朱先发
山东亿能工程设计有限公司 山东 济南 250101
摘要：商用综合楼一般分为裙楼和主楼，主楼多为高层建筑,其结构更加复杂，对设计要求也更高。商用综合楼结构设计主要考虑地基与基础的设计、结构的选型、抗扭设计、构造处理等。文章结合某工程实际，对商用综合楼的结构设计要点进行了分析。
关键词：商用综合楼结构设计 地基与基础 结构选型 构造处理
商用综合楼是城市化进程和社会经济发展的产物。城市化带来了地价高涨和商业交往需求日益增加等问题，以高层建筑为主的中央商务区的开发日益受到青睐。目前国内的商用综合楼，一般分为裙楼和主楼，主楼多为高层建筑。相对于住宅楼来说，商用综合楼的结构更加复杂，对设计要求也更高。下面，就结合某工程实际，对商用综合楼的结构设计要点进行分析。
1.工程概况
本工程由三栋高层商住楼组成，地下2层，裙房2层，主楼1栋为20层、2～3栋为15层，建筑高度63.20m，建筑面积为75850m2。地下室为人防设施、停车库及设备用房，1～2层为商业用房，3层为架空层，4层以上为住宅。
设计条件：建筑结构安全等级为二级，抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为六度，设计地震加速度为0.05g，设计地震分组为第一组；建筑场地类别为Ⅱ类，地基基础设计等级为甲级，各土层均不考虑砂土液化；重现期100年的基本风压值为0.40kN/m2，地面粗糙度为C类，风荷载的体型系数为1.3。
2.地基与基础
根据地质报告情况，确定采用人工挖孔桩，裙房以强风化粉砂岩、主楼以中风化粉砂岩为桩端持力层，两者的桩端承载力特征值分别为2200kPa、3800kPa。地下室设计水位标高，相当于室内地面标高以下6.90m（即地下室底板上部1.5m），须考虑1.50m的抗浮设计水位。本工程采用基础底板本身自重、裙房顶板覆土、桩基础扩底进行抗浮设计。
3.结构分析
3.1结构选型
本工程为商用综合楼，各部分功能用房分别为地下车库、商业用房、住宅。为满足建筑的使用功能需求，选用框支-剪力墙结构体系，转换层设置在3层架空层（即裙房屋面）。该工程为带转换层的复杂高层结构，采用框支梁转换上部住宅的剪力墙。
3.2抗震设计方面的问题
本工程的大底盘多塔的各塔楼质量和刚度分布不均匀，且在平面布置上又不对称于大底盘，在地震作用下结构扭转振动反应较大。大底盘顶层楼盖起着协同各塔楼共同工作的作用，而转换层设置于该层，故此处也为结构上下刚度突变处。理论分析和试验结果均表明，在地震作用下，裙房顶及上一层是最先破坏且破坏最严重的位置。为保证结构的抗震性能要求，结构整体力学分析与抗震性能分析应选择合理的计算模型，以找出可能出现的薄弱部位，并在设计中采取构造加强措施提高其抗震能力。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3.3结构整体计算
结构整体动力分析，采用中国建科院开发的SATWE和TAT两种不同力学模型程序，TAT主要作为校核程序。本工程为非对称的多塔结构，由于存在双向偏心，在自由振动条件下结构存在平扭耦连振动。因此，结构计算时，除考虑双向地震作用外，还需要考虑平扭耦连计算结构的扭转效应。本设计采用的计算振型数为45，计算得到X、Y方向的振型参与质量系数分别为95.3%、97.1%。通过对结构整体空间振动简图与振型图分析可知，结构整体扭转不明显，未出现整体结构扭转振型特征。由于本工程为框支-剪力墙复杂结构且具有一定的高度，故结构竖向荷载加载方式按模拟施工和一次性加载两者加载模式分别计算。实际结构竖向荷载加载方式与计算模型中单纯的模拟施工和一次性加载均有所不同，故实际配筋取用模拟施工时的计算结果，并参考一次加载计算结果适当予以放大。
4.结构抗扭设计
