珠江国际商贸中心办公楼结构设计

1、珠江国际商贸中心办公楼结构设计摘要：本文通过对一幢高97.7m的框架-核心筒结构高层建筑的结构设计浅析，阐述了框架-核心筒结构的平面布置，核心筒外墙与外框架间大垮梁挠度控制，短柱及跃层柱的加强措施、连梁超筋解决方法等，希望能给今后类似的工程设计有所借鉴。关键词：框架-核心筒结构；墙肢平面外；挠度控制；连梁超筋1.工程概况 珠江国际商贸中心项目是一个集商业、办公、酒店于一体的商业综合体建筑，位于上海市青浦区赵巷镇，南接A9高速公路，地处沪青平公路南侧、通波塘东侧。本工程主要由东西两侧基本对称的两栋22层办公楼、一栋19层酒店及3层裙房、地下2层车库及设备用房组成。地上各单体由两层地下车库连成一体

2、，埋深约为12.0米。酒店与两栋办公楼之间在地面以上设置抗震缝将其分成三个独立的抗震单元。本工程地面以上建筑面积约12.34万m2(其中酒店建筑面积为2.62万m2)，地下室总建筑面积约3.45万m2。本文主要阐述办公楼框架-核心筒的结构设计及其关键问题的处理措施。 办公楼建筑安全等级为二级，设计使用年限为50年，抗震设防类别为标准设防类，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度0.10g，设计地震分组为第一组 ，场地类别为上海地区类，场地特征周期0.9s，结构阻尼比0.05，多遇地震下水平地震影响系数最大值0.08。基本风压为0.55 kN/m2，地面粗糙度为B类，风载体形系数取1.40。 2

3、.结构布置及结构体系 本工程以地下室顶板作为上部结构嵌固端，抗震缝宽按照高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010(以下简称高规)3.4.10条要求设置；两栋办公楼基本对称布置，地面以上共22层，建筑高度97.7米，13层为裙房，层高分别为6.50m、6.00m和5.40m； 422为办公用房，标准层高4.20m，办公楼采用有梁板体系的钢筋混凝土框架核心筒结构，核心筒由剪力墙围合而成，用于建筑垂直交通、设备用房及管井。标准层x向平面总长为42.6m，Y向平面总长为45.6m，高宽比2.29小于7，满足高规3.3.2条要求；核心筒x向平面总长为18.4m，y向平面总长为17.9m，核心筒的宽度

4、均大于筒体总高的1/12，满足高规9.2.1条要求；周边框架柱间轴网基本为9.00m、10.80m，和沿周边布置的刚度较大的框架梁(600x900)构成了外框架，外框架柱与核心筒外墙的距离为11.85m、13.60m，按高程9.1.5条：核心筒或内筒的外墙与外框柱间的中距，非抗震设计大于15m 、抗震设计大于12m 时，宜采取增设内柱等措施。由于建筑平面功能不允许设置内柱及建筑办公层有净高要求(最大梁高只能做到750mm高)而外框架柱与核心筒外墙的距离大于12m，合理的楼面梁布置、截面尺寸确定及对挠度的控制是本工程结构设计的一大关键。经过结构计算综合对比分析，最终确定图(1)所示结构平面布置。

5、除四个角部采用井字梁双向布置，其余中部采用单向次梁布置，尽量减少主梁分担的荷载，以期在满足挠度与裂缝验算的基础上尽量满足建筑净空的需要。同时采用宽扁梁，尽量减少梁高。X向核心筒外墙由于电梯门厅过道洞口分成两段刚度较大的墙肢，核心筒可近似看成Y向两个小分筒组成，两个小分筒四角均用框架梁与外围框架柱连接，这样布置更能充分发挥核心筒与外框架的共同受力作用，提供更大的抗扭刚度，经计算比分筒四角不设框架梁的整体抗扭刚度增大8%。 对于竖向构件及混凝土等级详见表1，筒体墙和框架柱截面收缩楼层尽量错开，考虑核心筒内开洞较多，采用楼板130mm厚，双层双向配筋。B1二层为底部加强部位，B1三层设置约束边缘构件

