上海漕河涇北楊人工智能小鎮(zhèn)A-1號(hào)樓結(jié)構(gòu)選型及成本分析

湯 炯（上海漕河涇開發(fā)區(qū)高科技園發(fā)展有限公司，上海 200233）

1 工程概況

上海漕河涇北楊人工智能小鎮(zhèn)位于上海市徐匯區(qū)華涇鎮(zhèn)：東至北楊河，西至規(guī)劃綠帶，南至外環(huán)高速、北楊河，北至華發(fā)路。首期開發(fā)的A區(qū)，由三棟高層和一棟裙房組成，總建筑面積約106000m2，其中A-1樓高100m，總建筑面積約45574m2，是A區(qū)中高度最高的、建筑體型最復(fù)雜的。對(duì)該樓的結(jié)構(gòu)合理選型、規(guī)避抗震超限等問題，是實(shí)現(xiàn)成本控制，保證結(jié)構(gòu)安全可靠的重要途徑。

該工程設(shè)計(jì)基準(zhǔn)周期為50年，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，基本風(fēng)壓取50年一遇為0.55kN/m2，地面粗糙度為B類，建筑體形系數(shù)取1.3。建筑抗震設(shè)防類別為丙類。建筑抗震設(shè)防烈度為7度（0.1g），設(shè)計(jì)地震分組為第二組，場(chǎng)地類別為IV類，特征周期為0.75s，阻尼比為0.05。

2 結(jié)構(gòu)形式及方案比選

2.1 樁基方案比選

根據(jù)《上海市地鐵沿線建筑施工保護(hù)地鐵技術(shù)管理暫行規(guī)定》滬市政法（94）第854號(hào)中相關(guān)規(guī)定：地鐵保護(hù)區(qū)城內(nèi)（車站中心線兩側(cè)各50m）進(jìn)行加載和卸載的建筑施工活動(dòng)，必需慎重地采取可靠的技術(shù)措施對(duì)各種建筑活動(dòng)引起的地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)施的移動(dòng)，控制到允許的限度內(nèi)。由此，申通地鐵對(duì)本工程方案批復(fù)中明確：建筑物基礎(chǔ)，在地鐵安全保護(hù)區(qū)內(nèi)樁基必須采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。A地塊裙房的承壓樁樁徑為?600mm，樁長(zhǎng)27m，樁深達(dá)到穩(wěn)定的⑦-2層，單樁豎向荷載應(yīng)控制在一定的范圍。

根據(jù)《上海市原水引水管渠保護(hù)辦法》：引水管渠保護(hù)范圍為鋼管渠道及其外緣兩側(cè)各8m（后修改為5m）內(nèi)的區(qū)域。引水管渠控制范圍為保護(hù)范圍兩側(cè)各40m內(nèi)的區(qū)域?？刂品秶鷥?nèi)，樁基不得采用實(shí)心擠土樁。

綜上所述，在地鐵車站線50m范圍內(nèi)、在原水管控制線40m范圍內(nèi)的工程樁及圍護(hù)樁必須采用鉆孔灌注樁。如圖1所示，本工程A區(qū)的A-2塔樓、A-3裙房、B1-1塔樓均有部分位于地鐵控制線范圍或原水管控制線范圍內(nèi)，按照同一建筑不應(yīng)采用兩種樁型的原則（防止不均勻沉降），此3棟建筑均應(yīng)采用鉆孔灌注樁。僅A-1整棟塔樓不在地鐵或原水管控制線范圍內(nèi)，可采用擠土樁。

圖1 建筑總圖

對(duì)于A-1樓，對(duì)比擠土樁（PHC管樁）和非擠土樁（鉆孔灌注樁）的單樁承載力及成本對(duì)比如下（按本項(xiàng)目工程地質(zhì)勘報(bào)告的參數(shù)計(jì)算）：

PHC600預(yù)制樁：

總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值Qsk=uΣqsikli=2726.21（kN）

總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值Qpk=qpk(Ap+λp×Ap1)=1322.92（kN）

單樁豎向承載力特征值Ra=Quk/K=（Qsk+Qpk）/K=4049.136/2=2024.568（kN）

600鉆孔灌注樁：

總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值Qsk+Qgsk=uΣqsjklj+uΣβsiqsikli=3467.19（kN）

后注漿總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值Qgpk=βpqpkAp=995.26（kN）單樁豎向承載力特征值Ra=Quk/K=（Qsk+Qgsk+Qgpk）/K=4462.444/2=2231.222（kN）

同為600mm直徑，27m灌注樁的單樁承載力略大于23m管樁，但單樁綜合成本要高得多（灌注樁20436元/根，管樁11113元/根）。根據(jù)單樁承載力，按灌注樁布樁需261根（總價(jià)533.4萬元）；按管樁布樁需284根（總價(jià)315.6萬元）。所以，采用PHC 600管樁經(jīng)濟(jì)性好得多。但同時(shí)，因?yàn)闃痘至訛棰?-2且，且樁位布置較密集，大規(guī)模打樁時(shí)，需注意擠土效應(yīng)，并通過合理布置打樁順序等施工工序、設(shè)置應(yīng)力釋放孔等技術(shù)措施，來保證樁基施工質(zhì)量。

