1.深圳市西丽街道办事处 广东深圳 518000；2. 深圳市都市建筑设计有限公司 广东深圳 518000
摘要：本文通过对惠州五金机电综合市场项目中4#办公楼的结构设计，从结构方案选型、短肢剪力墙承担的结构底部总倾覆力矩占比、相邻楼层侧向刚度比、层间位移角、层间受剪承载力共五个方面进行总结；首次提出墙柱的变截面微转换概念，并在几何形状、力学特性两方面对其作出初步界定，最后提出变截面微转换的结构构造做法，以供类似工程参考。
关键词：短肢剪力墙；框架-剪力墙结构；LOFT办公楼；倾覆力矩；墙柱变截面微转换.
引言
近年来，随着青年创业群体及互联网小型企业的井喷增长，房地产市场上对面积相对较小、空间可塑性强、价格相对实惠的办公空间需求持续增多，LOFT办公楼作为一种年轻时尚、充满个性的生活及工作空间，因其具有介于住宅和传统办公楼之间的使用功能，深受广大年轻群体青睐，LOFT办公楼得到蓬勃发展。
1.工程概况
惠州五金机电综合市场4#办公楼位于惠州市仲恺高新区陈江大道北，借助于高新区孵化育成体系以及潼湖生态智慧区建设两大战略布局，拟打造成新型、开放的综合业态创业办公楼。
该办公楼总建筑面积为9980m2，建筑高度为43.4m，首层为架空层及地上车库，层高4.75m；二至十层为办公楼层，层高4.3m，办公室平面尺寸有进深5.1m、开间5.7m和进深4.5m、开间5.7m两种户型，每个户型均可供业主深度改造装修。建筑平面布置如下图 1、图 2所示，由于x向建筑总长度为92.2m，故在平面中部设置变形缝[1]一道，使得变形缝两侧分别成为结构性能相似的L型平面布局。本文选取该办公楼变形缝左侧塔楼的结构计算结果进行分析。
2.结构体系选型的由来
本项目抗震设防烈度[2]为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，基本风压[3]为0.75kN/m2。项目初期，鉴于建筑房间平面比较方正，且建筑总高度不高，笔者从结构合理性及经济角度出发，除电梯井壁外，选择框架柱作为竖向受力构件，但是经甲方反复斟酌后，认为框架柱突出在房间内，影响了房间的美观和使用，建议设计成隐梁隐柱；框架异形柱结构虽然避免了框架柱在使用功能上的缺点，但是抗侧力不易达到结构设计要求，且在6度区能使用的最大建筑高度为24m[4]，不适用于本项目；框架-剪力墙结构避免了上述两种结构形式的不足，适用于本项目，但是普通剪力墙要求墙肢截面高度与厚度之比大于8，由于该楼高度不高，梁的跨度适中，若采用较多普通剪力墙，经计算，层间弹性位移角有很大的富余，竖向构件过大势必造成不必要的浪费，且若不转换，长达1.6m以上的普通剪力墙对首层架空层的空间通透性和使用功能影响极大。
图3 变形缝左侧单塔结构平面布置图
综合以上考虑，本工程采用含有较多短肢剪力墙的框架-剪力墙结构[5]并在二层楼面对部分短肢剪力墙进行变截面微转换成为本办公楼的最终结构形式。变形缝左侧二层结构平面布置图见下图 3，二层及以上结构竖向构件采用普通剪力墙和短肢剪力墙；一层除有以上两种剪力墙外，还有变截面微转换产生的框架柱。
3.SATWE计算结果竖向指标控制
本办公楼分别经SATWE及YJK单独计算，各项结构计算结果一致，均满足规范要求。本文以SATWE计算结果进行总结。
3.1 短肢剪力墙承担的结构底部总倾覆力矩占比
《高规》[5]第7.1.8条规定，具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构是指在规定的水平地震作用下，短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩不小于结构底部总倾覆力矩的30%的剪力墙结构。由于本办公楼房屋高度43.4m远小于《高规》第3.3.1条规定的130m，因此在规定的水平地震作用下，本项目控制短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩M1不大于结构底部总地震倾覆力矩M2的60％。经SATWE计算得到的底部倾覆力矩及占比见下表1，满足规范要求。
