郑州大学综合设计研究院有限公司 河南郑州 450002
摘要：随着城市的快速发展，大型的商业综合体项目逐步的成为城市发展的必须，一个好的大型的商业项目也会成为一个城市对外的一个亮点。多塔高层商业综合体相比较单一的住宅结构设计，从平面的功能到外部的体型特点，都有很高的要求。从地基处理到整体的结构选型，都要逐一的通过详细的分析论证来实现。
关键词：商业综合体；结构选型；多塔结构
Abstract：With the rapid development of the city, a large commercial complex project gradually become a must for the development of the city, a good large-scale commercial projects will become a bright spot for a city. The structure design of multi tower high-rise residential and commercial complex is relatively simple, from the body to the outside of the plane function, have high requirements. From the foundation to the overall structure of the selection, one by one through the detailed analysis and demonstration to achieve.
Keywords：commercial complex; structure selection; multi tower structure
1.基本概况
华尔中心项目处于北环与经三路交叉口，该项目集购物中心、办公、影院于一体。地下部分3层，局部4层，用于地下停车及设备用房；地上分三个单体，商业建筑地上6层，办公楼1地上22层，办公楼2地上27层，三个单体六层以下全部为商业，六层以上为商务办公。总建筑面积为154854平方米。本地区抗震设防烈度7度，地震加速度0.15g，场地类别三类。
2.综合体结构设计思路
2.1结构形式考虑
商业建筑六层，在结构类型上由于建筑高度等条件适宜采用框架结构，考虑到平面的特殊性，商业部分设置永久性缝分成两部，使平面趋于规则，避免出现抗规中的平面不规则情况。办公楼1根据方案提供的平面采用框架——核心筒结构，办公楼2根据方案提供的平面采用剪力墙结构。
2.2综合体建筑单体的抗震设计
办公楼1与地库相关区域整体计算，地上地下刚度比满足嵌固于地下室顶板的条件。办公楼2与地库相关区域整体计算，地上地下刚度比不满足嵌固于地下室顶板的条件，该单体嵌固于基础顶。商业连同地下室整体计算，满足嵌固于地下室顶板。根据以上计算分析，地下室顶板全部按嵌固端采取构造措施。根据建筑工程抗震设防分类标准，按区段确定其抗震设防类别。商业部分为重点设防乙类，办公楼1、办公楼2商业以上楼层为标准设防丙类。商业部分按8度确定抗震等级，此范围框架、剪力墙抗震等级为一级，抗震构造措施为一级。商业以上部分，办公楼1框架、核心筒抗震等级二级，构造一级；办公楼2剪力墙抗震等级二级，构造一级。地下室的抗震等级及构造措施同商业部分。
2.3地基基础的初步设计
根据地勘报告提供的相关条件，办公楼1基础采用核心筒及柱下布桩筏板基础，桩基础为后注浆钻孔灌注桩，桩径600mm，桩长30米，筏板厚度2100mm。办公楼2剪力墙结构，地基采用CFG桩复合地基处理，桩长17米，处理后的复合地基承载力特征值不小于580kPa，筏板厚度1700mm。商业采用天然地基筏板基础，持力层为第8层粉土，筏板基础1500mm。该地区地下水位正常-8.9米，抗浮设计水位-3.8米，通过计算，商业及纯地库部分不能抵挡抗浮设计水位时的浮力，需要采取抗浮措施，该工程采用锚杆进行抗浮处理。
