合肥市某公司研發(fā)中心辦公樓結(jié)構(gòu)設計及難點分析

郝成義 （安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230031）

1 工程概況

某公司擬建研發(fā)中心辦公樓位于合肥市包河區(qū)北京路與牯牛降路交叉口東南角，總用地面積17214m2，地上由一棟十五層高層辦公樓（建筑高度58.2m）、七層高層裙房（建筑高度30.9m）和五層低層裙房（建筑高度23.1m）組成，項目總建筑面積4.92 萬m2，地下建筑面積1.33 萬m2，地上建筑面積3.59 萬m2，建筑效果圖和總體平面圖見圖1、圖2 所示。

圖1 科研中心辦公樓效果圖

圖2 建筑總平面圖

2 結(jié)構(gòu)設計

2.1 結(jié)構(gòu)設計基本技術(shù)參數(shù)

本工程抗震設防類別為標準設防類，結(jié)構(gòu)的設計使用年限50 年，工程結(jié)構(gòu)安全等級二級；基本風壓：W0=0.35kN/m2（重現(xiàn)期50 年），地面粗糙度為B 類，基本雪壓：S1=0.60kN/m2（重現(xiàn)期50 年）；地震作用：抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.10g，設計地震分組為第一組，多遇地震作用下水平地震影響系數(shù)最大值amax=0.080[1]。

2.2 結(jié)構(gòu)概況及選型

該工程上部結(jié)構(gòu)考慮建筑功能、抗震要求以及結(jié)構(gòu)體系，設置兩道抗震縫，將其分成三個結(jié)構(gòu)單體。最北側(cè)為一棟十五層辦公樓，結(jié)構(gòu)體系采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震等級框架二級[2]，剪力墻二級；與之相鄰為長度74m 的七層裙房，屬于高層建筑，局部底下三層架空設置通道，結(jié)構(gòu)體系采用框架結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)抗震等級二級，局部架空連廊部位框架提高為一級；最后一棟單體為五層裙房，多層框架，三層局部抽柱子設有多功能廳，結(jié)構(gòu)體系采用框架結(jié)構(gòu)，抗震等級三級。結(jié)構(gòu)設計通過合理設置抗震縫，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)體系可以將結(jié)構(gòu)分成幾個結(jié)構(gòu)單體，每個單體有不同的結(jié)構(gòu)體系和抗震等級，根據(jù)規(guī)范可以采取不同抗震措施和抗震計算，有利于后續(xù)結(jié)構(gòu)設計，并且造價經(jīng)濟合理。

2.3 基礎設計

根據(jù)安徽省城建設計研究總院股份有限公司提供的《百川名品供應鏈股份有限公司辦公樓科研信息化研發(fā)項目巖土工程勘察報告》指出，場地地貌形態(tài)為江淮丘陵，微地貌單元為南淝河一級階地與二級階地過渡帶，擬建場地總體起伏較大，主要土層有2 層雜填土、層粉質(zhì)粘土、3 層粘土和層風化殘積土。根據(jù)報告建議以及相鄰地段工程基礎經(jīng)驗，擬建工程基礎采用預應力混凝土管樁，以層粘土為持力層，管樁直徑選用PHC-AB500(125)（設計豎向抗壓承載力特征值1400kN）和PHC-AB600(130)（設計豎向抗壓承載力特征值3200kN）。柱墻下采用群樁+承臺基礎設計方案，部分承臺大樣見圖4 所示。承臺筏板之間設基礎梁，基礎梁尺寸400×800，底板厚度400mm，考慮水浮力作用，由于地下室底板結(jié)構(gòu)標高-6.700，抗浮設計水位取設計室外地坪下1.0m，純地下室以及部分裙房樁基需要考慮抗拔力，設計抗拔力400kN，相應構(gòu)造措施應滿足圖集中抗拔樁要求。

圖4 兩樁、三樁承臺大樣

2.4 結(jié)構(gòu)平面布置

本工程結(jié)構(gòu)層高變化較大，底部一層建筑高度5.4m，由于地下室頂板降低800mm，導致底部一層結(jié)構(gòu)高度有6.15m，二、三層建筑層高4.8m，結(jié)構(gòu)高度4.8m，以上各層3.9m。 機房層3.75m。考慮結(jié)構(gòu)剛度比要求及規(guī)范軸壓比要求，框架柱主要采用800x800、700x700、600x600 等截面尺寸，利用電梯及樓梯間布置剪力墻，剪力墻厚度300mm；框 架 梁 采 用 300x800、300x600、250x700、250x600 等截面尺寸，架空通道頂處梁采用型鋼混凝土梁500x900，內(nèi) 置 型 鋼600x250x18x25，Q345材質(zhì)，多功能廳頂部梁采用普通混凝土梁截面尺寸450x1200，樓蓋采用梁板結(jié)構(gòu)形式，一般板厚100mm、120mm等，通道頂以及機房板厚150mm。結(jié)構(gòu)四層的結(jié)構(gòu)平面（架空通道頂）布置見圖3所示。

