【摘 要】笔者介绍了江苏南通某大型活动中心的工程概况、结构选型及基础设计等,该工程项目是一个钢筋混凝土的框架结构,通过对该工程结构设计的论述,为工程设计拓展了思路,为类似工程提供了参考。
【关键词】结构设计;混凝土框架
1、工程概况
该项目位于南通市新城区的核心区，南通行政中心（南通市政府大楼）东南，北临世纪大道，东临园林路，南临园林河。带有两层地下室，建筑面积共40792m2（其中地下二层为人防地下室）,地上29层,建筑面积86864 m2,工程总建筑面积127656m2，项目建筑用地面积8910 m2。建筑由地下室、裙房、主楼三个部分组成：
两层地下室，从上至下层高分别为4.0m、5.6m，地下部分连为一体，地下一层、二层主要用做停车库和设备用房，地下二层设置核6级人防工程；裙房5层，每层层高4.6m，采用一道伸缩缝和两个钢结构柔性连接分为三块，东边一块裙房与塔楼相连；地上29层（包括5层裙房），6—29层层高4.2m，出地面建筑高度123m，顶部一层小塔楼为4.2m。
建筑平面不规则，但主楼形状为圆形，直径47m，高宽比2.95；采用框架-核心筒结构，核心筒直径20m，高宽比6.9。建筑一层平面图见下图1。
2、结构设计基本参数选择
2.1 建筑结构的安全等级和设计使用年限
建筑结构的安全等级二级，结构的设计使用年限50 年，建筑抗震设防类别丙类，地基基础设计等级甲级。
2.2 自然条件
基本风压 0．45kN/m2，地面粗糙度为C类，基本雪压 0．25kN/m2。
2.3 抗震设防的有关参数
抗震设防的有关参数: 拟建场地的抗震设防烈度7度，场地类别Ⅲ类，设计基本地震加速度 0．10g，设计地震分组第二组，多遇地震设计特征周期0.55s，结构阻尼比为0.05。，人防地下室抗力等级 6 级。
3、结构选型
3.1 结构构件采用的材料
办公楼核心筒剪力墙采用钢筋混凝土；办公楼框架柱采用混凝土柱；楼盖采用钢筋混凝土梁板楼盖；
3.2 混凝土
办公楼柱、墙混凝土由底部的C60渐变至顶部的C40；现浇楼盖的梁、楼板采用C30～C40混凝土；地下室采用C40混凝土，底板混凝土参加20%粉煤灰并且混凝土采用60天强度以减少水泥用量，防止混凝土凝固阶段的收缩裂缝； 地下室底板及外墙采用防水混凝土，其抗渗等级按照0.8MPa；钻孔灌注桩采用C35混凝土。
结构构件所选用的混凝土按GB50010-2002材料参数如下：
3.3 钢筋
柱、墙、梁、板及楼梯等结构构件中纵向钢筋均采用HRB400级钢筋；框架柱箍筋采用HRB335级钢筋；钢筋混凝土梁箍筋采用HRB335级或HPB235级钢筋；
3.4 钢材及钢材的性能要求
型钢梁中的型钢、楼面钢梁采用Q345B及Q345GJB钢；建筑及设备的埋件除已明确型号外均采用Q235B钢；
钢材的化学成份以及屈服点、抗拉强度等力学性能应符合GB 700-2006、GB/T 1591—94、GB/T 11263-2005中相应质量等级的规定。本工程属于抗震结构，钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85，应具有明显的屈服台阶且伸长率应大于20 %，应具有良好的可焊性和合格的冲击韧性。
4、地基基础设计
4.1 工程地质概况
本工程地下两层，抗浮水位较高，约为自然地表，地下室防水要求高。除南侧临河位置（河边坡处）地势低洼外，拟建场地大部分区域地势尚平坦，场地地面标高在85国家高层基准2.24m～3.85m左右，拟建场地平均一般标高3.70m。地貌属长江三角洲冲积平原，地基土为第四纪全新世冲海相交错沉积物。根据土层的地质时代、成因类型及工程地质特性，在勘探深度范围内将其分为11个工程地质层。
4.2土层的工程性质及设计参数
⑴桩基设计参数：
拟建建筑物若采用桩基础时，以钻孔灌注桩型式为宜，所需桩基参数如下：
注:钻孔灌注桩如成功采用后压浆技术，单桩承载力可提高20%～30%左右.
