石家庄中山华府＃商务楼结构设计

摘　要　本文详细阐述了石家庄市中山华府1＃商务楼工程结构设计，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、计算分析以及结构措施。

关键词　框架－核心筒；连梁；剪力墙平面外对梁端嵌固作用

1　工程概况

石家庄市中山华府1＃商务楼工程位于石家庄市中山路与大经街西南交口，东至大经街，北临中山路，西南为电报局街，西侧与该工程相邻的是拟建的3层商业中心及2栋单身公寓。建筑面积3.755万m2，地上27层，地下3层，室内外高差0.15m，建筑高度97.750m。地下3层平时为汽车库，战时为五级人员掩蔽，地下2层为车库，地下1层、地上1～3层为商业，4～7层为快捷酒店，8～17层为办公，但要考虑到改为快捷酒店的可能性，18～27层为办公。建筑效果图见图1。

2　地基基础设计

图1 建筑效果图

2.1　工程地质概况

商务楼所在场地50.0m深度内均为第四系堆积物，

在垂直方向上具有明显的沉积韵律，水平方向上分布厚度较稳定，局部有夹层，呈透镜体状。勘探深度50m范围内未见地下水，可不考虑地基土液化问题。土层3－1黄土状粉质黏土为非自重湿陷性场地，湿陷等级为I级，而在基底标高处湿陷性土已经挖除，可不考虑黄土的湿陷性。土层分布和地质特性见表1。

表1 土层分布和地质特性

2.2　地基基础设计

根据地质勘察资料和上部结构，本工程采用的地基基础方案为复合地基筏形基础。本建筑物西侧接商务2＃楼，因2＃楼两年后方施工，为了保证1＃楼建成后2＃楼施工期间在风力和地震作用下的稳定性，防止建筑物发生侧移和倾覆，故在2＃楼施工期间应采取分段施工等可靠措施，保证1＃楼安全。

本工程为框架－核心筒结构，在基础上采用梁式筏板基础，并采用基础梁底与筏板底在一个标高，既方便施工，也利于建筑做防水。另外裙房部分也采用梁式筏板基础，由于裙房部分采用天然地基，考虑到基底反力的连续分布规律，与主楼相连一跨的基础梁截面适当加大，有利于基础应力的有效传递。裙房与主体间设置沉降后浇带，有利于消除沉降不均在构件中引起的附加应力。

3　结构设计

3.1　结构设计基本概况

（1）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。

（2）基本风压按100年一遇风压取ω0＝0.40kN／m2，地面粗糙度为C类。

（3）楼面主要活荷载标准值：商业取3.5kN／m2，办公（18～27层）取2.0kN／m2，办公（8～17层）取4.0kN／m2，电梯机房取7.0kN／m2，地下车库取4.0kN／m2。

3.2　结构选型及主要构件断面

高层住宅楼标准层平面见图2，层高表见图3。共设两部电梯，楼长35.22m，宽33.42m，高宽比H／B＝2.92，长宽比L／B＝1.05，满足规范要求。由于功能要求本工程需要大空间，普通剪力墙结构无法满足，框架结构高度又有所限制，所以采用框架－核心筒结构，核心筒长15.20m，宽9.88m，筒体总高度97.75m，高宽比H／B＝9.89，满足核心筒的宽度不小于筒体总高的1／12的要求。

主要构件截面尺寸及材料见表2。

表2 主要构件截面尺寸及材料

3.3　结构计算及结果分析

本工程采用“高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE”进行结构计算，地震效应采用双向水平地震作用下的扭转耦联效应。计算基本数据为：抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第二组，场地类别为Ⅱ类，场地特征周期值Tg＝0.40s，建筑抗震设防类别为丙类，在多遇地震作用下结构阻尼比取0.05。框架及核心筒部分抗震等级均为二级。

周期及振型见表3，位移及剪重比见表4。

图2 标准层平面图

图3 层高表

表3 考虑扭转耦联时的结构振动周期

由表3可见，前两个振型分别为X及Y向平动，第三个振型为扭转振动，且以扭转为主的第一自振周期与以平动为主的第一自振周期之比小于0.90。这说明结构平面布置是比较合理的，结构的扭转效应不是特别明显。

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。

表4 考虑扭转耦联时的结构位移及剪重比

由上表可见，结果比较合理。

4　结构措施

4.1　核心筒墙体抗震构造措施

框架－核心筒结构除应满足框架－剪力墙结构的一般规定外，还应满足《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3、《建筑抗震设计规范》GB50011对框架－核心筒结构的各项规定：筒体角部附近不宜开洞，当不可避免时，筒角内壁至洞口的距离不应小于500mm和开洞墙截面厚度的较大值；筒体外墙不宜在水平方向连续开洞，洞间墙肢的截面高度不宜小于1.2m；当洞间墙肢的截面高度与厚度之比小于4时，宜按框架柱进行截面设计；框架－核心筒结构二级筒体角部的边缘构件宜按下列要求加强：底部加强部位，约束边缘构件范围内宜全部采用箍筋，且约束边缘构件沿墙肢的长度宜取墙肢截面高度的1／4，底部加强部位以上的全高范围内宜按转角墙的要求设置约束边缘构件等。

4.2　剪力墙平面外对梁端嵌固作用的分析

对于框架－核心筒结构，部分框架梁要支撑在剪力墙平面外方向，剪力墙平面外对梁端嵌固作用空间如何，设计标准和规范没有涉及。影响剪力墙平面外对梁端嵌固作用的主要因素有：墙平面外对梁端嵌固作用的有效长度、墙线刚度与梁线刚度之比和墙在该层的轴压力等等。目前常用的计算分析软件虽然具有墙平面外刚度分析功能，但未考虑墙平面外对梁端嵌固作用的有效长度，当遇到墙肢很长或筒体墙肢空间刚度很大的情况时，计算分析软件会高估了墙平面外对梁端的嵌固作用，使得梁端负弯矩计算值要大于实际值，本工程应对措施为对梁端负弯矩进行调幅，并采用框梁加梁头的方法如图4所示，框梁深入墙内长度不小于0.4倍梁纵筋锚固长度。

图4 框架梁加梁头做法示意图

4.3　核心筒外墙连梁设计

核心筒外墙的连梁纵筋计算超筋是非常普遍的情况，《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3对连梁超筋有专门的处理措施，在本工程中考虑连梁刚度折减系数0.7，以满足“强墙弱梁”的要求。

在水平地震作用下，内筒连梁的端部反复承受正负弯矩和剪力，而一般的弯起钢筋无法承担正负剪力，必须要加强箍筋配筋构造要求，当梁内设置交叉暗撑时，全部剪力可由暗撑承担。在本工程中，内筒连梁均配置了交叉暗撑，与核心筒墙体抗震构造加强措施一起，以满足“多道抗震防线”的要求。

5　设计体会

框架－核心筒结构的优越性在于可争取尽量宽敞的使用空间，使各种辅助服务性空间向平面的中央集中，使主功能空间占据最佳的采光位置，并达到视线良好、内部交通便捷的效果，在点式高层建筑中，框架－核心筒结构是比较常见的。

影响剪力墙平面外对梁端嵌固作用的主要因素：墙平面外对梁端嵌固作用有效长度、墙线刚度与梁线刚度之比和墙在该层的轴压力等等。为加强墙平面外对梁端嵌固作用，可采取梁端水平加腋法、增加墙边框梁方法和加梁头方法等。