文君酒厂技改建设项目(行政楼)结构设计

蒋正涛，郭 弛

(四川省建筑设计院，四川成都610017)

1 工程概况

四川省文君酒厂技改建设项目位于邛崃市东星大道文君酒厂内。行政楼为地上3层结构，地面到屋顶高度为15.200 m，典型柱网尺寸为9 m×12 m，一层层高为6.0 m，2层和3层的层高均为4.6 m。本工程总建筑面积约为5000 m2(图1)。

图1 四川省文君酒厂技改建设项目鸟瞰

采用钢筋混凝土框架—筒体结构，屋面为大悬挑钢结构雨蓬。行政楼旁的室外天桥为钢结构，通过悬挑连廊与行政楼相连接，结构平面图见图2。

工程设计使用年限为50年，结构安全等级为二级，地基基础设计等级为丙级。抗震设防烈度为7度，基本地震加速度为0.10 g，建筑场地类别为Ⅱ类，抗震设防类别为丙类，设计地震分组为一组，基本风压值为0.30 kN/m2，地面粗糙度为C类。

上部结构采用钢筋混凝土框架—筒体土结构，筒体部分基础采用钢筋混凝土筏板基础，框架柱采用独立基础。

2 本工程结构特点

由于建筑平面复杂、竖向变化也较大，为本工程结构设计带来了一定的难度，主要表现在以下几方面。

(1)竖向结构不规则，一层柱子采用“V”形钢管混凝土柱作为上层柱子的转换，上层柱子直接落在“V”形柱子的两端头。

图2 二层平面布置图

(2)屋面雨蓬沿屋檐周边出挑10 m，采用钢结构，存在着钢结构和混凝土结构的相互连接问题和解决钢结构挠度的问题。

(3)室外天桥局部独立悬臂钢柱间距为9 m，高度为10 m，在6 m标高的地方从钢柱处伸出钢梁作为走道平台梁，由于建筑要求平台封口边梁只能用［25的槽钢，挠度难以控制，其中一跨街道桁架跨度为21 m，下弦也只能用［25的槽钢，强度和挠度也难以控制。

3 结构选型和布置

(1)本工程采用钢筋混凝土筒体—框架结构，抗侧力体系由一个钢筋混凝土筒体和混凝土框架柱子组成。

(2)利用建筑中部的楼梯、电梯间、设备用房形成中部钢筋混凝土核心筒体，一层沿建筑周边布置“V”形柱子。因“V”形柱子端头支撑上部结构柱，柱轴力较大，为解决“V”形柱和上部柱子连接节点处存在抗剪和抗冲切不足的问题，在“V”形柱和上部柱子里面设置了钢管。钢管一直延伸到屋面，以加强柱子的延性，并有利于柱子和屋面大悬挑雨蓬钢结构的连接，见图3。

同时在“V”形柱顶设置拉梁以承受柱间拉力，为了让柱子与梁共同工作和提高梁的抗拉承载力，在梁里面也设置钢骨，钢骨与柱子内钢管相连接。

(3)由于一层大厅上部楼板大开口，同时为了精确计算梁板内的应力，将楼板定义为弹性膜，“V”形柱区域设置120 mm厚度的现浇钢筋混凝土楼板并双层双向配筋以加强两侧结构的连接。

(4)屋面悬挑雨蓬钢梁采用锚栓和屋面混凝土梁相连接。为加强安全储备，钢梁在3个点同混凝土梁连接。为了解决钢梁的挠度，规定钢梁适当起拱，设计时适当加大钢梁的刚度。加强与钢梁相连接的屋面混凝土梁配筋，上下钢筋均通长设置，以承受雨蓬钢梁传来的上下双向风荷载作用。

(5)21 m大跨度利用人行天桥扶手作为其上弦杆，采用桁架结构，将结构和建筑有机地结合在了一起。为解决室外天桥桁架下弦杆件只能用［25的槽钢，挠度难以控制的问题，在［25的槽钢内侧再并一［16的槽钢，形成组合截面，加大了截面的刚度，同时满足了强度要求。

图3 V型柱子详图

4 计算分析

采用中国建筑科学研究院PKPM工程部编制的PKPM系列之SATWE进行主楼的计算，JCCAD进行基础计算，同济大学开发的3D3S软件进行室外天桥计算。

(1)分析设计要点:“V”形柱转换构件左右对称布置，两端头上层的柱子也对称布置，以求在总体上对称，将左右各自的不平衡力，通过中间相连梁板的传递最终合并平衡消失，考虑到施工误差及可能由斜柱上端楼层传来的不平衡力，在设计中将此不平衡力传给核心筒来承担，最终传给基础。

