某大型公共建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

武松潔

（北京正東國(guó)際建筑工程設(shè)計(jì)有限公司方瑞分公司，北京 10003）

一工程概況。本工程位于原北京內(nèi)燃機(jī)總廠內(nèi)，東臨西大望路，北臨外企國(guó)際公寓，西靠規(guī)劃路，南臨廣渠路,總建筑面積為87254m2。本工程由五棟使用功能不同的建筑物組成的一組建筑群體，分別為A區(qū)酒店式公寓（地上14層，地下3層）；B區(qū)寫字樓（地上22層，地下3層）；C區(qū)商場(chǎng)（地上5層，地下3層）；D區(qū)康體中心（地上2層，地下3層）；E區(qū)地下車庫(kù)（地下3層）。以上五區(qū)建筑物的地下部分連成整體，地上部分由防震縫分開(kāi)，各區(qū)設(shè)沉降后澆帶，地下三層為六級(jí)人防工程。

二結(jié)構(gòu)選型。此工程A區(qū)地上主體高度54.650m;B區(qū)地上主體高度83.050m;C區(qū)地上主體高度24.150m;D區(qū)地上主體高度21.650m；E區(qū)為純地下工程。本工程采用柱距為8.1m的框架剪力墻結(jié)構(gòu)。各區(qū)之間地上設(shè)置防震縫，由下到上每層每區(qū)設(shè)置沉降后澆帶；C、D、E區(qū)雖為框-剪結(jié)構(gòu)，但因剪力墻較少，因此以框架為主要抗側(cè)力構(gòu)件，框架的抗震等級(jí)按框架結(jié)構(gòu)采用。

三結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。本工程地基基礎(chǔ)形式為梁板式筏基。本工程場(chǎng)地地處北京的東部，為永定河沖洪積扇的中下部，場(chǎng)地第四系覆蓋層厚度大于100m。場(chǎng)區(qū)地層屬于粘性土、粉土與砂土、碎石土多次旋回沉積而成。基礎(chǔ)埋深-17.20m，基底座落于⑤層（粉質(zhì)粘土）、⑤1層（重粉質(zhì)粘土）、⑤2層（粉質(zhì)粘土）上，局部座落于④層（中砂、細(xì)砂、圓礫）、④1層（中砂、細(xì)砂、圓礫）上。據(jù)地質(zhì)報(bào)告擬建場(chǎng)地地基持力層為不均勻地基。A區(qū)為不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)體系，B區(qū)如做天然地基承載力不滿足，故此二區(qū)均采用CFG復(fù)合地基（碎石樁）其樁尖持力層為⑦2（細(xì)砂層），且樁尖伸入此層≥500mm，其他區(qū)（C、D、E區(qū)）均采用天然地基。

本工程抗浮設(shè)計(jì)水位-3.00m，水位相對(duì)較高，因此采用相當(dāng)?shù)目垢〈胧┦潜匾摹?/p>

⑴增加埋深，基礎(chǔ)梁高2m，基礎(chǔ)梁比基礎(chǔ)板高出部分填土夯實(shí)（多層部分）。⑵增加多層部分的自重，柱距8.1m，不加次梁，用厚板。⑶E區(qū)地下車庫(kù)頂層頂板上加3m覆土，地下基礎(chǔ)梁與基礎(chǔ)板之間填鐵屑混凝土。本工程各區(qū)地上部分高度差異較大，為了減少基礎(chǔ)的不均勻沉降采取了以下措施：

⑴各區(qū)設(shè)置沉降后澆帶；⑵減少荷載差距：增加多層樓體的荷載，減少高層樓體的荷載；⑶高層樓體基礎(chǔ)采用CFG復(fù)合地基,多層樓體基礎(chǔ)采用天然地基。

2 承重構(gòu)件設(shè)計(jì)。本工程柱距均為8.1m,A、B區(qū)地上柱距中間加次梁，C、D、E區(qū)不加次梁。板厚的設(shè)計(jì)：現(xiàn)澆板厚首先要滿足強(qiáng)度和剛度（撓度）的要求，另外，為方便施工，板厚的種類不宜太多，一般為3～5種。A、B區(qū)加次梁板厚100已滿足計(jì)算要求，但由于考慮管線暗藏，故板厚定為120mm。C、D、E區(qū)按8.1mx8.1m的雙向板確定板厚為180mm,D區(qū)網(wǎng)球館大跨度屋頂采用輕鋼結(jié)構(gòu)。地下室不加次梁，地下一層頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端,同時(shí)考慮施工堆載，地下一層頂板厚度為200mm。地下二層頂板板厚為200mm。地下三層為六級(jí)人防，板厚為300mm。

梁截面的確定：框架梁截面的確定要滿足結(jié)構(gòu)計(jì)算的要求，本工程的主梁高度為600mm，次梁高度為550mm.