6、。框架抗震等级为二级，核心筒剪力墙抗震等级为二级，地下一层的抗震等级同相连的上部结构，地下二层的抗震等级为三级。 3.基础设计 根据工程地质勘察报告，本工程所位于的场地地貌属长江三角洲滨海平原类型，自地表至90.0m深度范围内的土，均为第四纪沉积的粘性土、粉性土及砂土。 基础设计安全等级为二级，拟采用桩基-筏板的基础形式。桩基采用预应力高强混凝土管桩，抗压桩桩径600，桩长约33m，桩尖持力层第2层砂质粉土夹粉砂层，单桩竖向抗压承载力设计值2300 kN。抗拔桩桩径500，桩长约27m，桩尖持力层第t层粉质粘土夹粉性土层，单桩竖向抗拔承载力设计值650 kN。桩基进入持力层的深度均满足规范要求

7、。基础底板厚度办公楼除核心筒下为2200mm外其余为1700mm，局部框架柱下根据冲切验算结果适当加厚，其余基础底板厚度为800mm。 本工程采用中国建筑科学研究院CAD工程部编制的JCCAD软件(Ver2010)以及桩基筏板计算程序TBSP(Ver2010)进行沉降计算与分析。初步计算主楼最大沉降值控制在规范允许范围以内。为减少主楼与裙房的沉降差，通过以下措施：通过选择不同桩尖持力层；控制主楼的计算沉降量；在主楼与地库及裙房间设置沉降后浇带。 4.主楼上部结构设计 4.1 计算程序及主要计算假定 上部结构主要采用中国建筑科学研究院CAD工程部编制的SATWE软件(Ver2010)进行计算分析

8、，主要计算假定 ： 酒店与办公楼嵌固端均设于地下室顶板处； 地震力计算采用CQC法，振型数取为24； “薄弱层”的判别方式上采用等效剪切刚度； 采用局部弹性楼板进行整体分析； 周期折减系数取0.8； 考虑双向地震作用与偶然偏心； 仅在“位移比”验算中采用“全楼刚性板”假定； 4.2主要计算分析 本工程计算分析的主要结果：周期、有效质量系数、框架柱地震倾覆弯矩百分比、动力反应、扭转反应和剪重比均符合高规规定。对于轴压比接近或超过限值的框架柱，设计采用建筑抗震设计规范GB50011-2010中第6.3.6条注3的井字复合箍的形式改善其抗震延性，并使之满足规范要求。 5.结构设计中的关键问题处理 5

9、.1地下室顶板嵌固 本工程酒店与办公楼均嵌固于地下室顶板，由于地下室扩出部分面积大、覆土厚，加上室内外0.45m的高差，与主楼部分地下室顶板普遍形成1.3m 的错层。为保证地下室顶板实现嵌固端的作用，合理传递水平力，保证地下室的嵌固效果，采取了以下措施: (1) 主楼部分地下室顶板采用梁板楼盖体系，由于层高高，顶板梁高普遍大于跨度的1 /10，板厚为250mm，保证了顶板嵌固效果。 (2)对于错层位置的竖向构件提高一级采取抗震构造措施；适当增大主楼部分地下室柱断面，增加配筋。在不影响建筑功能的情况下，主楼下部的地下室、核心筒及四周普遍增设混凝土构件墙增强整体性，保证了地下室的嵌固作用。经计算，

10、主楼范围内地下1层刚度普遍高出地上1层的2倍以上。 (3) 错层处地下室主楼部分外圈梁采用600mm宽的大截面，以保证刚度，垂直方向采用加腋搭接，在垂直方向的楼板采取竖向双向加腋构造措施，以保证水平地震力得到有效传递。 (4) 对地下室外墙四周的回填土提出质量及压实要求，保证地下室的嵌固效果。 5.2短柱及跃层柱的加强措施 为满足规范对柱轴压比限值的要求，柱子的截面比较大，在底部标准层处形成短柱(剪跨比cc0)。在建筑遭受本地区设防烈度或高于本地区设防烈度的地震影响时，很容易发生剪切破坏而造成结构破坏甚至倒塌，无法满足“中震可修，大震不倒”的设计准则。为了避免短柱脆性破坏问题短柱应采取一些构造

11、措施或处理，提高短柱的延性和抗震性能。短柱在设计时满足“强剪弱弯”和“强柱弱梁”要求的前提下，再使用复合螺旋箍筋来提高框架柱的抗剪承载力，增强对砼的约束作用，能够达到改善短柱抗震性能的目的。 办公楼二层南侧门厅处局部挑空开洞口，楼板缺失引起的局部跃层柱在计算上手工复核其抗剪承载力，构造上设置芯柱并加强体积配箍率以增强其抗震承载力与延性。 5.3楼面梁与核心筒外墙平面外连接处理措施 核心筒外墙与外框架间楼面梁最大跨度有13.6m，均与核心筒外墙平面外连接，框架梁端弯矩高达1917kN.m，次梁梁端也有865kN.m。剪力墙的特点是平面内刚度及承载力大，而平面外刚度及承载力较低，墙肢平面外受弯对剪

