惠州報業傳媒大廈結構設計

程昭波

（廣東省建筑設計研究院，廣東廣州　510620）

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惠州報業傳媒大廈結構設計

程昭波

（廣東省建筑設計研究院，廣東廣州510620）

摘要：以惠州報業傳媒大廈工程為例，介紹了工程的基礎設計方案，著重從主樓、裙樓大跨混凝土樓蓋、裙樓連廊式鋼結構、主樓頂大跨裝飾鋼桁架等方面，闡述了該工程的結構設計方法，有效保證了結構設計的安全性。

關鍵詞：框架結構，基礎設計，混凝土樓蓋，鋼桁架

1　工程概況

惠州報業傳媒大廈位于惠州市江北區西區8號小區，占地面積約為5萬m2，總建筑面積約7. 4萬m2。工程地下2層，地上33層，其中裙樓會議中心、餐飲樓均為4層，建筑總高133 m。主樓平面36. 0 m×32. 6 m，會議中心平面77 m×34 m，結構3層需提供29. 1 m×33. 6 m的無柱大空間且跨越兩層，餐飲樓平面38 m×35. 7 m。餐飲樓與主樓間設抗震縫，會議中心與餐飲樓、主樓通過連廊、頂棚連接。主樓結構體系為鋼筋混凝土框架—核心筒結構，裙樓為鋼筋混凝土框架結構，裙樓連廊和頂棚結構采用鋼結構，主樓屋頂設有17. 4 m高、28. 2 m跨度裝飾構架采用鋼管桁架結構。

2　基礎設計

2.1工程地質情況

本工程場地上部第四系覆蓋土層，下伏基巖為白堊系的沉積巖。土層自上而下分別為：

①人工填土層：松散，層厚0. 4 m～3. 5 m；

②粉質粘土：呈可塑狀態為主，層厚0. 7 m～9. 1 m；

③細砂：飽和，呈松散狀態為主，層厚1. 7 m～3. 8 m；

④粗砂：飽和，呈稍密狀態，層厚1. 7 m～4. 2 m；

⑤淤泥：飽和，呈流塑狀態，高壓縮性土，該層僅在1個鉆孔中有揭露，層厚2. 1 m；

⑥粉質粘土：為泥質粉砂巖風化殘積土，呈硬塑狀態，層厚0. 6 m～7. 0 m；

⑦泥質粉砂巖強風化層：巖芯多呈半巖半土狀～碎塊狀，巖質軟，層厚0. 50 m～11. 90 m；

⑧泥質粉砂巖中風化層：巖芯多呈塊狀～短柱狀，巖芯破碎，厚度0. 5～7. 1，該層巖石屬軟巖，巖體基本質量等級為Ⅴ類；

⑨泥質粉砂巖微風化層：巖芯完整～較完整，厚度0. 8 m～9. 9 m，該層巖石屬硬巖～較硬巖，巖體較完整～完整，巖體基本質量等級為Ⅱ類或Ⅲ類，天然濕度單軸抗壓強度fr= 5. 6 MPa～31. 2 MPa。

2.2基礎選型

項目主樓、會議中心、餐飲樓地下室連成一體，主樓與裙樓間高差大，豎向荷載差大，為較好地避免差異沉降，項目采用大直徑端承樁，并根據結構部位、荷載級別選用泥質粉砂巖強風化層、泥質粉砂巖中風化層、泥質粉砂巖微風化層作為端承持力層，同時地下室主樓周圍設置沉降后澆帶。主樓雙核心筒采用⑨樁、（12）瑏瑢樁承臺，外框架柱、裙樓框架柱采用單樁承臺，傳力直接，經濟性好。主樓樁端以泥質粉砂巖微風化層為持力層，裙樓樁端以泥質粉砂巖強風化層、泥質粉砂巖中風化層為持力層，其中主樓樁身直徑采用1 400 mm，1 600 mm，1 800 mm，2 000 mm，單樁承載力特征值分別為14 500 kN，20 000 kN，24 700 kN，35 600 kN。地下室開挖時，可同時消除人工填土、細砂、中砂、淤泥層，因此大直徑端承樁成孔工藝可采用人工挖孔，該樁型可通過樁端擴大頭充分利用樁端巖層承載力，經濟指標高。

2.3承臺設計

核心筒承臺承受的樁反力大，承臺厚度3. 5 m、平面尺寸達13. 6 m×12 m，同時核心筒范圍內建筑設有電梯，高速電梯井設計深度達3. 5 m，采用普通樁承臺需要整體下降，施工難度大同時極不經濟。本項目核心筒承臺采用分階承臺，使用Midas軟件劃分單元進行應力分析，并根據應力計算結果計算承臺配筋，典型切面應力標準值分布見圖1。

圖1　應力分布圖

可見分階承臺受力不同于普通承臺：支座、跨中的σx均較大，支座受拉區高度為0. 6H，水平跨中受拉區高度為0. 25H，斜底邊跨中均為受壓；σz除斜底邊上半部1/4跨受拉外，其余均為壓應力。

3　結構設計

3.1主樓結構設計

主樓平面呈方形，樓梯、電梯設置于平面中間（詳見圖2）。結構設計利用電梯筒和樓梯間圍閉墻體設置剪力墻，形成26. 7 m× 9. 4 m核心筒體作為主要抗側力構件。

1）18層以上由于（12）瑏瑢軸～（13）瑏瑣軸建筑功能變形，該范圍部分無法設置Y向剪力墻，導致核心筒無法通高設置，經計算發現扭轉效應大。為保證結構對稱性，18層以上⑩軸～（11）瑏瑡軸相應減少部分Y向剪力墻，僅中間保留9. 7 m×9. 4 m完整核心筒作為主要抗側力構件，能有效減少扭轉同時經濟性較好。