框架柱的設(shè)計(jì)：柱的軸壓比、強(qiáng)柱弱梁是設(shè)計(jì)柱的基本原則。對(duì)于高層結(jié)構(gòu)，由于水平力較大，柱的大小影響整體結(jié)構(gòu)的水平位移及周期。對(duì)于高層建筑的矩形框架柱，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，框架柱的截面宜沿建筑物的高度分段縮小，每3～5層變一次截面，每次每側(cè)縮50～100mm,如果有外露柱，為了不影響建筑立面，柱寬一般不變。本工程底層柱A區(qū)為900x900,B區(qū)為1100x1100,C、D、E 區(qū)為 800x800,以上各層分段縮小。

剪力墻截面的設(shè)計(jì)：應(yīng)符合"高規(guī)"中的規(guī)定和計(jì)算的要求；"高規(guī)"中規(guī)定電梯井筒的墻厚可以適當(dāng)變薄，但考慮墻太薄可能會(huì)影響振搗質(zhì)量，因此電梯井筒墻厚取200mm，其余部分的墻厚按3～5層變一次厚度，每次縮小厚度控制在50～100mm，同時(shí)剪力墻應(yīng)避免在設(shè)備層改變截面，以免發(fā)生剛度突變。地下室的外墻厚度主要由計(jì)算來(lái)確定，地下三層的外墻同時(shí)要考慮人防荷載。

混凝土強(qiáng)度的確定：高層建筑的混凝土強(qiáng)度等級(jí)一般最低取C25,現(xiàn)澆樓蓋的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C20、不宜高于C40。從防水及耐久性考慮，屋面的混凝土等級(jí)取C30。現(xiàn)澆框架梁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)，按一級(jí)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，不應(yīng)低于C30且不宜大于C40。因此A、B區(qū)屋頂梁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。混凝土強(qiáng)度等級(jí)的選用對(duì)柱截面影響較大，柱的軸壓比與混凝土的強(qiáng)度等級(jí)成反比，基于以上原因，并為了避免底層柱截面過(guò)大，影響使用空間，高層建筑的底層柱一般選用較高的混凝土強(qiáng)度等級(jí)；高層建筑的豎向構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)與豎向構(gòu)件的截面一樣，沿建筑物高度從高等級(jí)漸變?yōu)榈偷燃?jí)，而混凝土強(qiáng)度等級(jí)的變化應(yīng)于豎向構(gòu)件截面變化錯(cuò)開(kāi)，并不宜在設(shè)備層改變混凝土強(qiáng)度等級(jí)。

鋼筋的選用：《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.2.1條，普通鋼筋宜優(yōu)先選用HRB400級(jí)HRB335級(jí)鋼筋，因本建筑為最高22層的公共建筑，結(jié)構(gòu)體系比較復(fù)雜，因此選用HRB400級(jí)(III級(jí))級(jí)鋼筋（鋼筋直徑d≥16mm），HRB335級(jí)(II級(jí))鋼筋（鋼筋直徑16mm＞d≥12mm），HPB235級(jí)(I級(jí))鋼筋（鋼筋直徑d<12mm）。

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算。本工程采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的"多層及高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析和設(shè)計(jì)軟件"SATWE進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。SATWE對(duì)剪力墻采用的計(jì)算模型是墻元模型。對(duì)剪力墻的洞口的尺寸和位置無(wú)限制，有較好的適用性。

因本工程分五區(qū)，地下連為一體，地上完全分開(kāi)，為了減少調(diào)整模型時(shí)計(jì)算機(jī)反復(fù)計(jì)算的計(jì)算量，加快計(jì)算速度，此工程共建了五個(gè)模型分別計(jì)算。在此僅以A區(qū)為例進(jìn)行分析。

A區(qū)按結(jié)構(gòu)不規(guī)則計(jì)算，考慮結(jié)構(gòu)藕聯(lián)計(jì)算地震力，考慮雙向地震作用，計(jì)算振型15個(gè)。進(jìn)行位移計(jì)算時(shí)對(duì)所有樓板采用剛性樓板假定，并考慮偶然偏心。

A區(qū)結(jié)構(gòu)模型經(jīng)過(guò)試算和調(diào)整，仍有部分連梁超筋。連梁超筋在高層建筑的計(jì)算中很難避免。"高規(guī)"中有三條建議：①減小連梁截面高度；②連梁的彎矩及剪力可以進(jìn)行塑性調(diào)幅；③可以考慮在大震作用下該連梁不參與工作，按獨(dú)立墻肢進(jìn)行第二次多遇地震作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析，墻肢應(yīng)按兩次計(jì)算所得的較大內(nèi)力進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。

本工程在調(diào)整結(jié)構(gòu)模型時(shí)，盡量調(diào)小連梁的截面高度，連梁剛度折減系數(shù)為0.55。但是仍有部分連梁箍筋超筋,此部分連梁按最大配箍率配筋，同時(shí)此連梁兩側(cè)的暗柱加強(qiáng)。

結(jié)論。該工程已在05年11月主體結(jié)構(gòu)封頂，施工期間一直在進(jìn)行沉降觀測(cè)，封頂時(shí)施工單位提供的沉降觀測(cè)結(jié)果表明沉降已趨于穩(wěn)定，沉降后澆帶已在沉降穩(wěn)定后澆筑完成。目前該工程未發(fā)現(xiàn)裂縫，地下室沒(méi)有出現(xiàn)滲漏。此工程的建筑面積較大，滿足的建筑使用功能較多，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)考慮了建筑的不均勻沉降和抗浮問(wèn)題，并嚴(yán)格參照結(jié)構(gòu)規(guī)范，因此建筑竣工后取得了較好的效果。

[1]《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》.GB 50010-2002.

[2]《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》.GB 50011-2001.

[3]《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》.JGJ 3-2002 J 186-2002.

[4]《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》.GB 50038-94.

[5]李國(guó)勝著.《簡(jiǎn)明高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》.

[6]《外企大廈巖土工程勘察報(bào)告》.（由北京市地質(zhì)工程勘察院提供）.