鋼筋混凝土結構設計探討論述

摘要：本文作者結合自己多年經驗對鋼筋混南通四建裝飾工程有限公司凝土設計進行詳細論述，供同行參考與借鑒。

關鍵詞：鋼筋混凝土 結構設計 施工

1、工程概況

某建筑工程為商場辦公為一體的高層建筑，地下兩層為停車庫及設備房，局部為人防地下室，地上建筑由A、B、C三棟高層塔樓及一棟兩層的商業裙樓組成，一、二層為商業用房，三層至頂層為辦公用房。其中C塔樓為19層，總高度58.6m，與兩層裙樓通過伸縮縫相連；A、B塔樓為18層，兩棟塔樓頂部兩層(三層樓板)相連，總高度64.4m，A、B塔樓與兩層裙房間通過鋼結構連廊相連，連廊與塔樓間設置伸縮縫。

由于建筑功能的要求，本工程A、B塔樓采用框架-剪力墻連體結構，底部局部大空間轉換剪力墻結構，轉換層在第3層頂面。由于同時采用了兩種復雜結構，且結構體形較復雜，故本工程按超限高層結構進行了送審。該地區地震設防烈度為6度第一組，設計基本地震加速度值為0.50g，擬建場地為Ⅳ類場地土。結構抗震等級:剪力墻Ⅲ級，框支柱Ⅱ級，框架為Ⅲ級。基礎采用樁基礎。為了滿足建筑功能，結構必須處理好以下幾個問題:

（1）連接體結構方案的選擇；

（2）連接體結構的內力計算和構造處理；

（3）轉換層構件的結構計算和構造處理。

2、結構整體設計及計算結果

2.1結構計算單元的確定

由于本工程主體分為A、B、C三棟高層塔樓及一棟兩層的裙樓，所有塔樓之間由地下室頂板相連，考慮地下室墻體較多，地下室頂板(250~300mm)厚度較厚，整體剛度較大，故將上部結構的計算嵌固點設在±0.000處，計算單元分成三個部分，即C棟和兩層的裙樓各為一個計算單元，A樓和B樓由于上部連體，合為另一個計算單元。連體計算模型如圖1所示。

2.2基礎及地下室設計

本工程采用樁基礎，樁型采用抗拔性能較好的鉆孔灌注樁，樁徑根據上部荷載情況選用φ700和φ800兩種，主樓部分采用φ800的樁，其它部分為φ700的。樁基持力層為8~2層圓礫層，樁進入持力層2.5~6.4m，有效樁長為48.1~56m，單樁豎向承載力特征值結合設計試樁結果和地質報告情況分別確定為3500KN和4100kN。

兩層地下室平面呈“廠”字形，局部為兩層人防地下室，人防等級為6級。地下室東西向最長150m，南北向最長120m，中間不設伸縮縫，超過規范建議的結構伸縮縫最大間距，設計采用縱橫向設置多道后澆帶(后澆帶間距40m左右)等措施減小溫度變化和混凝土收縮對結構的影響。

2.3結構選型及結構布置

由于建筑平面較狹長復雜，因此連體結構兩邊的塔樓采用基本一致的體形、平面和剛度，可以一定程度上減小復雜的耦聯振動。最初的建筑方案在兩塔樓間的平面呈喇叭形，柱距北面小為16.8m，南面大為29.4m。連接體結構擬采用最下一層的鋼骨混凝土梁作為轉換結構來支承整個連接體，這樣試算下來鋼骨混凝土梁的最大斷面達到900×3000，給施工帶來很大的難度。經過安全性、經濟性和可行性的綜合分析比較，最后決定在A14軸和A16軸各增加兩個柱子，使連接體的柱距相同，均為16.8m（見圖2）。

連接體結構與主體結構采用剛性連接，連體部分連接主梁為每層設500×1800混凝土梁，保證連接部分的剛度，將主體結構連接為整體協調受力、變形。由于主梁較高，連接體每層層高為主塔樓兩層的高度，以滿足建筑空間的需要。連體結構因振型豐富，且平動與扭轉振型多耦合在一起因此采用平扭耦聯方法計算結構的扭轉效應，且考慮雙向地震的影響；連體部位復雜，對連體部分采用彈性樓蓋進行計算。

振型分解反應譜法計算結果見表1，

計算結果表明自振周期在合理范圍內，結構扭轉為主的第1自振周期與平動為主的第1自振周期之比為0.85，基本滿足規范要求。地震力作用下的樓層最大層間位移1/1791（Y+5%偶然偏心）和頂點位移1/2048均小于1/800，亦滿足規范要求。

3、抗震加強措施

3.1加強轉換結構的抗震措施

考慮到該工程為復雜高層建筑結構，轉換層為薄弱層，故在抗震構造方面有針對性地采取了如下措施:

（1）框支柱、框支梁、剪力墻底部加強部位的抗震等級提高一級采用；

（2）薄弱層（第三結構層）的地震剪力乘1.15的增大系數；并適當對框支柱的剪力進行調整；

（3）框支柱、框支梁的設計滿足《高規》中關于框支柱、框支粱在抗震設計時的相關規定；

（4）框支梁所在層的樓板厚度加大為180，雙層雙向加強配筋構造。

3.2加強連接體結構的抗震措施

該工程屬于Ⅰ類扭轉不規則（Y+5%偶然偏心地震力作用下連體部分的樓層最大位移1.45），且震害表明地震中連接體本身破壞嚴重，踏落較多，同時使主體結構中與連接體相連的部分結構嚴重破壞，因此在抗震構造方面有針對性地采取了如下措施:

（1）連接體及連接體相鄰的結構構件的抗震等級提高一級；

（2）樓板厚度增大到150mm，加強連接部分的周邊板配筋，雙層雙向貫通布置，并加強邊梁的配筋及構造；

（3）加強連接體最底層構件的配筋；

（4）加強連接體下面兩層的設計，指定其為薄弱層，放大地震力。

4、連接體結構施工階段設計

由于兩塔樓在52m高空相連，如何保證施工的安全成為一個難點。為此施工時需要在48m高處搭建一個鋼結構的臨時施工平臺。由于連接體的梁板自重較大，為了降低鋼平臺的造價及保證施工的安全簡便，施工單位提出了混凝土分階段澆搗的施工方案，即先澆梁，待其混凝土強度達到100%后再澆板，這樣鋼平臺只需承受梁的自重，而板的重量可以由梁來承擔。

為配合上述施工方案，我們對連接體的設計進行了調整，分別按施工順序計算了混凝土澆搗的兩個階段的內力以及下層連接體梁板作為上一層連接體的施工平臺所承受的施工荷載，并按最不利的工況進行配筋設計。計算結果顯示，部分梁的配筋恰恰是由施工階段控制的。

5、結束語

通過上述分析，對于復雜的結構體系，結構的合理布置更重要。對于連體結構，盡量使連體結構各獨立部分的體型、平面和剛度相近，能有效避免連體結構復雜的耦聯振動，同時對此類結構的轉換層及連體部位要采取相應的抗震措施。

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