北京立水桥奥北商务中心结构设计与分析

高之辉 曹 禾

(1．中国城市建设研究院，北京 100120;2．中国建筑设计研究院，北京 100044)

1 工程概况

北京立水桥奥北商务中心位于北京市朝阳区立水桥，为商业办公楼及配套服务用房，由地下两层车库和局部地上2层办公楼组成。地下2层层高6．4 m，地下1层层高分别为6．45 m(有上部结构处)、3．85 m(无上部结构，有覆土3 m)，地上两层层高分别为6 m，5．6 m。地下部分结构平面东西向长约160 m，南北向宽约76．5 m，地上部分结构平面东西向长约87 m，南北向宽约31 m。地下2层战时供人防使用，人防等级为6级。

工程抗震设防烈度为8度，设计地震基本加速度为0．2g，设计地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅲ类，特征周期为0．45 s。风荷载按50年一遇取为0．45 kN/m2。

2 地上结构选型

结构双方向柱距主要为8 m×8 m。地上房间的使用功能主要为办公，活荷载不是很大。由于结构高度不大，地震作用不控制，地上结构主要承受竖向荷载作用。为提高结构形式的合理性和经济性，地上的混凝土框架进行多次优化设计，设计方案如下:

1)经过反复比较，采用两道与X方向平行的次梁方案，该方案的优点:a．楼板的计算跨度小楼板可以做到很薄，楼板取100 mm厚，楼板配筋量小只需构造配筋即可;b．楼板荷载通过次梁传至两侧主梁跨度的三分点上而不是像十字形布置次梁那样次梁集中荷载直接作用在跨中，对减小Y向主梁截面较为有利。

2)由于梁端支座弯矩虽经过调幅后仍大幅大于梁跨中弯矩，实际上主梁支座和跨中所需截面高度并不一致。因此框架Y向主梁支座处采用竖向加腋以减少配筋且大幅提高其承载能力。虽然两方向主梁所需截面不同，一个方向为400 mm×650 mm(跨中截面，支座处竖向加腋)，另一个方向为250 mm×550 mm，但仍可以满足本工程建筑净空的要求，而且有利于设备管线沿Y方向布置。悬挑梁采用楔形变截面梁以减轻自重。

这样就使得整体结构混凝土和钢筋用量减至极低，且承载能力并不降低。

截面布置见图1。

图1 地上结构截面布置图

3 地下室结构选型

地下室梁板体系的选型与地上部分梁板体系的选型不同。地下室由于局部存在锅炉房夹层、机械停车、设备管线都需要一定的空间高度，而邻近建筑物又不允许地下室埋置深度加深，建筑层高受限，这样采用与地上结构相同的梁板体系势必导致建筑净空不足。为此基础底板、地下2层顶板、地下1层顶板局部(有覆土且行驶消防车处)均采用无梁楼盖。

地下室柱网大部分为8 m×8 m跨，基础底板计算厚度为650 mm(地面行驶消防车处)和550 mm两种。地下室底板采用上柱帽，柱帽水平尺寸取2．7 m×2．7 m计算，柱帽厚度为600 mm(地面行驶消防车处)和450 mm。基础底板采用上柱帽与采用下柱帽相比有以下优点:

1)达到相同的抗冲切效果所需的混凝土材料较少。2)基础底板底面为一平面，防水做法简单，施工方便。3)如采用下柱帽，则筏板的下筋贯穿柱帽截面高度的中上部，支座负弯矩主要靠柱帽底部的附加筋来承担，筏板下部贯通筋利用效率低。4)上柱帽之间填土可以增加结构自重，抵消部分水浮力。

基础底板模板见图2。

图2 基础底板模板平面图

整个建筑物外形极为不规则，给无梁楼盖的设计计算增加了难度。经反复调整计算，地下室2层顶板计算厚度取为450 mm和550 mm(地下1层设置消防水池处)两种，水平尺寸与基础底板相同，柱帽厚为300 mm和500 mm(地下1层设置消防水池处)。地下1层顶板上有3 m深覆土并且地面行驶消防车处，顶板为无梁楼盖结构，楼盖计算厚度为600 mm，柱帽高450 mm;其余顶板为梁板式结构。

地下室挡土外墙受水压力和土压力双重作用，计算需要的厚度较大，为了节省造价且受力更合理，挡土外墙采用楔形截面，从下往上逐渐变薄。挡墙剖面如图3所示。

图3 挡墙剖面图

基础埋深较深，底板底标高－14．700，而抗浮水位又比较高，只低于自然地面3 m(室内外高差0．3 m)，建筑物整体自重较轻，故主要采用基础底板下满布抗拔桩来达到整体结构抵抗水浮力的目标。

具体实施如下:

1)结构整体采用中国建筑科学研究院PKPM软件计算。PM导算结构总重量G恒=275 768 kN，结构底面积A=5 675 m2，上部结构传至基底的面荷载Q1=48．6 kN/m2;基础底板+柱帽覆土传至基底的面荷载Q2=43．15 kN/m2;总的基底面荷载设计值Q=(Q1+Q2)×0．9=82．6 kN/m2。抗浮水位水浮力设计值 Q水=108．56 kN/m2。抗拔桩需要抵抗的水浮力ΔQ=30 kN/m2。抗拔桩抵抗上拔力主要依靠桩与桩周围土的摩擦力，为了更好地利用这一点，应取小直径钻孔灌注桩，桩间距取1．5 m较合适，算得单桩承载力特征值F=70 kN。桩直径的取值也是经过一番比较和优化得出的，总的说来，小直径桩单位材料所达成的抗拔力效率高，而直径太小容易造成断桩，直径太大利用率又降低，故取桩直径D=400 mm。依据JGJ 94-2008建筑桩基技术规范计算得桩长L=5．1 m，构造配筋即可。这样，因为桩长和桩直径均较小，最终达成受力充分合理和减少造价的目的，受到建设单位的一致好评。

2)挡土外墙受到的土压力和水压力都较大，地下2层挡墙沿高度受到的水平矩形线荷载最大达140 kN/m，水平三角形线荷载达126 kN/m;地下1层挡墙沿高度受到的水平矩形线荷载最大达54 kN/m，水平三角形线荷载达103 kN/m，这样就需要墙厚达600 mm。为了使受力达到最优化，挡墙截面选用楔形截面，从下往上逐渐变薄，最厚处600 mm，最薄处300 mm，考虑了弯矩包络图的形状。

［1］GB 50011-2010，建筑抗震设计规范［S］．

［2］GB 50010-2010，混凝土结构设计规范［S］．

［3］JGJ 94-2008，建筑桩基技术规范［S］．