某商业综合体结构选型及概念设计

何立萍

(中国建筑西南设计研究院有限公司，四川成都 610042)

1 工程概况

本商业综合体地上建筑面积为7.78万m2，设两层地下室，地上四层裙房及塔楼，塔楼地面以上高度为99.15 m，小于100 m，为A级高度的高层建筑。裙房平面尺寸为143.1 m×94.4 m，塔楼平面尺寸为55.6 m×35.45 m，偏置于裙房南侧。

2 结构体系的确定

2.1 塔楼结构体系的确定

塔楼平面尺寸为55.6 m ×35.45 m，高度为99.15 m ＞80 m，高宽比为2.8略小于3，根据建筑平面的布置要求，剪力墙只能设置于平面中心，初步确定塔楼的结构体系为框筒结构，再根据塔楼的平面为矩形，且长短边长之比较大，结合建筑布置，最终定下塔楼的结构体系为框筒结构中的双筒结构。塔楼标准层竖向构件平面布置见图1。

图1 塔楼标准层竖向构件平面布置

2.2 裙房结构体系的确定

裙房屋面高度为21.25 m，有较大范围屋面顶标高为26.35 m但不与塔楼相连，裙房总高大于24 m，为高层建筑，裙房平面尺寸为143.1 m×94.4 m，与塔楼相差较大，且塔楼偏置于裙房一侧，故考虑采取措施尽可能减小裙房对塔楼的影响。结合建筑布置，将裙房定为框剪结构，并调整剪力墙的布置使其基本满足墙间距的要求，通过计算复核及局部调整，确定裙房结构部分在不考虑塔楼筒体刚度的情况下，其位移角、位移比以及周期比等计算参数也可以满足规范的要求并尽量接近塔楼的参数，达到了尽可能减小裙房对塔楼的不利影响的设计目的。裙房与塔楼参数的比较见表1，裙房竖向构件平面布置见图2。

表1 裙房与塔楼参数的比较

图2 裙房竖向构件平面布置

3 梁板布置的确定

3.1 塔楼梁板布置的确定

1)梁布置:塔楼标准层平面较规则，且筒体结构体系对于塔楼的高度及高宽比而言偏安全，故平面主要采用了双次梁布置，但由于塔楼平面左上角及右上角开间较大且角部本身即存在应力集中的情况，左上角及右上角开间采用井字梁布置以加强，此外根据建筑要求，柱网内梁高限制为600，综合考虑结构梁挠度的问题及经济性问题，采取的措施主要包括大跨度梁外挑及尽量减少小梁，最终确定了塔楼标准层的梁布置，详见图3。

2)板布置:为加强框架柱与筒体的连接，标准层板厚取120，并加层平面角部板配筋及筒体内、筒体之间板配筋。考虑到裙房屋面以上主体平面发生突变，裙房屋面以上第一层板厚取150 mm，配筋为双层双向10@150，根据计算局部附加钢筋;第二层板厚120 mm，配筋双层双向8@150，根据计算局部附加钢筋，并要求进行弹性板计算复核。

图3 塔楼标准层结构平面布置

3.2 裙房梁板布置的确定

1)梁布置:一层至屋面层裙房平面布置皆有较大差异，但都存在开间长宽比较大、悬挑较多、大跨度梁较多的问题，结合实际情况并考虑工程经济性的目的，梁平面布置同塔楼一样主要采用了双次梁布置，一层室外地下室顶板主要采用井字梁布置。2)板布置:裙房一层为地下室顶板，尽管本工程嵌固端设为基础，地下室顶板在传递地震力时仍有一定作用，而且尺寸超长，考虑其将承受较大的温度应力，取一层板厚为180 mm，板配筋为双层双向10@150，根据计算局部附加钢筋;裙房其他层平面尺寸均超长，故均考虑适当加强，二、三层取120 mm厚，板配筋为双层双向8@150，根据计算局部附加钢筋;四层为裙房屋面下一层，应同时考虑裙房屋面以上突变的影响，取130 mm厚，板配筋为双层双向8@150，根据计算局部附加钢筋;裙房屋面层除以上问题外，还存在开洞面积大的问题，故板厚取150 mm厚，板配筋为双层双向10@100，根据计算局部附加钢筋。二层～四层洞边狭长板带钢筋适当放大，且裙房各层楼板最后均应考虑温度应力后做弹性板分析复核。

