论某高层综合办公楼的结构设计

[关键词] 不规则建筑 抗震设计 扭转 转换层 

　　一 工程概况 

　　某高层综合办公楼西面为7m规划支路，南面为26m规划路。拟建建筑物地下3层，地上26层，总建筑面积63251m2；其中地下室建筑面积13273m2。地下室层高4.00m、3.60m，首层层高4.00m，标准层层高3.80m，建筑物总高度为98.80m。主体结构采用框架—剪力墙结构，楼面为钢筋砼梁板体系。 

　　二 基础及地下室设计 

　　根据本工程的岩土工程勘察报告，工程地质情况自上而下为：人工填土、粉质粘土、淤泥、粉质粘土（可塑）粉质粘土（硬塑）强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩、微风化泥质粉砂岩。地下水埋深介于0.80—1.16m之间，对混凝土结构不具腐蚀性。场地属中软土场地，场地类别Ⅱ类，属抗震不利地段。地基基础设计等级为乙级。 

　　本工程主楼采用钻孔灌注桩（墩）基础，桩（墩）直径φ1200—φ2400，桩混凝土强度等级C30。桩（墩）基础持力层选用微风化泥质砂岩，桩（墩）端进入持力层不少于600mm，桩长约为3.0～7.0m。 

　　地下室底板采用乎板式结构，板厚1000mm；地下室侧壁厚度450～350mm；地下室顶板室外露天部份板厚200mm，其余部份板厚180mm，主梁主要截面400×1000mm、500×1000mm，次梁主要截面300×700mm，250×700mm。地下室混凝土抗渗等级S12。 

　　三层地下室部份由于荷载较轻，若地下室底板已位于强或中风化泥质砂岩上，可以采用天然地基上的独立基础形式，另加抗浮措施：通过在地下室底板设置φ150抗拔锚杆，锚杆进人中风化泥质砂岩3m。使地下室抗浮稳定性安全系数大于1.05。 

　　三 主体结构设计 

　　本建筑物采用钢筋混凝土框架—剪力墙结构体系，由于建筑物平面狭长，y向扭转效应严重，因此在结构布置上，经过多次调整，利用建筑物角部梯间设置剪力墙，并加大角柱截面及端部y向框架梁截面，增加结构抗扭刚度。为减少结构刚度的不对称性，使结构刚心和质心尽量靠近，适当加厚①～②轴梯间剪力墙厚度，降低结构的扭转效应。 

　　结构采用中国建筑科学研究院PKPM建筑工程软件《多高层空间有限元分析SATWE》进行计算分析，然后用中国建筑科学研究院《特殊多高层建筑结构分析程序PMSAP》对主要计算结果进行校核。 

　　（1）本工程计算时考虑了扭转耦连作用。 

　　（2）建筑物局部楼层平面凹进尺寸大于相应投影方向总尺寸的50%，因此在程序计算中分别按刚性楼板和弹性膜楼板进行计算，考虑了楼板变形对抗侧力结构的影响。 

　　（3）根据《高层建筑混凝土结构技术规程》规定，本工程刚度分布明显不对称，所以计算了双向水平地震作用下和单向地震加偶然偏心作用下的扭转影响。两者取较大值。 

　　（4）根据《高层建筑混凝土结构技术规程》规定，本工程采用弹性时程分析法对结构进行多遇地震下的补充计算，选用两条实际地震波和一条人工波的加速度时程曲线，地震波持续时间大于12秒，时间间隔0.01s，输入地震加速度35cm/s2。 

　　Satwe和Pmsap两种分析软件的力学模型均是用杆单元模拟梁、柱，壳单元模拟剪力墙，因此均能反映结构构件实际受力情况，两者计算结果也较为相似。 

　　（1）根据SATWE结果显示，本工程满足《高层建筑混凝土结构技术规程》规定各项位移及刚度要求。 

　　（8）根据PMSAP计算结果，各层平面楼板弹性拉应力一般小于0.4MPa，局部应力集中处拉应力最大值为0.5MPa，该最大值小于混凝土抗拉强度；地震作用下，各层平面楼板弹性剪应力一般小于0.4MPa，局部应力集中处剪应力最大值为0.90MPa。可见所采用楼板厚度满足要求。 

　　（9）实施《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—2002）补充规定： 

　　①本工程部分楼层平面凹进尺寸大于相应投影方向总尺寸的50%，属于楼板局部不连续，平面不规则。 

　　②本工程有两条上部结构柱通过转换梁转换到下部结构，属于竖向抗侧力构件I类不连续，竖向不规则。 

　　③本工程部分楼层的扭转位移比大于1.2，但所有楼层的扭转位移比均小于1.35，属于I类扭转不规则。 

　　④综上所述，本工程属于不规则结构，但不属于特别不规则结构，不属于超限高层建筑范围内。 

　　四 设计的一些特殊处理 

　　针对前面所述工程特点，采取如下措施： 

　　1.超长混凝土结构处理 

　　本工程建筑物横向长度已超过规范规定设置伸缩缝的限值，因此通过控制混凝土配合比，减少水泥用量和用水量，掺加粉煤灰和合适的外加剂，降低砼水化热，适当增加楼板配筋率，防止温度应力使混凝土产生开裂。除上述措施外，在结构平面部位分别设置两条加强带减少混凝土的干缩带来的影响。 

　　2.结构平面不规则处理措施 

　　本工程结构平面楼板开洞或平面凹进较大，因此在计算中引入弹性板假定，用有限元计算程序计算楼板正应力和剪应力，在应力集中部位采取加厚楼板，提高配筋率，洞口边缘设置边梁等措施予以加强。 

　　3.转换梁处理措施 

　　由于建筑功能上的要求，⑦～⑧X （C）轴的两条框架柱不能直接落地而影响地下室车道的使用，利用地下一层层高较大的条件设置转换梁直接将上部柱转换至下部结构上。对于本工程地下一层所设置的转换梁，通过加宽梁截面，满足粱的受剪截面承载力要求确保转换 

　　梁砼产生脆性破坏。 

　　为满足建筑使用功能，局部柱子采用C60高强混凝土，既减小柱截面又能满足轴压比限值要求。 

　　五 设计体会 

　　当前，高层建筑设计中的超限问题越来越多，为保证建筑造型和功能两方面的要求，结构设计对梁柱截面、楼板厚度、剪力墙布置、材料、局部位置的加强等进行了多次调整。最终确定了本文所分析的满足规范要求的结构方案。