2.2 主體結(jié)構(gòu)方案比選

根據(jù)《滬建建材[2016]601號(hào)上海市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)管理委員會(huì)關(guān)于本市裝配式建筑單體預(yù)制率和裝配率計(jì)算細(xì)則（試行）的通知》：符合條件的新建民用、工業(yè)建筑應(yīng)全部按裝配式建筑要求實(shí)施，建筑單體預(yù)制率不應(yīng)低于40%或單體裝配率不應(yīng)低于60%。

故，對(duì)A-1樓選用3種結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行試算:裝配式混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)（PC結(jié)構(gòu)）、鋼框架-混凝土核心筒結(jié)構(gòu)（混合結(jié)構(gòu)）、鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)（鋼結(jié)構(gòu)）。

經(jīng)試算，PC結(jié)構(gòu)兩個(gè)方向位移角為1/822和1/942（滿足1/800的限制要求）；混合結(jié)構(gòu)兩個(gè)方向位移角為1/838和1/809（滿足1/800的限制要求）；鋼結(jié)構(gòu)兩個(gè)位移角限制為1/396和1/311（滿足1/250的限制要求）。三種結(jié)構(gòu)計(jì)算均可行，下面從預(yù)制率來進(jìn)行比較。

表1 三種結(jié)構(gòu)形式預(yù)制率對(duì)比

從表1可見，PC結(jié)構(gòu)的預(yù)制率不滿足40%的要求，雖然可以通過單元式幕墻等方式來滿足60%裝配率的要求，但一方面限制了外立面、精裝修的形式；另一方面對(duì)比PC結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)，PC結(jié)構(gòu)的劣勢(shì)如下：①技術(shù)難度大（構(gòu)件種類多、連接復(fù)雜、吊裝運(yùn)輸機(jī)械要求高、場(chǎng)地條件限制等）；②產(chǎn)能不足、供貨緊張；③設(shè)計(jì)和施工進(jìn)度較慢；④構(gòu)建截面大、室內(nèi)凈空小、后續(xù)改造打洞適應(yīng)性差；⑤抗震性能差。所以，在公建項(xiàng)目，鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)比較大，本項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)體系在混合結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)之間選擇。

經(jīng)測(cè)算，本項(xiàng)目每平方米綜合結(jié)構(gòu)造價(jià)，混合結(jié)構(gòu)比鋼結(jié)構(gòu)少166.9元。最終選用鋼框架-混凝土核心筒結(jié)構(gòu)。

成本差異主要原因分析如下：對(duì)于超過80m的高層建筑，抗側(cè)剛度的大小是經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的最重要因素。核心筒中增加剪力墻厚度導(dǎo)致抗側(cè)剛度的增加，遠(yuǎn)大于增加鋼柱截面面積帶來的效果。同時(shí)，為了避免超限，底部一層、二層本身的層高較高（首層層高7m、二層層高6m、標(biāo)準(zhǔn)層層高4.5m），側(cè)移剛度k=12EI/h3，剛度與層高的三次方成反比，故層高增加會(huì)引起剛度的急劇降低。

根據(jù)《超限高層建筑工程抗震設(shè)計(jì)指南（第二版）》3.3.1條，同時(shí)具有下述三項(xiàng)或三項(xiàng)以上不規(guī)則情況的高層建筑工程屬于規(guī)則性超限的高層建筑工程：①樓層的最大彈性水平位移平均值的1.2倍（此條為不規(guī)則，最大位移比為1.39）；②樓板的寬度和平面剛度急劇變化，例如，有效樓板寬度小于該層樓板典型寬度的50%，或開洞面積大于該樓層面積的30%（此條為不規(guī)則，二層?xùn)|側(cè)Y向樓板有效寬度為0）；③樓層側(cè)向剛度小于相鄰上層的70%，或小于其相鄰三個(gè)樓層側(cè)向平均值的80%（結(jié)構(gòu)出現(xiàn)軟弱層）。如上所述，本項(xiàng)目首、二、三層存在層高差，下層剛度小于上層剛度，故為避免此條不規(guī)則，必須加強(qiáng)一、二層剪力墻厚度/框架柱截面積，所以采用混合結(jié)構(gòu)的成本更經(jīng)濟(jì)。

3 結(jié)束語

本文對(duì)北楊人工智能小鎮(zhèn)一期項(xiàng)目A-1樓的結(jié)構(gòu)選型、樁基選型分別從技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性，是否符合政府相關(guān)規(guī)定等多方面按進(jìn)行了分析，得出本項(xiàng)目最優(yōu)結(jié)構(gòu)選型為鋼框架-混凝土核心筒結(jié)構(gòu)，最優(yōu)樁基選型為PHC管樁。為同類工程提供相應(yīng)的設(shè)計(jì)參考。