由材料力学知识可知，抗扭构件离质心越远，其抗扭刚度越大。对于一般的结构工程，要控制结构的扭转效应，按以下构件布置原则：一是增加建筑物周边构件刚度，而降低内部构件刚度；二是在结构布置时尽量减小质心与刚心的偏心率。
针对本工程平面布置情况，在设计中采取了如下措施，以增加其抗扭刚度：
1）剪力墙根据建筑交通核心筒及隔墙的分布情况，按照“均匀、分散、对称、周边”的要求布置，以使结构整体有较好的抗侧移能力和抗扭转能力。尽量加大周边剪力墙的刚度，将上部标准层的角部剪力墙墙肢加长，尽量形成L、Z、T等形状，内部剪力墙厚度取用200mm，而将离质心较远处的周边剪力墙厚度增加到240mm，使质心与刚心的偏心率得到改善。
2）加强建筑物周边结构梁，将凸窗处结构梁加高至窗台面；在各楼层的凸凹不规则处设拉梁，每隔四层在凹口处局部用混凝土拉板连接，增加结构的整体性，以利于传递水平地震作用。
3）剪力墙的门窗洞口上下对齐，形成明确的墙肢和连梁。
4）结构平面突出部位的结构梁予以适当加高，以便于增加结构的整体性。综合应用上述措施，通过多次“建立模型-试算-调整模型”的过程，使质心和刚心尽量重合，有效收敛结构的扭转效应。其计算结果以1栋为代表：平动为主的第一自振周期T1=2.29s，扭转为主的第一自振周期Tt=1.73s，周期比Tt/T1=0.76；在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与该楼层平均值的比值最大值在3层，其比值分别为1.19、1.18。以上结果符合《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）的有关规定。
5.构造处理技术
5.1大跨度异形板的构造处理
本工程上部住宅采用大开间剪力墙布置方式，留出了很多大尺寸空间以适应住户的不同需求。经计算分析发现异形板内凹的阳角处板面应力集中情况相对突出，故在这些部位的板面须设置双向钢筋以覆盖板面应力集中区域；异形板的异形分界处设置宽度1000mm的暗板梁；适当增加大跨度异形板厚度。通过以上措施以避免楼板出现裂缝，确保其安全使用性能。
5.2“芯柱”的构造处理
本工程的框支柱受力大而导致截面较大，形成了净高与截面高度之比≤4的柱，而当柱的剪跨比λ=M∶Vh≤2时，该柱成为短柱。当发生地震时，短柱的破坏形态为脆性的剪切受拉破坏，无明显征兆。为提高短柱的抗震性能，可以采取的方法有：1）提高混凝土强度等级，在轴压比不变的前提下相应减小柱截面尺寸，使其成为普通延性柱；2）采用复合螺旋箍筋提高延性；3）采用分体柱变为普通柱；4）采用钢骨砼柱或钢管砼柱提高延性；5）采用芯柱提高延性等。
6结束语
结合以上工程设计的实践经验，可以得出如下结论：通过合理布置剪力墙，收敛结构的扭转效应，达到减小结构扭转的目的；在结构布置时，上部住宅采用大开间剪力墙，这样能有效地减小上、下结构刚度比，又便于下部结构大开间的框支柱、框支梁布置；框支梁受到偏心力作用时，不能忽视它受到的平面外扭矩作用。
参考文献：
[1]柳超，等.某商业办公综合楼续建工程结构设计[J].建筑结构，2017(5).
[2]唐宏.结合工程案例对商业楼结构设计研究[J].建筑知识，2012.
[3]王水飞.商用综合楼结构设计的探析[J].城市建设，2011(3).
作者简介：
朱先发，男，20 04年毕业于山东建筑工程学院土木系，从事结构设计至今。曾先后在山东三力建筑设计有限公司、山东中大建筑设计有限公司、山东同创建筑设计有限公司等从事结构设计工作，2015.5年至今在山东亿能工程设计有限公司从事结构设计工作。
论文作者:朱先发
论文发表刊物:《防护工程》2018年第18期
论文发表时间:2018/11/12
标签：结构论文; 综合楼论文; 工程论文; 刚度论文; 结构设计论文; 质心论文; 剪力墙论文; 《防护工程》2018年第18期论文;