖1 科研中心辦公樓效果圖

圖2 建筑總平面圖

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本技術(shù)參數(shù)

本工程抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限50 年，工程結(jié)構(gòu)安全等級二級；基本風(fēng)壓：W0=0.35kN/m2（重現(xiàn)期50 年），地面粗糙度為B 類，基本雪壓：S1=0.60kN/m2（重現(xiàn)期50 年）；地震作用：抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，多遇地震作用下水平地震影響系數(shù)最大值amax=0.080[1]。

2.2 結(jié)構(gòu)概況及選型

該工程上部結(jié)構(gòu)考慮建筑功能、抗震要求以及結(jié)構(gòu)體系，設(shè)置兩道抗震縫，將其分成三個(gè)結(jié)構(gòu)單體。最北側(cè)為一棟十五層辦公樓，結(jié)構(gòu)體系采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震等級框架二級[2]，剪力墻二級；與之相鄰為長度74m 的七層裙房，屬于高層建筑，局部底下三層架空設(shè)置通道，結(jié)構(gòu)體系采用框架結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)抗震等級二級，局部架空連廊部位框架提高為一級；最后一棟單體為五層裙房，多層框架，三層局部抽柱子設(shè)有多功能廳，結(jié)構(gòu)體系采用框架結(jié)構(gòu)，抗震等級三級。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通過合理設(shè)置抗震縫，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)體系可以將結(jié)構(gòu)分成幾個(gè)結(jié)構(gòu)單體，每個(gè)單體有不同的結(jié)構(gòu)體系和抗震等級，根據(jù)規(guī)范可以采取不同抗震措施和抗震計(jì)算，有利于后續(xù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且造價(jià)經(jīng)濟(jì)合理。

2.3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

根據(jù)安徽省城建設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司提供的《百川名品供應(yīng)鏈股份有限公司辦公樓科研信息化研發(fā)項(xiàng)目巖土工程勘察報(bào)告》指出，場地地貌形態(tài)為江淮丘陵，微地貌單元為南淝河一級階地與二級階地過渡帶，擬建場地總體起伏較大，主要土層有2 層雜填土、層粉質(zhì)粘土、3 層粘土和層風(fēng)化殘積土。根據(jù)報(bào)告建議以及相鄰地段工程基礎(chǔ)經(jīng)驗(yàn)，擬建工程基礎(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，以層粘土為持力層，管樁直徑選用PHC-AB500(125)（設(shè)計(jì)豎向抗壓承載力特征值1400kN）和PHC-AB600(130)（設(shè)計(jì)豎向抗壓承載力特征值3200kN）。柱墻下采用群樁+承臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案，部分承臺(tái)大樣見圖4 所示。承臺(tái)筏板之間設(shè)基礎(chǔ)梁，基礎(chǔ)梁尺寸400×800，底板厚度400mm，考慮水浮力作用，由于地下室底板結(jié)構(gòu)標(biāo)高-6.700，抗浮設(shè)計(jì)水位取設(shè)計(jì)室外地坪下1.0m，純地下室以及部分裙房樁基需要考慮抗拔力，設(shè)計(jì)抗拔力400kN，相應(yīng)構(gòu)造措施應(yīng)滿足圖集中抗拔樁要求。

圖4 兩樁、三樁承臺(tái)大樣

2.4 結(jié)構(gòu)平面布置

本工程結(jié)構(gòu)層高變化較大，底部一層建筑高度5.4m，由于地下室頂板降低800mm，導(dǎo)致底部一層結(jié)構(gòu)高度有6.15m，二、三層建筑層高4.8m，結(jié)構(gòu)高度4.8m，以上各層3.9m。 機(jī)房層3.75m?？紤]結(jié)構(gòu)剛度比要求及規(guī)范軸壓比要求，框架柱主要采用800x800、700x700、600x600 等截面尺寸，利用電梯及樓梯間布置剪力墻，剪力墻厚度300mm；框 架 梁 采 用 300x800、300x600、250x700、250x600 等截面尺寸，架空通道頂處梁采用型鋼混凝土梁500x900，內(nèi) 置 型 鋼600x250x18x25，Q345材質(zhì)，多功能廳頂部梁采用普通混凝土梁截面尺寸450x1200，樓蓋采用梁板結(jié)構(gòu)形式，一般板厚100mm、120mm等，通道頂以及機(jī)房板厚150mm。結(jié)構(gòu)四層的結(jié)構(gòu)平面（架空通道頂）布置見圖3所示。

圖3 四層結(jié)構(gòu)平面布置圖

墻柱混凝土等級主要有C60～C30，梁板混凝土等級主要有C35、C30。主體結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級具體見表1。

主體結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級 表1

2.5 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

本工程使用中國建筑科學(xué)研究院PKPMCAD 工程部編制的結(jié)構(gòu)分析程序《多層及高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計(jì)軟件SATWE》（V5.2 版）進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。地震作用和風(fēng)荷載按兩個(gè)主軸方向進(jìn)行計(jì)算，地震作用計(jì)算采用振型分解反應(yīng)譜法，計(jì)入雙向地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響。經(jīng)過結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，各單體結(jié)構(gòu)計(jì)算指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，表2為七層裙房結(jié)構(gòu)計(jì)算指標(biāo)，質(zhì)量比小于1.5，強(qiáng)剛下最小剛度比X 向及Y 向均大于1.0，最小受剪承載力X 向及Y 向比值均大于0.8，結(jié)構(gòu)自振周期扭平比小于0.9，x向y向剪重比均大于1.6%，最大位移比及層間位移比均小于1.4，最大層間位移角（強(qiáng)剛）均小于1/550。各項(xiàng)參數(shù)均滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范要求，其余單體不再贅述。

