上海之景市政建设规划设计有限公司 200237
摘要：在构建全民学习、终身学习的学习型社会的今天，社区大学这类大型公建的设计标准、功能、体型及立面要求也越来越复杂。本文就针对奉贤区社区大学的结构设计的特点进行了分析，提出了结构设计方法和措施，并加以总结，以供类似工程设计参考。
关键词：高层公建；混凝土空心楼盖；力学性能分析；框架－剪力墙；经济优势一、工程概况
奉贤区社区大学由上海市奉贤区民政局投资建设，用地原址为上海奉贤区原中医医院旧址，位于南桥镇江海路东侧，理想未来中心南侧，华苑路西侧，秀龙路北侧。
本工程为分为A、B二个区，通过钢结构连廊相通。A区地下一层，B区地下二层，地上均为八层、框架剪力墙结构，建筑高度为36.7米，总建筑面积39765平方米，其中地上建筑面积29380平方米，地下建筑面积：10385平方米。
建筑效果图
本工程建筑为一类高层，耐火等级为一级，地下汽车库耐火等级为一级。屋面防水等级为I级，地下室防水等级为I级。室外场地平缓，设计绝对标高±0.000相当于绝对标高±5.550米，建筑室内外高差0.400米。本工程最大沉降计算值为39mm。
结构平面简图
二、结构选型
对于这类高度大于24米且小于60米的小高层，若采用框架结构，因为建筑内分隔墙较多，装修标准要求较高，面荷载较重，本工程又为重点设防类，抗震等级相应提高一级，框架的抗震等级为二级，剪力墙为一层，对混凝土框架柱的轴压比限值控制更加严格，故改用框架－剪力墙结构体系。
本工程利用楼梯间﹑电梯间及房间纵横墙以及四周的外墙等情况，布置成一字形﹑L形﹑T 形等墙段，在平面中各个主轴方向均匀对称布置，尽量做到刚心与质心重合，以减小结构的扭转各墙肢肢长不宜相差太大，使各个墙肢刚度接近，保证在地震作用下，水平力均匀地分布。在竖向墙肢上下对齐﹑连续。根据建筑底的层高及上部的变化通过墙肢的厚度和混凝土强度的变化，使竖向刚度从下至上逐渐变小，并使任何上下二层的刚度变化不大于70%。
三、主体结构设计
1、结构主体设计：
主楼的主要结构构件截面及混凝土强度等级取值见下表：
2、超限分析：
(1).本工程的结构平面中局部楼层有开洞，但每层的开洞面积大于本层面积的30%且于于本层面积的50%；
(2).在考虑偶然偏心的情况下，3层的X、Y向扭转位移比大于1.2且小于1.4;
(3)用于连接A、B二个区大跨度钢结构连廊，在对应的框架柱上设置了混凝土牛腿，与钢桁架一端采用铰接，一端采用定向滑动支座，避免了连体高层建筑而超限。
故本工程特别不规则项，只有2项一般不规则项，属于一般不规则的高层建筑，可不做超限高层专项审查。
3、计算分析结果
本工程的结构体系存在平面和竖向不规则，这可能会形成结构在地震作用下的薄弱部位。通过分析，得到了结论如下：
（1）结构体系是合理的。计算分析的结果表明，本工程的结构具有良好的抗震性能，结构设计完全满足现行设计规范及高层结构设计的各项指标要求。
（2）SATWE程序计算结果显示了第三周期是一阶扭转周期，以扭转为主的第三周期与以平动为主的第一周期的比值控制在0.9以内。位移比完全满足现行设计规范要求。
4、加强措施
1）设计中洞口周边楼板按弹性板考虑，相应楼层楼板加厚为150mm，配筋率控制在0.30%以上，并采取楼板双层双向通长配筋的加强措施。
2）增加框架部分外圈边梁的截面，以有效提高结构整体抗扭的能力。而且使质心与刚心的位置尽量接近，以减小地震作用时的扭转反映。
3）严格控制框架柱的轴压比，加强框架柱的配筋，确保符合强柱弱梁的设计原则。
4) 考虑双向地震作用及偶然偏心的影响。
四、空心楼盖的应用：
在A区平面的中间区域，有一块24.3x22.5米大板；B区平面的中间区域，有一块22.5x21.9米大板，均采用了750厚的空心楼盖。
1. 设计原理：在钢筋混凝土受弯构件中，拉应力和压应力主要集中在截面的上、下部构成抵抗力矩，而截面中部的混凝土对抗力的影响有限。若将靠近中和轴的混凝土挖除一部分，形成“工”字形的截面，而其抗力基本不受影响。
