河北中烟工业公司“四中心”项目结构设计

摘　要　本文详细阐述了河北中烟工业公司“四中心”建设项目工程结构设计，包括地基基础设计、结构设计、主楼框架－核心筒结构体系的设计、计算分析以及工程中新材料、新技术应用。

关键词　地基基础设计；结构设计；框架－核心筒

1　工程概况

河北中烟工业公司“四中心”建设项目位于河北白沙烟草有限责任公司石家庄卷烟厂旧厂，北靠中山西路，西邻维明南大街。工程总建筑面积约7.58万m2，其中地上建筑面积约6.08万m2，地下建筑面积约1.5万m2。主楼A座、B座和裙房C座、D座地下相连。A座、B座地上22层地下2层，总高度为93.500m，结构体系为框架－核心筒结构；C座、D座地上4层地下2层，总高度为19.900m，结构体系为框架结构；车库地下2层，结构体系为框架结构。首层建筑平面见图1。大厦为集办公、商业、餐饮、会议等为一体的综合楼，地下两层为设备用房及汽车库，首层为门厅、办公、大堂、展厅、商业，2～4层为商业、餐厅、办公，5～22层为会议、办公、技术用房。建筑效果图见图2。

图1 首层建筑平面图

图2 建筑效果图

本工程于2010年3月完成施工图设计并开工建设，现已竣工。

2　地基基础设计

2.1　工程地质概况

石家庄市地处太行山东麓，场地位于滹沱河冲洪积扇上部。根据地勘报告，勘探深度范围内，主要由冲洪积的黄土状粉质黏土、黄土状粉土、中砂、中粗砂、粉质黏土、卵石等组成。自上而下分述如表1。

表1 土层分布及岩性特征

勘察深度52.000m范围内未见地下水，可不考虑地基土的地震液化问题；场地稳定性评价的结论为本场地处于相对稳定的地带；地基均匀性评价的结论为地基为不均匀地基。

2.2　地基基础设计

本工程由A座、B座、C座、D座及外围地下室组成，A座、B座筏板底标高为－11.600m，C座、D座独立基础底标高为－10.500m。由于各部分之间层数、重量差异较大，将导致建筑产生不均匀沉降。如何减少不均匀沉降对基础底板及上部结构的不利影响，既能够满足地基的承载力和建筑物容许变形要求，并具有较好的经济性，是地基基础设计的关键。

结合当地工程的设计经验，经过技术、经济、施工周期和施工难度等方面的深入比较，采用复合地基方案。为减少主楼与群楼间的基础差异沉降，采取如下措施：第一，提高A座、B座部分的复合地基压缩模量和处理深度，处理后复合地基承载力特征值fspk≥430kPa，Es≥40MPa，地基处理深度应进入第7层中粗砂层；第二，C座、D座采用较低的复合地基压缩模量和处理深度，处理后复合地基承载力特征值fspk≥320kPa，Es≥30MPa，地基处理深度应进入第7层中粗砂层；第三，在主楼与裙楼相连接处设置沉降后浇带，通过沉降观测实测数据和沉降趋势确定后浇带浇灌时间；第四，C座、D座独立基础间设拉梁，协调变形；第五，在施工图设计阶段采取“抗”的方法，对后浇带浇注后主楼与裙房沉降差产生的内力进行计算，提高结构设计的抵抗能力。

A座、B座计算最大沉降量为45mm，C座、D座独立柱基为32mm，无沉降突变。

实际沉降依据截至2011年3月已基本竣工的沉降观测资料显示，A座、B座基本沉降趋于稳定，观测点的沉降速率为0.013～0.008mm／d，均在沉降速率稳定性指标范围内。A座平均沉降量为20.550mm，B座平均沉降量为19.580mm，最大沉降量为24.590mm，最小沉降量为17.250mm，满足基础倾斜容许值0.2%的要求。C座平均沉降量为12.900mm，D座平均沉降量为12.480mm。