表1 M1与M2对应数量关系
4.墙柱的变截面微转换
本工程对影响首层空间使用的短肢剪力墙转换成600x850mm的框架柱主要源于以下两点原因：其一，由于该办公楼首层为供业主休闲放松的公共架空层及地上车库，若将宽为200mm，长为1.0m及1.2m，翼缘长度为400mm或600mm的短肢剪力墙延伸至基础，对首层视线的开阔性及使用功能有较大影响；其二，由于首层层高相对于二层及以上几层较高，考虑到楼层刚度比和墙体稳定性的需要，较多短肢剪力墙在首层需加厚至250mm或300mm。为了避免这两种情况发生，本工程将上述短肢剪力墙在二层楼面转换成框架柱，如下图 7所示（阴影部分为上层短肢剪力墙，粗虚线为下层框架柱）。笔者对此类上层墙柱不完全落在下层墙柱范围内的上下层截面转变赋予一个全新的名字：墙柱变截面微转换。
下文中，笔者将从墙柱几何形状、力学特性上对墙柱微转换进行界定，并结合本工程从结构构造措施上保证墙柱微转换节点的可靠性。
4.1 墙柱微转换的初步界定
几何形状上需满足：1.下层墙柱的截面面积大于上层墙柱的截面面积；2.上层短肢剪力墙的截面形心及重心位于下层墙柱截面内核心区范围（任意方向的中间1/3范围）内。
力学指标上需满足：1.在截面尺寸减小的方向（本工程为y方向），下层墙柱惯性矩与上层墙柱惯性矩之比不宜小于0.7。查《建筑结构静力计算实用手册》[6]，矩形截面惯性矩I=bh3/12，T型截面y方向惯性矩I=[by13+twy23-（b-tw）（y1-t）3]/3进行计算，本工程中，下层墙柱与上层墙柱惯性矩之比分别为1.18、0.7。
4.2 墙柱微转换的结构构造做法
上下楼层之间的墙柱微转换并不是上层墙柱完全通过转换梁将墙底内力传至下层转换柱中，而是上层墙柱将大部分内力直接传至下层墙柱，它与框支转换本质上并不相同，因此微转换处的框架梁及下层墙柱仍可按普通的框架梁、框架柱确定抗震等级以及进行内力计算。本工程中，为了确保墙柱变截面微转换节点处结构传力的可靠性，从概念设计上加强变截面微转换节点范围的构造做法，对传递上层墙柱小部分内力的框架梁在构造上采取了与《高规》第十章转换梁相同的构造措施，此外，在上层短肢剪力墙底部500mm范围内错层附加与墙体水平筋竖向间距相同、直径一样的水平筋。
图7 变截面微转换节点平面
5.结论
1）具有较多短肢剪力墙的框架-剪力墙结构体系在狭长型LOFT办公楼中既能很好地满足建筑使用功能的要求，又有合理的结构计算结果，且具有较好的经济性。
2）墙柱变截面微转换能在一定程度上降低截面扁长的剪力墙对公共空间的影响，优化公共空间的使用功能，增加其通透性。本文对墙柱变截面微转换从概念上进行了探索性地界定，并对微转换节点在结构构造措施上提出了做法，对类似的层数不多的框架-剪力墙结构且底部楼层为公共空间的工程项目有一定的借鉴作用。
参考文献
[1]混凝土结构设计规范 GB50010-2010.
[2]建筑抗震设计规范 GB50011-2010（2016年版）.
[3]建筑结构荷载规范 GB50009-2012.
[4]混凝土异形柱结构技术规程 JGJ 149-2006.
[5]高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ 3-2010.
[6]建筑结构静力计算实用手册，浙江大学，中国建筑工业出版社.
论文作者:于怀懿1,王琪2
论文发表刊物:《基层建设》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/25
标签：截面论文; 结构论文; 剪力墙论文; 框架论文; 办公楼论文; 下层论文; 力矩论文; 《基层建设》2017年第12期论文;