根据这一原理，在混凝土厚板中放入芯模，形成空腔，并沿顺芯模方向和垂直芯模方向就变成了相与正交的“工”字形截面梁。
2. 构造要求：板厚取（1/25~30）L（L为短边跨度），混凝土强度等级≧C30；空心率取25%~50%;配筋率取0.3%~1.1%。
3. 结构计算：按等效实心楼盖进行计算，并采用有限元进行弹性楼板补充复核计算，取二者的包络值。
4. 施工难点：抗浮是混凝土空心楼板施工的难点，必须采用钢筋将芯模牢固的绑扎在底板钢筋上，再用双根铁丝扣在底层钢筋交叉点并穿过模板固定在支撑系统的钢管上。
5. 综合经济优势分析：采用空心楼盖后，可平均层高降低层300~400mm。一般每降低100mm层高，可降低本层楼层土建综合造价的1%，对于8层的公建，其经济效益还是相当可观的。还不考虑其在吊顶装修、功能改善等方面带来的空间优势。
五、大跨度钢桁架及定向滑动支座的的应用：
本工程在三层以上设置了用于连接A、B二个区大跨度钢结构连廊，为了避免做成连体高层建筑而超限，在对应的框架柱上设置了混凝土牛腿，与钢桁架一端采用铰接，另一端采用定向滑动支座连接。
钢结构连廊立面图
1. 连接A、B二个区的连廊跨度达到20.5米，若采用混凝土结构肯定不经济，而且影响建筑立面效果，故采用钢钢桁架。钢桁架是用稀疏的腹杆代替整体的腹板，并且杆件主要用来承受轴心力，从而能节省钢材的用量和减轻钢结构建筑的自重，这使钢桁架特别适用于跨度或高度较大的钢结构建筑，还有以下几个优点：
（1）钢结构重量轻。?（2）钢材的塑性和韧性、塑性好。（3）钢材更接近于匀质和各向同性体?钢材的内部组织比较均匀，非常接近匀质和各向同性体，在一定的应力幅度内几乎是完全弹性的。（4）钢结构制造简便，易于采用工业化生产，施工安装简单，施工周期短。
2.定向支座位移控制计算
钢连廊与主体结构连接采用一端滑动、一端铰支座，节点支座搁置距离要根据该节点的位移，滑移量进行计算。根据SATWE电算:A区顶层最大位移D=30.7 mm,B区顶层最大位D=35.5mm,30.7+35.5=66.2MM<200MM(施工图预留安全间隔距离),故满足要求！
六、基础设计：
A区为地下一层，Ｂ区为地下二层，根据建设单位要求，室外地坪完成面比江海路路面高出0.3米，故室外地坪完成面标高（-0.400）相当于绝对标高5.100，抗浮计算时取室外地坪完成面标高5.100以下0.5米, 相当于绝对标高4.600。
A区为地下一层，地下一层结构层高4.0米，基础底板面标高（-4.000）相当于绝对标高为：1.5米；防水底板厚500，基础防水底板底（-4.50）相当于绝对标高为：1.00米。基础底板承受的水压为36KN/m2，根据设计经验采用“独立桩承台+防水板”的基础结构设计方案。
B区为地下二层，地下一层结构层高4.8米，地下二层结构层高4.0米，基础底板面标高（-9.200）相当于绝对标高为：-3.7米；基础筏板厚1200，基础筏板底（-10.40）相当于绝对标高为：-4.500米。基础筏板承受的水压为95KN/m2，根据设计经验采用“桩筏基础”的基础结构设计方案。
A、B区采用了2种不同的基础形式，经JCCAD软件计算分析，设计的防水板、筏板及承台配筋量均在合理范围内，A区“独立桩承台+防水板”的方案比B区“桩筏基础”的方案能省35%的单方造价，较A、B区都采用“桩筏基础”的方案经济效益显著。
七、设计体会
本工程虽然为体型不规则的高层公共建筑，但在结构设计中采取了较为合理结构方案和结构布置，并对结构的薄弱部位采取了有效的加强措施，减小了平面和竖向不规则对整体抗震性能的不利影响，结构具有较好的抗震性能，计算结果满足现行规范和规程的要求，本工程的结构设计方案以及分析方法可为同类工程的设计提供了参考借鉴。
论文作者:顾建平
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/26
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