3　结构设计

3.1　结构设计基本概况

本工程结构设计基准期为50年，设计使用年限为50年，建筑安全等级为二级，建筑抗震设防类别为丙类，地基基础设计等级为甲级。

基本风压值：A座、B座0.40kN／m2，C座、D座0.35kN／m2，地面粗糙度为C类。

楼面主要活荷载标准值：办公室、会议室2.0kN／m2；走廊、餐厅2.0kN／m2；商业、大堂3.5kN／m2；开敞式办公3.0kN／m2；厨房4.0kN／m2；档案12.0kN／m2；设备机房、电梯机房7.0kN／m2；地下车库（单向板）4.0kN／m2。

3.2　结构体系

根据建筑功能和建筑立面要求，A座、B座和C座、D座间地上设缝。图3、图4分别为A座、B座标准层结构布置平面图和首层结构平面布置图。

A座、B座采用现浇钢筋混凝土框架－核心筒结构体系，属A级高度钢筋混凝土高层建筑。楼盖体系为现浇梁板结构。钢筋混凝土核心筒作为主要抗侧力结构体系，外围框架作为抗震第二道防线，形成双重抗侧力结构体系。核心筒为矩形，平面尺寸为26m×7.8m，核心筒短轴方向宽度为7.8m，其高宽比92.85／7.8＝11.9，满足《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3中内筒高宽比不宜大于12的要求。

A座、B座竖向构件上下连续贯通，A座在2层有局部挑空，但开洞面积为本层面积的15%（不大于相应楼层面积的30%，小于楼面宽度的一半）且有效楼板宽度为17.300m（不小于5m），楼板连续无错层，平面基本规则。

C座、D座采用现浇钢筋混凝土框架结构体系。

图3 A座、B座标准层结构布置平面图

图4 首层结构布置平面图

3.3　主要构件断面

A座、B座主要抗侧力结构构件是核心筒，承担主要的水平荷载，核心筒外墙厚度，自下至上厚度变阶两次分别为400mm，300mm；筒体内墙厚度为300mm，200mm。框架柱截面分段为1100mm×1100mm，1000mm×1000mm，850mm×850mm，700mm×700mm。现浇混凝土核心筒墙体、框架柱的强度等级由C50沿竖向分两次变化至C30，与构件截面变化相协调，使结构竖向刚度均匀、连续无突变。

C座框架柱截面分段为700mm×700mm，600mm×600mm。

D座框架柱截面分段为800mm×800mm，700mm×700mm。

3.4　结构计算分析

本工程计算程序采用“高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE（墙元模型）”进行结构分析，计算采用扭转耦联振型分解法，并考虑双向地震作用和P－Δ效应，结构嵌固在首层楼板。表2为A座考虑扭转耦联时的振动周期（s），X及Y方向的平动系数、扭转系数。表3为A座按弹性方法计算的风荷载或多遇地震标准值作用下的楼层层间最大水平位移与层高之比。

结构设计地震力振型组合数取27个，表2列出前T1～T6。第一振型为X向平动，第二振型为Y向平动，第三振型为扭转，结果显示框架－双核心筒体系具有较好的抗侧刚度。

通过计算，X及Y方向楼层侧移刚度与上一层侧移刚度70%的比值或上三层平均侧移刚度80%的比值中之较小者Ratx1，Raty1均大于1.0，楼层抗剪承载力本层与上一层之比均大于0.90。结构侧移刚度沿竖向规则。

表2 A座考虑扭转耦联时的振动周期

表3 A座考虑扭转耦联时的位移、剪重比

4　结构措施及新技术应用

墙柱混凝土强度采用C50，并在设计中错开墙柱的断面和混凝土强度改变的楼层，以避免刚度突变。

主入口由外部广场沿大台阶进入二层的对外服务大厅，首层局部降板1.000m，造成局部错层，错层的框架柱、剪力墙抗震等级提高一级。活荷较大房间，楼板厚度采用120mm，设拉通钢筋。

D座顶层为多功能会议厅，跨度23.350m×23.000m，采用钢梁、型钢混凝土柱，有效满足建筑功能和使用层高的要求。