2）建筑對外圍立面層凈高要求不高，結構設計通過加大四周框架梁截面來增強結構的整體抗扭剛度的同時還能有效減少應力遲滯效應。

圖2　主樓平面結構圖

3）核心筒與框架柱的豎向壓縮變形不協調易導致樓層框架梁產生較大的附加彎矩。設計通過優化核心筒剪力墻、外圍框架柱截面，能有效控制豎向壓縮變形差。

4）為保證框架梁與剪力墻的可靠連接，當支承框架梁的剪力墻厚度小于500 mm時均加設扶壁柱。

3.2大跨混凝土樓蓋設計

會議中心平面結構3層需提供29. 1 m×33. 6 m的無柱大空間且跨越兩層，建設單位要求大跨度樓蓋不使用鋼結構、預應力混凝土結構。項目按普通混凝土樓蓋設計，經分析計算發現，梁截面較大同時梁端負彎矩大，傳至邊框架柱后，導致柱截面過大。會議中心大空間層高較高，梁截面尺寸自由度大，但平面上建筑功能不允許采用大截面柱。通過在框架柱頂設置減震鋼鉸支座可有效解決以上問題（詳見圖3）。

經復算確定：大跨框架梁截面為650 mm×1 800 mm，邊框架柱截面為700 mm×700 mm，大跨框架梁向相鄰設備層延伸一跨確保大跨樓蓋的整體穩定。大跨框架梁撓度為1/1 194，裂縫為0. 28 mm。裂縫寬度難以滿足規范二a類環境不大于0. 2 mm要求，工程采用環氧樹脂鋼筋的措施解決防腐問題。

3.3主樓頂大跨鋼桁架結構設計

由于建筑造型需要，主樓屋頂設南北側封閉，東西側開放的裝飾構架，構架高17. 4 m、跨度28. 2 m。構架主要豎向荷載支撐點設在天面層（標高133 m）南北側懸挑梁上，為盡量減少構架自重，結構采用鋼管桁架結構。主樓頂風荷載極大，同時由于鞭梢效應，地震力極大，鋼管桁架柱、桁架梁形成的抗側剛度難以抵抗。在不影響建筑立面效果的前提下，工程于136. 52 m設混凝土架空梁層為桁架柱提供側向支承，⑩軸，（11）瑏瑡軸核心筒處轉角剪力墻上升至146. 5 m為Y向鋼桁架梁提供支承（詳見圖4）。使用Midas Gen建立整體模型，并通過分組指定阻尼比振型分解反應譜法計算多遇地震作用。與主樓獨立模型相比自振周期由3.712 s增至3. 733 s；與鋼管桁架結構獨立模型相比，Y向地震作用下中桁架柱弦桿軸向力由10. 3 kN增至30. 4 kN。Midas整體分析模型能充分考慮地震作用時主樓高聳混凝土結構與鋼管桁架構架的相互影響作用。

圖3　減震鋼鉸支座設計示意圖

3.4裙樓連廊式鋼結構設計

工程北側為主樓、餐飲樓，南側為會議中心。餐飲樓與會議室中心在3層，4層處均設有16 m跨鋼連廊；在21. 7 m標高層北側主樓、餐飲樓與南側會議中心均通過20 m跨玻璃鋼雨棚連接。通過整體多塔建模分析，鋼連廊、雨棚鋼梁兩端采用固定支座時，由于地震作用下各幢上部結構地震響應振動不協調，鋼梁會產生很大的軸向拉力，易出現跌落現象。設計通過在鋼梁北側一端設置單向滑動抗震鋼鉸支座，并根據罕遇地震分析結果，雨棚層Y向最大不協調變形差為63 mm。項目將滑動支座滑動量限定為±80 mm。滑動抗震鋼鉸支座能將各塔間各向不協調變形強制導引為Y向滑動釋放，并有效防止跌落。

4　結語

1）根據不同上部荷載選擇不同樁端持力層，核心筒承臺采用分階型，經濟性較佳，分階型承臺應進行有限元分析設計。

2）根據建筑功能變化，合理調整結構布置，能較好地保證結構對稱性，增強抗扭剛度。

3）通過加設柱頂減震鋼鉸支座，大梁細柱的大跨混凝土樓蓋是可行的。

4）樓頂大跨鋼桁架充分巧妙利用核心筒，可解決抗側剛度不足問題。

5）不同塔樓間設置連接結構時，可通過一端設置滑動抗震鋼鉸支座有效解決因地震響應振動不協調導致的破壞。

參考文獻：

［1］JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結構技術規程［S］.

［2］GB 50017—2003，鋼結構設計規范［S］.

［3］徐培福，傅博怡，王翠坤，等.復雜高層建筑結構設計［M］.北京：中國建筑工業出版社，2005.

On structural design for Huizhou Newspaper Media Mansion

Cheng Zhaobo
（Guangdong Architectural Design Institute，Guangzhou 510620，China）

Abstract：Taking Huizhou Newspaper Media Mansion as the example，the paper introduces the foundation d esign scheme of the project，and illustrates its structural design methods from the main building，large-span concrete floor of annex buildings，corridor steel structure of annex building，and large-span decorated steel truss on top of main building，so as to ensure the safety of the structural design.

Key words：framework structure，foundation design，concrete floor，steel truss

中圖分類號：TU318

文獻標識碼：A

文章編號：1009-6825（2016）09-0056-02

收稿日期：2016-01-16

作者簡介：程昭波（1980-），男，工程師