(2)由于楼层活荷载的存在，严格的荷载对称情况是不存在的。因此，对采用“V”形柱转换的受拉楼层的梁、板配筋应做特殊考虑。具体设计时，板面上、下及梁内纵筋连续配置，其钢筋接头的搭接长度按受拉钢筋的要求处理。

(3)通过计算分析表明，不考虑楼盖梁的刚度退化时，楼盖梁处于最不利受力状态;当考虑楼盖梁的刚度退化且考虑长期作用影响时，“V”形和楼板处于最不利受力状态。因此，楼盖梁和“V”形的设计承载力应该分别满足最不利受力状态下的小震组合要求。

(4)在实际设计中，对“V”形斜柱子转换结构，采用弹性楼盖计算，并考虑下弦楼盖梁在轴向拉力下出现裂缝，引起下弦楼盖梁刚度退化造成对整体转换结构的不利影响，下弦楼盖需要满足重力荷载下裂缝限制的要求。实际设计时下弦楼盖梁按偏心受拉构件进行设计计算，并满足正常使用极限状态验算要求。在地震作用下，为保证转换结构可靠地传递重力荷载和地震作用，尤其是在大震作用下保证与“V”形柱相连接的竖向构件可靠工作是设计的关键。因此，与斜柱连接的节点应该在构造上予以特别加强。

(5)局部有限元分析FEQ计算

从PMCAD中截取一榀框架，采用高精度平面有限元分析程序FEQ进行二次应力分析，得出加强部位的应力和配筋。实际配筋时取FEQ和SATWE计算结果的较大值。

(6)室外天桥计算

室外天桥计算采用同济大学3D3S软件进行分析与设计。21 m跨的人行天桥桁架上下弦为梁单元，腹杆为杆单元。计算结果表明:桁架在各工况组合作用下，最大竖向位移、竖向挠度均满足规范要求。

5 梁柱节点及栓钉设置

(1)型钢混凝土结构的梁柱节点设计，主要是处理好不同结构材料之间的连接节点，以及沿高度改变结构类型所带来的承载力和刚度的突变。根据《型钢混凝土组合结构技术规程》(以下简称《型钢规程》)第9.2.1条，当结构下部采用型钢混凝土柱，上部采用钢筋混凝土柱时，在此两种结构类型间，要设置结构过渡层。主要措施是下部钢结构向上延伸，并设置栓钉。本工程转换层上只有3层结构，且屋顶有大悬挑钢结构，所以把钢管一直延伸至屋顶。

(2)型钢混凝土组合结构的梁柱连接按《型钢规程》第9.1.2条主要有三种形式。本工程在设计时，在型钢筋混凝土柱子内型钢采用贯通型，梁柱节点也采用刚性连接。设计上尽量减少梁纵向钢筋穿过柱内型钢柱的数量，钢筋尽量避开钢管柱子穿过，在钢管上开孔的周长不大于钢管柱子周长的25%。

(3)根据《型钢规程》第5.4.8条，对于转换层大梁等受力复杂的结构梁，为增加混凝土剪压区型钢梁上翼缘的粘结剪切力，型钢上翼缘宜设置栓钉。栓钉承载力根据《型钢规程》第11.3.1条和第11.3.4条计算。

6 结论

本文通过介绍一栋“V”形柱转换结构的复杂多层结构，并为解决其竖向抗侧力构件不连续的问题，部分结构构件采用了型钢混凝土组合梁作为其转换构件。由于这也是这栋复杂多层结构设计的一个重点和关键，直接影响到整栋楼结构的安全，因此设计时应予以特别重视。本文从工程概况、结构方案开始，引出要解决的问题，采用的计算和分析方法，计算参数的选取，设计中应考虑和注意的问题等一一做了详细说明，并且将解决这些问题的设计方法和步骤做了介绍。

［1］GB 50223－2004建筑工程抗震设防分类标准［S］

［2］GB 50011－2001建筑抗震设计规范［S］

［3］JGJ 138－2001型钢混凝土组合结构技术规程［S］

［4］GB 50017－2003钢结构设计规范［S］

［5］唐兴荣.特殊和复杂高层建筑结构设计［M］.北京:机械工业出版社，2006