4 结构超限情况

4.1 结构超限情况判断

本工程存在塔楼偏置的情况，经计算，单塔与大底盘的质心偏心距为底盘相应边长的30%，大于20%，属于超限的高层建筑工程。

4.2 根据结构概念确定的应对措施

1)控制框架柱的轴压比:在建筑允许的情况下，控制框架柱轴压比使其比规范限制再小0.1左右，对于跨层柱，还应进一步增大柱截面，标准开间柱截面不小于700×700。2)增大裙房剪力墙墙厚:剪力墙作为抗震设计的第一道防线，有着很重要的意义，而由于建筑功能的需要，裙房中剪力墙数量偏少，故增大裙房剪力墙墙厚以达到增强结构安全性的目的，大部分剪力墙厚取为400及以上。

5 特殊构件的初步设计及分析

5.1 转换梁

由于建筑功能在竖向的多次变换，导致部分框架柱不能落到基础上，需要通过转换以达到设计目的。转换梁主要分布在负一层、一层及四层:负一层及一层转换梁跨度小，多为标准跨度8.4 m，梁上柱所传递荷载较大;四层转换梁梁上柱所传递荷载均较小，跨度大部分偏大，为14 m～15 m。各转换梁均应考虑竖向地震作用进行设计。考虑经济性及施工的操作性难度，转换梁的初步设计思路为:尽可能采用普通的混凝土梁，在普通的混凝土梁满足不了空间使用要求或结构承载力设计要求时，采用型钢混凝土梁或预应力梁，考虑到梁上柱的施工，排除采用预应力梁，三根大跨度转换梁中，有两根梁的梁上柱距一侧转换柱距离较近，约为2 m～3 m，可以考虑转换梁仅一段采用钢骨梁。

5.2 大跨度梁

本工程存在较多大跨度梁，集中存在与裙房屋面26.35 m及23.45 m标高处，其他各层也有分布。大跨度梁的初步设计思路为:在满足挠度要求的前提下，尽可能采用普通混凝土梁，可采取加高梁高、加密次梁等措施，普通混凝土梁满足不了要求时，可采用型钢混凝土梁或预应力梁，经经济性分析，并考虑施工难度，决定采用预应力梁。考虑到楼面荷载并不大，跨度20 m及以下的梁均采用普通混凝土梁，跨度大于20 m的梁采用预应力梁。跨度在18 m及以上的梁均应考虑竖向地震作用进行设计。

5.3 大悬挑梁

本工程裙房各层均存在大量大悬挑梁，塔楼标准层左下角及右下角也存在5 m左右的大悬挑梁。裙房的大悬挑梁主要分布在中庭边缘以及平面外缘，后者承重大于前者，考虑到减轻梁自重，尽量采用变截面梁，中庭边缘的大悬挑梁梁端高度采用500 mm，平面外缘的大悬挑梁梁端高度采用600 mm。大悬挑梁尽可能采用普通混凝土梁，以增大梁高及增多外挑梁段的方式控制挠度。其中有几处特别的悬挑梁，跨度约为7 m～8 m，且梁段落有扶梯，荷载较大，对梁的刚度要求也较高，因中庭的使用空间要求，梁高也有限制，故这几根梁决定采用预应力混凝土梁。跨度3 m及以上的悬挑梁均应考虑竖向地震作用进行设计。

6 结语

6.1 基本计算前概念分析意义

根据本工程的建筑资料初步分析，可得出本工程竖向刚度不连续、存在塔楼偏置等结论，根据概念进行初步的竖向构件布置之后，可以发现本工程部分竖向构件不连续、存在大量大悬挑梁以及大跨度梁，接着进行梁板的初步布置，最后将根据概念分析得出的初步结构布置导入模型计算，大部分概念设计得到了肯定，大大减小了调试模型的工作量。

6.2 概念设计对抗震设计的意义

由于本工程属于超限高层建筑工程，最后还做了弹塑性计算并进行性能化分析，得出的结论与概念设计时的结论相近，由此观之，正确的概念设计分析对得出有效抗震的合理结构方案有重大意义。

［1］傅学怡.实用高层建筑结构设计［M］.第2版.北京：中国建筑工业出版社，2010.

［2］李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例［M］.第2版.北京：中国建筑工业出版社，2010.