七層裙房結(jié)構(gòu)計(jì)算指標(biāo) 表2

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)

3.1 地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本工程由于場地標(biāo)高問題，整個(gè)地下室頂板標(biāo)高由西至東按2%坡度降低，總體降了約1.7m，地下室底板結(jié)構(gòu)標(biāo)高大約在-6.700 m，導(dǎo)致整個(gè)地下室各處高度不等，并且地下室西側(cè)有一部分區(qū)域考慮設(shè)置三層機(jī)械停車庫，局部底板需要下挖2.0m，底板標(biāo)高為-8.700m。導(dǎo)致地下室開挖較深，基坑支護(hù)難度加大，地下室外墻各處高度不等，局部外墻高度較高，例如機(jī)械車庫附近，單層地下室外墻擋土墻高度為7.3m，外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度較大。設(shè)計(jì)時(shí)考慮外墻高度不同、側(cè)向土壓力不同，選用500mm、400mm、300mm 三種厚度外墻，且根據(jù)不同位置采取不同配筋，外墻配筋按受力要求，采用分離配筋形式，即通長鋼筋加附加鋼筋，降低造價(jià)，三種外墻大樣見圖5 所示。外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在滿足建設(shè)方的使用需求的前提下降低了造價(jià)，保證了結(jié)構(gòu)安全。

圖5 外墻大樣

同時(shí)地下室東南局部為人防工程，人防地下室設(shè)計(jì)由于前述原因，其高度在不同區(qū)域高度也不同，設(shè)計(jì)難度加大，在上部結(jié)構(gòu)區(qū)域，人防地下室高度有5.9m，對人防各個(gè)構(gòu)件計(jì)算均有很大影響，部分臨空墻、隔墻配筋較大，特別是人防門框墻門邊柱、上擋梁設(shè)計(jì)[3]，且由于地下室頂板整體找坡2%，各處人防門門框墻上部尺寸均不同，對施工放樣精度有較高要求。

3.2 通道處結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如前述結(jié)構(gòu)概況，七層高層裙房單體底層局部三層架空形成通道，通道寬度為兩跨，軸線跨度15.9m。上部四層連接成一體，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按整體結(jié)構(gòu)考慮，采用剛性連接，結(jié)構(gòu)模型見圖6所示。

圖6 七層裙房結(jié)構(gòu)模型側(cè)視圖

方案確定時(shí)首先取消了通道上部中間跨設(shè)梁抬柱，避免轉(zhuǎn)換，在專家評審時(shí)，認(rèn)為該通道上部不屬于連體結(jié)構(gòu)，不是復(fù)雜高層，因?yàn)椤斑B體結(jié)構(gòu)各獨(dú)立部分宜有相同或相近的體型、平面布置和剛度”[4]，但通道兩端、頂部框架抗震等級提高，通道頂部（四層）框架梁采用型鋼混凝土梁500x900x18x600x250x25，樓板厚度采用150mm，配筋雙層雙向，框架柱仍采用普通混凝土柱，型鋼混凝土梁內(nèi)型鋼伸入兩端普通混凝土梁各4m，解決型鋼錨固問題。型鋼混凝土梁節(jié)點(diǎn)大樣見圖7 所示。其中要注意的地方是柱縱筋貫通，穿型鋼翼緣板開孔按04SG523圖集第22頁、26頁施工[5]。

圖7 四層SRC梁柱節(jié)點(diǎn)詳圖

3.3 其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)

除了上述兩個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)難點(diǎn)外，還有由建筑層高變化導(dǎo)致的剛度比不滿足規(guī)范要求，通過調(diào)整框柱、梁截面尺寸來調(diào)整上下層剛度，滿足規(guī)范剛度比要求，經(jīng)過各種調(diào)整試算，剛度比調(diào)整后滿足規(guī)范要求，剛度比均大于1.0，周期比小于0.9 以及抗剪承載力比值大于0.8，其余層間位移角以及位移比均滿足規(guī)范要求，具體見表2。

其次“上部樓層收進(jìn)后的水平尺寸不宜小于下部樓層水平尺寸的75%”[6]，高層裙房上部收進(jìn)兩跨近16.8m，經(jīng)計(jì)算滿足規(guī)范收進(jìn)25%以內(nèi)的要求。

4 結(jié)論

通過該研發(fā)中心辦公樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及難點(diǎn)的分析介紹，可以得到以下結(jié)論：

①該工程平面較復(fù)雜，合理設(shè)置抗震縫，將結(jié)構(gòu)分為幾個(gè)結(jié)構(gòu)單體，能夠簡化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)合理性；

②地下室由于場地標(biāo)高問題，地下室頂板按2%由西向東找坡解決建筑場地標(biāo)高的問題，地下室由于頂板放坡以及設(shè)置三層機(jī)械車庫原因，導(dǎo)致地下室各個(gè)位置層高不同，地下室外墻計(jì)算需按不同高度進(jìn)行分類設(shè)計(jì)，以免引起設(shè)計(jì)安全問題；

③七層裙房由于底部三層架空設(shè)置通道，經(jīng)過專家論證綜合分析，認(rèn)為不是連體結(jié)構(gòu)，但構(gòu)造措施相應(yīng)加強(qiáng)；

④對于此類較為復(fù)雜的公共建筑，要避免不必要的結(jié)構(gòu)不規(guī)則項(xiàng)，避免需要進(jìn)行超限審查。