工程结构设计难点研究

　　1.工程概况

　　本工程为某一高层大厦，该工程总高度为将近100m,总建筑面积为16万m2,地上为五层商业裙房，彼此连接在一起形成一个大空间、大底盘结构，底盘的尺寸：长108m,宽95m,上面有两幢住宅和一幢公寓写字楼，层高均为26层，地下为二层的车库地下室，兼为人防。在本工程结构设计中涉及到高位转换和多塔的复杂结构问题，上部结构分为三个塔楼，其结构形式为大开间剪力墙结构体系；转换层结构所处位置为五层屋顶层；结构底部的形式为框架剪力墙结构体系。主楼、大底盘以及裙房之间是通过浇筑混凝土后浇带连续在一起的，各部位之间是不设置结构缝的。二层地下室的人防设计等级为六级，裙房下基础采用的形式为柱下桩基，而塔楼下基础的形式为钻孔灌注桩加筏板的结构。本工程结构抗震设防烈度为6度，（第一组）设计基本地震加速度为0.05g;建筑抗震设防分类的类别为：下部大底盘商业建筑为乙类，上部塔楼住宅为丙类；建筑场地类别为Ⅲ类，特征周期为0.51s.根据本工程的实际工程概况，对于本工程结构设计，其中必须解决好的难题有以下几点。

　　2.基础设计

　　二层地下室不仅作为停车库，同时兼有人防功能，平战结合，地下室平面长为108m,宽为93m,不需要设缝。对于本工程的大底盘多塔结构的基础所要考虑的问题为基础的沉降和伸缩，经过分开采取的措施为：①为了减小沉降量，基础的形式采取长桩加桩筏的形式。②为了减小沉降差，桩适当的进行桩径和桩长的改变和合理搭配。③考虑采用后浇带进行部位的连接。④为了提高大体积混凝土的抗裂防渗能力，在混凝土中可以加入适量的外加剂。⑤为了减小温度和材料收缩变形所带来的不利影响，采取加强配筋等构造措施，这样可以很好的提高结构的使用寿命。在进行筏板的配筋时，应保证符合规范对最小配筋率的要求，应控制在0.3%,同时通长配筋的数量不得低于总配筋量的一半以上。⑥对于地下室墙体，应适当的配置水平筋，水平筋的间距不得超过150,同时最小配筋率应控制在0.6%.通过设计，本工程的塔楼下基础所采用的钻孔灌注桩的直径为800mm,有效桩长为38m,桩体进入持力层的长度为2~3m,根据计算，单桩极限承载力标准值约为6000kN;在进行裙楼柱下钻孔灌注桩设计时，考虑到地下室底板的不均匀沉降，设计决定采用柱下灌注桩的直径为700mm,桩的有效长度为33m.通过两种不同长度桩的搭配使用，地基形成了变刚度体系，与上部荷载很好的协调在一起，这种方式有效的解决了不均匀沉降差过大的问题，同时减小了工程造价。塔楼基础所采用的筏板厚度均取为2.2m,裙楼柱下基础采用交叉梁系，梁高1500,地下室设0.8m厚的混凝土底板。

　　3.上部结构构件抗震等级的确定

　　本工程使用功能较多，但是由于场地较小，因此采用的建筑形式为大底盘大空间带转换层的多塔楼复杂结构。不同的抗震等级所对应的抗震措施有所不同，而抗震等级的确定是根据抗震类别和结构体系等进行分析的。同一建筑可能存在不同的抗震类别，以及特殊的高位转换构件，因此在进行抗震设计之前应先对结构的抗震等级进行确定，这是个相对复杂的工作。如何做好抗震等级的确定，主要考虑的问题有以下几点：①上部结构分为三个塔楼，分别为住宅和公寓式写字楼，其结构形式为大开间剪力墙结构体系：建筑高度100m以内的抗震类别确定为丙类，A类高度，而对于建筑高度在31.3m以上的一般剪力墙而言，其非加强部位的抗震等级为三级，短肢强抗震等级确定为二级。②剪力墙：对于建筑高度在31.3m以上的剪力墙加强部位，其抗震类别确定为丙类，A类高度，本身该剪力墙的抗震等级应为二级，但是由于本部位结构为高位转换，因此对于落地剪力墙的底部加强部位，其抗震等级应适当的提高一级。③高位转换构件：对于大底盘转框支框架而言，其抗震类别确定为乙类，而抗震等级由于其为高位转换构件，其等级为特一级。④裙楼内其他框架：裙楼的抗震等级在进行确定时不得低于主楼的抗震等级，因此对于底盘抗震等级为乙类，裙楼的抗震等级应确定为一级。⑤本工程中，部分构件的形式为型钢混凝土组合结构，因此根据规范的规定，采用这种形式的矿支框架的抗震等级为一级，而位于高位转换处的组合构件，其抗震等级提高为特一级。