5、地下室结构设计
5.1 底板设计
⑴本工程地下二层，底板顶面标高-9.70，长度约174m，宽度约118m。
⑵ 抗冲切承载力是确定筏板厚度的主要因素，底板采用C40混凝土以提高抗冲切承载力。经计算确定：办公楼核心筒下筏板厚度2.20m；裙房部分筏板厚度0.50m，柱下设置1.40m高的柱帽。
⑶ 为协调差异沉降导致的附加应力，塔楼向裙房交界周边约7m范围内的筏板厚度加厚至1.20m。
⑷ 筏板受力复杂，配筋根据抗弯承载力。计算时按两个工况控制：①正常使用状况，地下水位按抗浮设防水位（室外地面下1.0m）；②枯水状况，地下水位按承压水最低水位（室外地面下6.6m）。
5.2 外墙设计
⑴ 地下室外墙根据实际支承情况按单向板或双向板计算，顶端与地下室顶板铰接，底端与地下室底板固结；外墙设计时不考虑上部结构的影响。
⑵ 地下室外墙承受的土压力取静止土压力，室外地面活荷载按消防车荷载20kN/m2；考虑外围支护的有利影响，静止土压力系数按0.33。水压力按设防水位与土压力分算。
⑶ 地下室外墙临土面钢筋保护层厚度50mm，内侧钢筋保护层厚度50mm，裂缝宽度均按0.2mm控制。
⑷ 地下室外墙厚度：地下二层450mm，地下一层400mm。
5.3 施工要求
本工程地下室连为一体，长度约174m，远超混凝土规范不设伸缩缝结构的长度要求；塔楼下筏板厚度2.5m，属大体积混凝土，设计及施工中均已经采取相应构造措施。
6、办公楼结构设计
办公楼采用框架－核心筒结构体系，该体系由以下三个部分组成：
① 框架：主楼框架柱为圆形，地下一、二层截面直径为1500mm。地上一至六层框架柱直径为1400mm，六至十五层直径为1300mm，十六至十九层直径为1100mm，二十层及以上直径为800mm。楼层梁采用钢筋混凝土梁，主要框架主梁截面350x750mm，次梁截面250x600mm。
② 核心筒：核心筒采用现浇钢筋混凝土剪力墙结构，核心筒在承受垂直荷载的同时，将作为整体结构抗水平力的第一道防线。根据建筑功能布局，核心筒近似圆形，直径20m，高宽比6.9。
核心筒的外围采用较厚的墙体，由底部的500mm逐渐减薄至顶部的300mm，确保了连续均匀的刚度变化和合适的压应力水平；核心筒内因设置竖向交通存在较多的楼板缺失，内墙刚度难于完全有效发挥，设计中采用较薄的墙体。
③ 楼板：楼板采用现浇钢筋混凝土，核心筒内因设置竖向交通存在较多的楼板缺失，楼板厚度采用150mm；核心筒外楼板跨度在2400～3300之间，一般楼层楼板厚度120mm。
7、裙房结构设计
① 结构体系：裙房采用框架结构体系。
② 框架：框架抗震等级为二级，地下室框架柱截面主要为600x600，地上部分主要为600x600；主要框架主梁截面350x750mm，次梁截面250x600mm。
③ 楼板：楼板采用现浇钢筋混凝土，楼板厚度主要采用120mm。
8、结语
此工程肩负着为南通广大市民提供功能服务和休闲娱乐的使命，应以职能服务为主题，并创造出城市的文化之心。本设计彻底颠覆传统的该使用功能封闭，幽暗，紧凑密集的形象，为人们提供一个全新的集服务，休闲，文化和健康，娱乐于一体的新型模式，树立新的文化典范。由于功能和形式的要求，使得结构设计的理性和刻板受到冲击甚至颠覆: 构件尺寸可能会被极致化、典型结构型式需要跨界或者被模糊。对结构设计者的概念清晰、计算手段的多样化以及建筑结构材料的选择都提出了更高的要求。该工程已竣工两年，事实表明,该工程的结构设计方案合理,安全可靠。
论文作者:巩瑞坡
论文发表刊物:《低碳地产》2016年9月第17期
论文发表时间:2016/11/11
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