3.综合体主体结构设计过程分析
3.1办公楼1设计分析
办公楼1采用框架核心筒结构，建筑沿外排框架柱每层均做外挑，且每层的外挑尺寸均不一致，同一层的周边悬挑长度也是不规则变化，建筑顶部三层逐层收紧。外部体型及不规则，外挑尺寸经过与建筑协商全部控制在4米以内，以免形成抗规上的竖向不规则体型。外围框架柱底层1500mmx1500mm，向上收紧为1000mmx1000mm，核心筒外围剪力墙为500mm厚，沿建筑向上不再收紧。混凝土强度等级：基础C40；柱（基础顶~59.680）C45，（59.680~84.280）C40，（84.280~92.480）C35，（92.480~107.190）C30；墙同柱，梁板（基础顶~59.680）C35，（59.680~107.190）C30。在进行模型计算时，办公楼1与地库相关范围整体计算，嵌固部位选取在一层楼面，地震作用要考虑偶然偏心和竖向地震的作用。风荷载考虑超过60米后1.1的放大系数。对于大底盘多塔相邻比较近的情况还要考虑风的扰动，在模型中填写体型系数时要考虑荷载规范8.3.2条的影响。在计算考虑偶然偏心影响的规定水平地震作用下的位移及位移比时假定全楼楼板刚性，在计算配筋时不考虑楼板刚性假定。
3.2办公楼2设计分析
办公楼2采用剪力墙结构，考虑建筑T型平面的不规则性，在中间采取了分缝处理，使得建筑平面分成两个规则的长矩形建筑。因办公商务的需求，建筑外围开窗较大，窗间墙预留很少，故此形成了除电梯间之外X向基本都是不满足翼墙三倍墙厚的短墙，设计时均按无翼墙考虑约束边缘构件的长度，构件的箍筋体积配箍率按墙体的轴压比选取配箍特征值。主体整体计算时先按嵌固于基础顶进行计算分析，经过对计算结果的分析，一层与地下室负一层的刚度比不满足嵌固于正负零，故全楼按嵌固于基础顶进行整体计算。在计算位移及位移比时考虑楼板刚性假定，连梁的刚度折减系数取1.0。在进行构件截面及配筋计算时不考虑楼板刚性假定，连梁的刚度折减系数取0.6。办公楼2从下到上的混凝土强度等级：基础C40；墙（基础顶~39.740）C45， （39.740~65.340）C40， （65.340~100.990）C35，梁板（基础顶~100.990）C35。
3.3商业设计分析
商业五层，局部六层，采用框架结构。建筑平面外围均为不规则悬挑，方案设计初期严格控制在悬挑4米以内。平面局部凹进的尺寸大于相应投影方向总尺寸的30%，在5层影院及中庭挑空位置都存在抗规中的楼板局部不连续的问题。影院中的夹层柱与主体完全脱开，避免产生竖向抗侧力构件不连续，该建筑不存在竖向不规则的问题。结合以上关于规则性的分析，在规定的水平力作用下，楼层的最大弹性水平位移（或层间位移）与该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的比值1.2倍的限制将成为控制的重点，否者不规则的数量将达到三项，进而需要进行超限审查。通过对模型计算输出结果的分析，反复对商业的框架柱的截面及个别梁截面的进行调整，合理的控制了结构的扭转不规则。商业满足嵌固于地下室顶板的条件，地下顶板的构造按嵌固考虑，地下室结构抗震等级可逐层降低，但与办公楼1和办公楼2相邻的相关范围还应按办公楼的抗震等级设计。商业地下室外墙先按取一米宽度的至上而下的连续梁模型计算，再按连续弹性板计算，配筋设计取两者包络结果，要考虑地下环境裂缝的影响。横向的楼梯间靠近外墙的，此处外墙的配筋要按地下三层通高板计算，支撑条件按下端、两侧固定，顶端自由。顶层影院的屋顶采用密肋井字梁形式，控制梁的挠度不能过大。平面中的中庭及影院夹层的所用大开洞周边楼板均采用150mm的楼板，且采用双层双向的配筋方式。
4.基础设计过程
4.1办公楼1地基基础设计分析