　　4.高位转换结构措施

　　本建筑结构七层以上的结构为高位转换层，标高在25.6m以上，其中有部分剪力墙的形式为框支墙，转换结构所采用的构件为钢筋混凝土宽梁，本工程所使用的宽梁的具体尺寸为1200*2000mm,在转换层的屋面板厚度取为250mm,在需要进行开洞的梁板附近，应加大断面尺寸和加强配筋。根据规范规定，对于高位转换，有许多的构造要求，对于本工程而已，最主要构造要求为以下几点：塔楼下的框支柱所承受的轴力较大，根据要求，柱子截面不能过大，因此在框支柱的中心放置适量的钢管或钢骨，支柱的截面取为正方形，边长为1000.在进行结构布置时，对于框支梁，应尽量将其布置在柱中线上以减小偏心的作用，为了避免出现二次转换的问题，设计将上部结构的侧力结构放置在转换梁上。

　　而尽量在转换梁上放置剪力墙，同时加大剪力墙之间的间距，采用大开间的形式；本工程为带有转换层的高层建筑结构，竖向抗侧力构件不能完整的连续在一起，因此加强传递剪力作用的楼板的刚度和强度，这样才能保证楼板在传力过程中能够安全可靠的进行。在构造上，框支梁的截面尺寸应符合规范要求，考虑剪压比的影响。框转换层的楼面厚度应取为250mm,这样才能保证楼板能够安全可靠的进行剪力的传递工作，配筋采用双向双层的方式。

　　5.大底盘多塔楼结构措施

　　对于结构的概念设计，在本工程中也尤其重视，其着重点为结构剪力墙在裙房以及主楼中的布置。塔楼的布置会对底盘产生偏心作用，而这个作用会使结构的扭转振动反应加剧，因此在结构布置时，应尽量减小塔楼与底盘的偏心作用。上部三个塔楼的形式为大开间剪力墙结构体系，在剪力墙结构中，芯筒内墙对抗侧刚度的影响甚小，因此在进行剪力墙的布置时，主要考虑承受竖向荷载，采取减小墙体厚度的措施，这样可以降低自重和减轻地震的振动影响。墙体长度与墙厚的比值应在至少八倍以上，同时小于8m.在结构的七层处为剪力墙厚度转换层，在其以下的剪力墙，如果落地，则应将其厚度增加到500mm;大底盘裙房是作为商用用途的，不能有够多的混凝土墙，因此部分剪力墙修建成不落地的形式，形成框支剪力墙。同时，为了减小上部结构刚度中心与底部刚度中心之间的距离，塔楼相对于底盘应对称进行布置，尽量减小塔楼与底盘之间的偏小，这样才能提高整体刚度的均匀性，减小振动带来的扭转作用。在底部的裙房入口出布置一道筒体剪力墙，墙体厚度取为300mm.

　　6.结语

　　通过从概念设计来提出初步的结构设计方案思路，针对该工程中出现的大底盘多塔、结构高位转换以及结构超长等特点，结合以往结构设计中存在的问题，提出合理的解决方法，为同类工程提供有价值的参考。

　　参考文献：
　　[1]陈捷。多塔楼大底盘结构设计与计算分析研究[J].科技资讯，2013.（04）。
　　[2]吴晟彦。大底盘结构设计与计算分析探讨[J].科技传播，2010,（07）。