12、力墙是极为不利的，当墙薄而梁弯矩较大时可能发生局部拉脱破坏，应采取相应的加强措施以确保墙肢平面外的承载力及其稳定。若将支座为墙的一端设为铰结，则可以解决梁支座负弯矩对墙的不利影响，但梁的截面会大大增加，挠度不易控制，影响建筑层高，这是建筑专业所不允许的，故不宜设为完全铰结。本工程将其设计成半刚性连接，以减小墙肢平面外弯矩，并且有利于大梁挠度控制。楼面梁轴线方向梁端有翼墙的尽量与翼墙连接或高规7.1.6条要求在梁端墙内设置暗柱来增强剪力墙的平面外抗弯承载力。暗柱通过计算确定纵向钢筋。另外参考一些工程经验，在核心筒外挑出贯通环梁(牛腿)，增强了墙肢平面外的承载力及其稳定。 核心筒外墙与外框架间楼面

13、次梁挠度控制 5.4核心筒外墙与外框架间梁最大跨度有13.6m，大垮楼面梁的挠度应满足现行混凝土结构设计规范GB50010-2010(以下简称混规)第3.4.3 条的规定。楼面梁与核心通过外墙连接一端按半刚性连接，与外框架梁连接端按完全铰接计算；梁端支座执行混规9.2.6条,支座钢筋必须满足下部钢筋的1/4，充分利用钢筋的抗拉强度。在核算梁挠度时，按混规5.2.4条考虑楼板作为翼缘对梁刚度和承载力的影响，可使挠度较小25%左右；另一方面，由于核心筒外墙一圈贯通环梁的设置，减小了梁的跨度，同时有效增加了梁端钢筋的锚固长度，增大了梁端的嵌固性能，加大了梁的刚度，也有利于楼面梁的挠度控制。通过以上措

14、施使得挠度控制在规范允许范围之内。 5.5核心筒连梁设计 在核心筒外墙左上角及右边楼梯处开设结构洞削弱其墙体刚度，使核心筒XY方向刚度比较接近。中间Y方向电梯门洞连梁跨高比均小于2.5，吸收地震剪力比较大，连梁超筋。在工程设计中对连梁设计及超筋现象进行了如下处理措施，确保连梁强剪弱弯，确保连梁塑性发展后其他结构构件有足够的抗震能力。 正确选取连梁的计算模型 抗震墙连梁根据连梁的强弱采用不同的计算模型，当为较强连梁(连梁净跨度Ln与连梁截面高度H的比值Ln/h5，且连梁截面高度不小于400mm)时，采用墙开洞模型计算；当为较弱连梁(连梁净跨度Ln与连梁截面高度H的比值Ln/h5或当连梁高度小于4

15、00mm)时，采用梁元模型计算； 连梁调幅处理 对连梁的弯矩和剪力进行塑性调幅，在内力计算前，对连梁刚度进行0.7的折减，考虑连梁的塑性内力重分布，以降低其剪力设计值，同时增大抗震墙的地震效应设计值。经调幅后的弯矩设计值不宜小于调幅前的0.8倍。 (3)减小连梁截面或加大洞口宽度 减小连梁截面，主要是降低连梁截面高度，加大洞口宽度主要是增大跨高比，从而达到减小连梁计算内力的目的，同时加大抗震墙的地震效应计算。 (4)采用双层连梁 根据建筑抗震设计规范(GB 50011-2010)6.4.7条，设水平缝形成双层连梁，通过减小连梁刚度的措施来减小连梁计算内力。 6.结语 通过本工程的设计实践，框架-核心筒结构若有明显的分筒时，各分筒通过框架梁与外框架的拉接，能提供更有效的抗扭刚度； 对框架-核心筒结构设计中，概念要清晰，对于关键问题处理应有足够的重视： 地下室顶板作为上部结构的嵌固端能有效传递水平地震力；提高短柱及跃层柱的抗震承载力与延性；楼面梁与核心筒外墙平面外连接处，应考虑楼面梁端弯矩对墙肢的不利影响，加强措施以确保墙肢平面外的承载力及其稳定；楼面梁的挠度要得到有效控制；对于连梁要符合“强墙肢弱连梁”“强剪弱弯”的要求。