北京立水橋奧北商務中心結構設計與分析

高之輝 曹 禾

(1．中國城市建設研究院，北京 100120;2．中國建筑設計研究院，北京 100044)

1 工程概況

北京立水橋奧北商務中心位于北京市朝陽區立水橋，為商業辦公樓及配套服務用房，由地下兩層車庫和局部地上2層辦公樓組成。地下2層層高6．4 m，地下1層層高分別為6．45 m(有上部結構處)、3．85 m(無上部結構，有覆土3 m)，地上兩層層高分別為6 m，5．6 m。地下部分結構平面東西向長約160 m，南北向寬約76．5 m，地上部分結構平面東西向長約87 m，南北向寬約31 m。地下2層戰時供人防使用，人防等級為6級。

工程抗震設防烈度為8度，設計地震基本加速度為0．2g，設計地震分組為第一組，建筑場地類別為Ⅲ類，特征周期為0．45 s。風荷載按50年一遇取為0．45 kN/m2。

2 地上結構選型

結構雙方向柱距主要為8 m×8 m。地上房間的使用功能主要為辦公，活荷載不是很大。由于結構高度不大，地震作用不控制，地上結構主要承受豎向荷載作用。為提高結構形式的合理性和經濟性，地上的混凝土框架進行多次優化設計，設計方案如下:

1)經過反復比較，采用兩道與X方向平行的次梁方案，該方案的優點:a．樓板的計算跨度小樓板可以做到很薄，樓板取100 mm厚，樓板配筋量小只需構造配筋即可;b．樓板荷載通過次梁傳至兩側主梁跨度的三分點上而不是像十字形布置次梁那樣次梁集中荷載直接作用在跨中，對減小Y向主梁截面較為有利。

2)由于梁端支座彎矩雖經過調幅后仍大幅大于梁跨中彎矩，實際上主梁支座和跨中所需截面高度并不一致。因此框架Y向主梁支座處采用豎向加腋以減少配筋且大幅提高其承載能力。雖然兩方向主梁所需截面不同，一個方向為400 mm×650 mm(跨中截面，支座處豎向加腋)，另一個方向為250 mm×550 mm，但仍可以滿足本工程建筑凈空的要求，而且有利于設備管線沿Y方向布置。懸挑梁采用楔形變截面梁以減輕自重。

這樣就使得整體結構混凝土和鋼筋用量減至極低，且承載能力并不降低。

截面布置見圖1。

圖1 地上結構截面布置圖

3 地下室結構選型

地下室梁板體系的選型與地上部分梁板體系的選型不同。地下室由于局部存在鍋爐房夾層、機械停車、設備管線都需要一定的空間高度，而鄰近建筑物又不允許地下室埋置深度加深，建筑層高受限，這樣采用與地上結構相同的梁板體系勢必導致建筑凈空不足。為此基礎底板、地下2層頂板、地下1層頂板局部(有覆土且行駛消防車處)均采用無梁樓蓋。

地下室柱網大部分為8 m×8 m跨，基礎底板計算厚度為650 mm(地面行駛消防車處)和550 mm兩種。地下室底板采用上柱帽，柱帽水平尺寸取2．7 m×2．7 m計算，柱帽厚度為600 mm(地面行駛消防車處)和450 mm。基礎底板采用上柱帽與采用下柱帽相比有以下優點:

1)達到相同的抗沖切效果所需的混凝土材料較少。2)基礎底板底面為一平面，防水做法簡單，施工方便。3)如采用下柱帽，則筏板的下筋貫穿柱帽截面高度的中上部，支座負彎矩主要靠柱帽底部的附加筋來承擔，筏板下部貫通筋利用效率低。4)上柱帽之間填土可以增加結構自重，抵消部分水浮力。

基礎底板模板見圖2。

圖2 基礎底板模板平面圖

整個建筑物外形極為不規則，給無梁樓蓋的設計計算增加了難度。經反復調整計算，地下室2層頂板計算厚度取為450 mm和550 mm(地下1層設置消防水池處)兩種，水平尺寸與基礎底板相同，柱帽厚為300 mm和500 mm(地下1層設置消防水池處)。地下1層頂板上有3 m深覆土并且地面行駛消防車處，頂板為無梁樓蓋結構，樓蓋計算厚度為600 mm，柱帽高450 mm;其余頂板為梁板式結構。

地下室擋土外墻受水壓力和土壓力雙重作用，計算需要的厚度較大，為了節省造價且受力更合理，擋土外墻采用楔形截面，從下往上逐漸變薄。擋墻剖面如圖3所示。

圖3 擋墻剖面圖

基礎埋深較深，底板底標高－14．700，而抗浮水位又比較高，只低于自然地面3 m(室內外高差0．3 m)，建筑物整體自重較輕，故主要采用基礎底板下滿布抗拔樁來達到整體結構抵抗水浮力的目標。

具體實施如下:

1)結構整體采用中國建筑科學研究院PKPM軟件計算。PM導算結構總重量G恒=275 768 kN，結構底面積A=5 675 m2，上部結構傳至基底的面荷載Q1=48．6 kN/m2;基礎底板+柱帽覆土傳至基底的面荷載Q2=43．15 kN/m2;總的基底面荷載設計值Q=(Q1+Q2)×0．9=82．6 kN/m2。抗浮水位水浮力設計值 Q水=108．56 kN/m2。抗拔樁需要抵抗的水浮力ΔQ=30 kN/m2。抗拔樁抵抗上拔力主要依靠樁與樁周圍土的摩擦力，為了更好地利用這一點，應取小直徑鉆孔灌注樁，樁間距取1．5 m較合適，算得單樁承載力特征值F=70 kN。樁直徑的取值也是經過一番比較和優化得出的，總的說來，小直徑樁單位材料所達成的抗拔力效率高，而直徑太小容易造成斷樁，直徑太大利用率又降低，故取樁直徑D=400 mm。依據JGJ 94-2008建筑樁基技術規范計算得樁長L=5．1 m，構造配筋即可。這樣，因為樁長和樁直徑均較小，最終達成受力充分合理和減少造價的目的，受到建設單位的一致好評。

2)擋土外墻受到的土壓力和水壓力都較大，地下2層擋墻沿高度受到的水平矩形線荷載最大達140 kN/m，水平三角形線荷載達126 kN/m;地下1層擋墻沿高度受到的水平矩形線荷載最大達54 kN/m，水平三角形線荷載達103 kN/m，這樣就需要墻厚達600 mm。為了使受力達到最優化，擋墻截面選用楔形截面，從下往上逐漸變薄，最厚處600 mm，最薄處300 mm，考慮了彎矩包絡圖的形狀。

［1］GB 50011-2010，建筑抗震設計規范［S］．

［2］GB 50010-2010，混凝土結構設計規范［S］．

［3］JGJ 94-2008，建筑樁基技術規范［S］．