圖3 四層結(jié)構(gòu)平面布置圖

墻柱混凝土等級主要有C60～C30，梁板混凝土等級主要有C35、C30。主體結(jié)構(gòu)混凝土強度等級具體見表1。

主體結(jié)構(gòu)混凝土強度等級 表1

2.5 結(jié)構(gòu)計算分析

本工程使用中國建筑科學研究院PKPMCAD 工程部編制的結(jié)構(gòu)分析程序《多層及高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設計軟件SATWE》（V5.2 版）進行結(jié)構(gòu)分析。地震作用和風荷載按兩個主軸方向進行計算，地震作用計算采用振型分解反應譜法，計入雙向地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響。經(jīng)過結(jié)構(gòu)計算分析，各單體結(jié)構(gòu)計算指標均滿足規(guī)范要求，表2為七層裙房結(jié)構(gòu)計算指標，質(zhì)量比小于1.5，強剛下最小剛度比X 向及Y 向均大于1.0，最小受剪承載力X 向及Y 向比值均大于0.8，結(jié)構(gòu)自振周期扭平比小于0.9，x向y向剪重比均大于1.6%，最大位移比及層間位移比均小于1.4，最大層間位移角（強剛）均小于1/550。各項參數(shù)均滿足設計與規(guī)范要求，其余單體不再贅述。

七層裙房結(jié)構(gòu)計算指標 表2

3 結(jié)構(gòu)設計難點

3.1 地下室結(jié)構(gòu)設計

本工程由于場地標高問題，整個地下室頂板標高由西至東按2%坡度降低，總體降了約1.7m，地下室底板結(jié)構(gòu)標高大約在-6.700 m，導致整個地下室各處高度不等，并且地下室西側(cè)有一部分區(qū)域考慮設置三層機械停車庫，局部底板需要下挖2.0m，底板標高為-8.700m。導致地下室開挖較深，基坑支護難度加大，地下室外墻各處高度不等，局部外墻高度較高，例如機械車庫附近，單層地下室外墻擋土墻高度為7.3m，外墻結(jié)構(gòu)設計難度較大。設計時考慮外墻高度不同、側(cè)向土壓力不同，選用500mm、400mm、300mm 三種厚度外墻，且根據(jù)不同位置采取不同配筋，外墻配筋按受力要求，采用分離配筋形式，即通長鋼筋加附加鋼筋，降低造價，三種外墻大樣見圖5 所示。外墻結(jié)構(gòu)設計，在滿足建設方的使用需求的前提下降低了造價，保證了結(jié)構(gòu)安全。

圖5 外墻大樣

同時地下室東南局部為人防工程，人防地下室設計由于前述原因，其高度在不同區(qū)域高度也不同，設計難度加大，在上部結(jié)構(gòu)區(qū)域，人防地下室高度有5.9m，對人防各個構(gòu)件計算均有很大影響，部分臨空墻、隔墻配筋較大，特別是人防門框墻門邊柱、上擋梁設計[3]，且由于地下室頂板整體找坡2%，各處人防門門框墻上部尺寸均不同，對施工放樣精度有較高要求。

3.2 通道處結(jié)構(gòu)設計

如前述結(jié)構(gòu)概況，七層高層裙房單體底層局部三層架空形成通道，通道寬度為兩跨，軸線跨度15.9m。上部四層連接成一體，結(jié)構(gòu)設計按整體結(jié)構(gòu)考慮，采用剛性連接，結(jié)構(gòu)模型見圖6所示。

圖6 七層裙房結(jié)構(gòu)模型側(cè)視圖

方案確定時首先取消了通道上部中間跨設梁抬柱，避免轉(zhuǎn)換，在專家評審時，認為該通道上部不屬于連體結(jié)構(gòu)，不是復雜高層，因為“連體結(jié)構(gòu)各獨立部分宜有相同或相近的體型、平面布置和剛度”[4]，但通道兩端、頂部框架抗震等級提高，通道頂部（四層）框架梁采用型鋼混凝土梁500x900x18x600x250x25，樓板厚度采用150mm，配筋雙層雙向，框架柱仍采用普通混凝土柱，型鋼混凝土梁內(nèi)型鋼伸入兩端普通混凝土梁各4m，解決型鋼錨固問題。型鋼混凝土梁節(jié)點大樣見圖7 所示。其中要注意的地方是柱縱筋貫通，穿型鋼翼緣板開孔按04SG523圖集第22頁、26頁施工[5]。

圖7 四層SRC梁柱節(jié)點詳圖

3.3 其他結(jié)構(gòu)設計難點

除了上述兩個關鍵設計難點外，還有由建筑層高變化導致的剛度比不滿足規(guī)范要求，通過調(diào)整框柱、梁截面尺寸來調(diào)整上下層剛度，滿足規(guī)范剛度比要求，經(jīng)過各種調(diào)整試算，剛度比調(diào)整后滿足規(guī)范要求，剛度比均大于1.0，周期比小于0.9 以及抗剪承載力比值大于0.8，其余層間位移角以及位移比均滿足規(guī)范要求，具體見表2。

其次“上部樓層收進后的水平尺寸不宜小于下部樓層水平尺寸的75%”[6]，高層裙房上部收進兩跨近16.8m，經(jīng)計算滿足規(guī)范收進25%以內(nèi)的要求。

4 結(jié)論

通過該研發(fā)中心辦公樓結(jié)構(gòu)設計以及難點的分析介紹，可以得到以下結(jié)論：

①該工程平面較復雜，合理設置抗震縫，將結(jié)構(gòu)分為幾個結(jié)構(gòu)單體，能夠簡化結(jié)構(gòu)設計，提高設計合理性；

②地下室由于場地標高問題，地下室頂板按2%由西向東找坡解決建筑場地標高的問題，地下室由于頂板放坡以及設置三層機械車庫原因，導致地下室各個位置層高不同，地下室外墻計算需按不同高度進行分類設計，以免引起設計安全問題；

③七層裙房由于底部三層架空設置通道，經(jīng)過專家論證綜合分析，認為不是連體結(jié)構(gòu)，但構(gòu)造措施相應加強；

④對于此類較為復雜的公共建筑，要避免不必要的結(jié)構(gòu)不規(guī)則項，避免需要進行超限審查。