办公楼1基础采用筏板基础，钻孔灌注桩仅在柱下和核心筒下布置，PKPM基础CAD 在导入桩的情况下不能自动生成基床反力系数，桩的竖向刚度同锚杆计算方法，根据前期的试桩报告得出。输入地质报告后，沉降试算时PKPM会考虑群桩效应系数，此时生成的系数很大，且在计算结果中可以看出，桩的竖向刚度为原始输入值除以群桩效应放大系数，使得桩的刚度大为减小。沉降结果达到100多mm，与以往设计的经验值相差很远，不合理。
带桩计算时无法生成基床反力系数，基床反力系数为0。故在此类设计时先不要将桩导入，根据地质报告生成基底基床反力系数，导入桩后手动修改基床反力系数再进行筏板配筋的计算。导入地质报告，带桩计算时会产生一个群桩放大系数，根据试验输入的单桩竖向刚度K1=500000，在计算结果输出时桩的刚度为K1与群桩放大系数的比值K2=19900，相比桩的自身刚度消弱很多，由此对筏板的计算结果产生很大的影响。本工程按考虑群桩放大系数计算的筏板配筋进行筏板设计，通过调整群桩放大系数的模型计算筏板的沉降，使得出沉降值达到设计预期。
4.2办公楼2地基基础设计分析
办公楼2采用CFG桩复合地基，基础设计前根据地质报告，将地质资料输入PKPM，筏板布置后，在筏板编辑处可输入地基承载力，将此筏板下地基定义为复合地基，按要求填写处理深度。在沉降试算阶段，基床反力系数会根据输入的地质报告，通过沉降计算反推出基床反力系数。在计算结果处查看筏板信息时可看到自动计算出的基床反力系数。按此系数完成配筋设计。筏板的计算考虑上部刚度的影响，筏板计算按弹性地基梁板模型。
4.3商业地基基础设计分析
商业的上部荷载满足不了抗浮的要求，需要锚杆抗浮，筏板布置完成后将锚杆导入。锚杆的竖向刚度根据试验结果取得。基础计算时，附加面荷载值为0时，基床反力系数即便是输入地质报告也不能自动计算，主要原因在于基坑开挖卸载的重量大于建筑物荷载作用于基坑底的压力，出现了回弹的情况。
此时基床反力系数按默认值20000出现。商业筏板与办公楼1、2筏板之间设置沉降后浇带。
锚杆刚度计算基本设定和假定
1、设定锚杆在弹性状态下受力F(kN)、变形X（mm）之间的关系等同于线性弹簧，即公式：F=KX成立，K即为锚杆刚度(kN/mm)。
2、锚杆刚度K值取值方法
2.1 K值理论计算公式
锚杆弹性受力与变形的关系公式： X=FL/（EA）即：K=F/X=EA/L
式中：X为锚杆伸长值(mm)；F为锚杆拉力(kN)；L为锚杆自由段长度(mm)；E为锚杆弹性模量(kN/mm2)；A为锚杆截面积(mm2)；K为锚杆刚度(kN/mm)。
2.2 K值试验结果，K=锚杆锚头轴向极限抗拔力检测值/总位移。
2.3 利用已有工程的经验值，已有工程的经验值K=100~200kN/mm。
5.结语
结合华尔中心商业综合体结构设计实例，从地基基础到上部结构，从方案到具体的结构施工图阶段提出了可行的设计思路，如对于大型商业体的结构设缝问题考虑以及平面、竖向不规则性的分析等。
参考文献
[1]《建筑桩基技术规范》（JGJ94—2008）.北京：中国建筑工业出版社,2008.
[2]《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）.北京：中国建筑工业出版社,2010.
[3]《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）.北京：中国建筑工业出版社,2011.
[4]廖小雄.地下室底板抗浮锚杆计算及结果比较分析.建筑结构.2013年5月,第43卷增刊.
[5]PKPM2010.V31版系列软件.北京：中国建筑科学研究院.
论文作者:侯威锋,史飞
论文发表刊物:《基层建设》2017年第11期
论文发表时间:2017/8/8
标签：办公楼论文; 刚度论文; 系数论文; 商业论文; 基础论文; 结构论文; 建筑论文; 《基层建设》2017年第11期论文;