珠海国际科技大厦结构设计

万里鹏

【摘要】 珠海国际科技大厦是一栋5A级写字楼。设计中从结构合理、专业协调、便于施工的角度对塔楼的结构方案进行了比较及优化。最终塔楼部分采用带转换层的框架-剪力墙结构体系，使主体部分受力合理并满足建筑立面要求，对其他工程结构设计方案的选择具有参考价值。

【关键词】 结构方案比选 转换层 框架-剪力墙

1. 工程概况

珠海国际科技大厦是一栋5A级标准的纯高档写字楼，位于珠海市香洲区红山路东侧，西面为珠海市体育中心，南面为珠海市行政服务中心，地理位置优越，交通便捷，于2008年7月竣工验收。工程占地面积为9000㎡，总建筑面积为27633.2㎡，其中地下两层，地上15层，裙楼部分为1-3层，建筑总高度63 m，结构形式为框架-剪力墙结构。本工程首层平面最大尺寸56.5m×53.8m，层高5.4m，二层层高4.8 m，三层层高6.0m，四层及以上层高3.9 m，设有两层地下室，地下一层层高3.8m，地下二层层高3.2m，其中地下一层平时作为停车库和设备用房使用兼作战时人防地下工程。基本风压：wo = 0.90 kN/㎡；地震设防烈度7度，设计地震基本加速度值0.10 g，设计地震分组为第一组。框架抗震等级二级，框支柱、框支梁抗震等级一级；剪力墙抗震等级为二级，剪力墙底部加强区抗震等级为一级。

2. 结构布置

2.1 建筑特点

建筑的平面如图所示，根据建筑功能要求和平面布置特点，工程主楼的竖向交通和设备管井集中布置在塔楼中心，环绕内筒四周的是可灵活分隔的大开间标准办公房间，为了满足建筑的使用功能和外形美观，标准层外围部分柱子在四层标高处断开。

2.2 方案初定

根据建筑特点，可以在塔楼中心部位楼电梯集中的地方集中布置剪力墙，在周围布置可以灵活分隔空间的框架结构，因而形成剪力墙内筒与外围框架梁柱协同工作的框架-剪力墙结构体系。

2.3 方案比选

初步确定结构体系之后，还要对结构的具体方案进行比选，设计者在确定最终方案前对是否作转换，是否设计成双塔楼等问题，分别用PKPM建模计算比较，最终选定安全可靠，经济合理的方案。

2.3.1 不转换与转换的比较

不作转换的结构SATWE计算如下：

振型号 周 期 转 角 平动系数 （X+Y） 扭转系数

1 1.9724 0.47 1.00 （ 1.00+0.00 ） 0.00

2 1.6402 93.22 0.09 （ 0.00+0.09 ） 0.91

3 1.5593 90.19 0.92 （ 0.00+0.92 ） 0.08。

从上面计算结果可以看到，结构的第二振型扭转严重，而建筑立面效果及使用功能都不允许再加大外围梁柱尺寸。结合本工程，由于建筑立面效果有外围密柱布置，加大每层外围楼层梁截面高度，形成密柱深梁，但需在四层楼面处进行梁托柱转换。布局如下：

图4 转换层平面布置图

作转换的STAWE计算结果如下：

振型号 周 期 平动系数 （X+Y） 扭转系数

1 1.7783 1.00 （ 1.00+0.00 ） 0.00

2 1.4542 0.98 （ 0.00+0.98 ） 0.02

3 1.3866 0.02 （ 0.00+0.02 ） 0.98

结构第一、二振型都为平动，且第一扭转周期与第一平动周期的比值为1.3866/1.7783=0.78<0.85，结构具有足够的抗扭刚度。所以选择带转换层的结构。

2.3.2 双塔楼与单塔楼整体方案比较

建筑的平面为 （如图3），在进行结构方案设计时有两个方案可选择：一、按两个平面为﹂的塔楼设计；二、按一个塔楼整体设计。SATWE计算结果对比如下（取前三个振型）：

（1）单塔楼整体：

振型号 周 期 平动系数 （X+Y） 扭转系数

1 1.7783 1.00 （ 1.00+0.00 ） 0.00

2 1.4542 0.98 （ 0.00+0.98 ） 0.02

3 1.3866 0.02 （ 0.00+0.02 ） 0.98

结构最大层间位移角：

X方向： 1/1584.

Y方向： 1/1942.

（2）按双塔楼设计

北面塔楼：

振型号 周 期 平动系数 （X+Y） 扭转系数

1 1.7109 0.98 （ 0.98+0.00 ） 0.02

2 1.3718 0.99 （ 0.00+0.99 ） 0.01

3 1.1999 0.05 （ 0.03+0.01 ） 0.95

结构最大层间位移角：

X方向： 1/1689.

Y方向： 1/2104.

南面塔楼：

振型号 周 期 平动系数 （X+Y） 扭转系数

1 1.6520 0.99 （ 0.98+0.00 ） 0.01

2 1.4311 1.00 （ 0.00+1.00 ） 0.00

3 1.2066 0.03 （ 0.02+0.01 ） 0.97

結构最大层间位移角：

X方向： 1/1820.

Y方向： 1/1950.

计算结果显示，两个塔楼的刚度和自振周期相差不大，在此基础上采用结构整体受力的方案的好处有：

（1）避免作分隔缝，降低施工难度。

（2）避免连廊处的悬挑（2.3m），降低工程造价。

经分析比较，本项目最终选择单塔楼整体结构方案。为了加强结构的整体性，设计者加强了中间连接部位的梁板结构，连接部位板厚为150mm，钢筋双层双向拉通，同时加大梁截面宽度，拉通梁面钢筋。

3.结构计算分析

3.1主要构件截面：

竖面构件：核心筒剪力墙为300mm厚，少部分为400mm.四层以下柱截面为1000 mm×1000 mm、900 mm×1000 mm，外围梁截面为900 mm×1000 mm。转换梁为750 mm×1500 mm、850 mm×1500 mm。五层到十三层外围柱为500 mm×900 mm和900 mm×500 mm，外围梁为250 mm×1100 mm。十四层到十六层的外围梁为350 mm×800 mm。

3.2 SATWE计算结果如下：

振型号 周 期 平动系数 （X+Y） 扭转系数

1 1.7783 1.00 （ 1.00+0.00 ） 0.00

2 1.4542 0.98 （ 0.00+0.98 ） 0.02

3 1.3866 0.02 （ 0.00+0.02 ） 0.98

结构最大层间位移角：

X方向： 1/1584.

Y方向： 1/1942.

剪弯刚度算法转换层上下部结构刚度比：

X方向：0.4920<1.3

Y方向：0.3915<1.3

本工程中，转换层层高为3.9m，转换层下层层高为6m，为缓解刚度突变，避免出现薄弱层，设计者对转换层上下的竖向受力构件进行变截面处理，同时降低混凝土强度等级，使转换层上部结构与下部结构刚度比满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）要求。

4.结论

本工程项目在结构设计中，经过不同结构方案的分析比选，最终选择带转换的框架—剪力墙结构。设计者从结构概念设计出发，对转换层上下结构的刚度进行有效处理，对连接部分进行加强，使结构受力更加均匀合理，降低工程造价。

设计者巧妙地把建筑外围做成密柱深梁，不仅受力合理，而且形成了虚实相间的建筑立面效果，使建筑美观优雅，实现了建筑与结构的完美统一。

参考文献：

1.《混凝土结构设计》GB50010-2002

2.《高層建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002

3.《建筑抗震设计规范》GB50011-2001