合肥市某公司研发中心办公楼结构设计及难点分析

郝成义 （安徽省建筑科学研究设计院，安徽 合肥 230031）

1 工程概况

某公司拟建研发中心办公楼位于合肥市包河区北京路与牯牛降路交叉口东南角，总用地面积17214m2，地上由一栋十五层高层办公楼（建筑高度58.2m）、七层高层裙房（建筑高度30.9m）和五层低层裙房（建筑高度23.1m）组成，项目总建筑面积4.92 万m2，地下建筑面积1.33 万m2，地上建筑面积3.59 万m2，建筑效果图和总体平面图见图1、图2 所示。

图1 科研中心办公楼效果图

图2 建筑总平面图

2 结构设计

2.1 结构设计基本技术参数

本工程抗震设防类别为标准设防类，结构的设计使用年限50 年，工程结构安全等级二级；基本风压：W0=0.35kN/m2（重现期50 年），地面粗糙度为B 类，基本雪压：S1=0.60kN/m2（重现期50 年）；地震作用：抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第一组，多遇地震作用下水平地震影响系数最大值amax=0.080[1]。

2.2 结构概况及选型

该工程上部结构考虑建筑功能、抗震要求以及结构体系，设置两道抗震缝，将其分成三个结构单体。最北侧为一栋十五层办公楼，结构体系采用框架剪力墙结构，抗震等级框架二级[2]，剪力墙二级；与之相邻为长度74m 的七层裙房，属于高层建筑，局部底下三层架空设置通道，结构体系采用框架结构，框架结构抗震等级二级，局部架空连廊部位框架提高为一级；最后一栋单体为五层裙房，多层框架，三层局部抽柱子设有多功能厅，结构体系采用框架结构，抗震等级三级。结构设计通过合理设置抗震缝，根据不同结构体系可以将结构分成几个结构单体，每个单体有不同的结构体系和抗震等级，根据规范可以采取不同抗震措施和抗震计算，有利于后续结构设计，并且造价经济合理。

2.3 基础设计

根据安徽省城建设计研究总院股份有限公司提供的《百川名品供应链股份有限公司办公楼科研信息化研发项目岩土工程勘察报告》指出，场地地貌形态为江淮丘陵，微地貌单元为南淝河一级阶地与二级阶地过渡带，拟建场地总体起伏较大，主要土层有2 层杂填土、层粉质粘土、3 层粘土和层风化残积土。根据报告建议以及相邻地段工程基础经验，拟建工程基础采用预应力混凝土管桩，以层粘土为持力层，管桩直径选用PHC-AB500(125)（设计竖向抗压承载力特征值1400kN）和PHC-AB600(130)（设计竖向抗压承载力特征值3200kN）。柱墙下采用群桩+承台基础设计方案，部分承台大样见图4 所示。承台筏板之间设基础梁，基础梁尺寸400×800，底板厚度400mm，考虑水浮力作用，由于地下室底板结构标高-6.700，抗浮设计水位取设计室外地坪下1.0m，纯地下室以及部分裙房桩基需要考虑抗拔力，设计抗拔力400kN，相应构造措施应满足图集中抗拔桩要求。

图4 两桩、三桩承台大样

2.4 结构平面布置

本工程结构层高变化较大，底部一层建筑高度5.4m，由于地下室顶板降低800mm，导致底部一层结构高度有6.15m，二、三层建筑层高4.8m，结构高度4.8m，以上各层3.9m。 机房层3.75m。考虑结构刚度比要求及规范轴压比要求，框架柱主要采用800x800、700x700、600x600 等截面尺寸，利用电梯及楼梯间布置剪力墙，剪力墙厚度300mm；框 架 梁 采 用 300x800、300x600、250x700、250x600 等截面尺寸，架空通道顶处梁采用型钢混凝土梁500x900，内 置 型 钢600x250x18x25，Q345材质，多功能厅顶部梁采用普通混凝土梁截面尺寸450x1200，楼盖采用梁板结构形式，一般板厚100mm、120mm等，通道顶以及机房板厚150mm。结构四层的结构平面（架空通道顶）布置见图3所示。

图3 四层结构平面布置图

墙柱混凝土等级主要有C60～C30，梁板混凝土等级主要有C35、C30。主体结构混凝土强度等级具体见表1。

主体结构混凝土强度等级 表1

2.5 结构计算分析

本工程使用中国建筑科学研究院PKPMCAD 工程部编制的结构分析程序《多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE》（V5.2 版）进行结构分析。地震作用和风荷载按两个主轴方向进行计算，地震作用计算采用振型分解反应谱法，计入双向地震作用下的扭转影响。经过结构计算分析，各单体结构计算指标均满足规范要求，表2为七层裙房结构计算指标，质量比小于1.5，强刚下最小刚度比X 向及Y 向均大于1.0，最小受剪承载力X 向及Y 向比值均大于0.8，结构自振周期扭平比小于0.9，x向y向剪重比均大于1.6%，最大位移比及层间位移比均小于1.4，最大层间位移角（强刚）均小于1/550。各项参数均满足设计与规范要求，其余单体不再赘述。

七层裙房结构计算指标 表2

3 结构设计难点

3.1 地下室结构设计

本工程由于场地标高问题，整个地下室顶板标高由西至东按2%坡度降低，总体降了约1.7m，地下室底板结构标高大约在-6.700 m，导致整个地下室各处高度不等，并且地下室西侧有一部分区域考虑设置三层机械停车库，局部底板需要下挖2.0m，底板标高为-8.700m。导致地下室开挖较深，基坑支护难度加大，地下室外墙各处高度不等，局部外墙高度较高，例如机械车库附近，单层地下室外墙挡土墙高度为7.3m，外墙结构设计难度较大。设计时考虑外墙高度不同、侧向土压力不同，选用500mm、400mm、300mm 三种厚度外墙，且根据不同位置采取不同配筋，外墙配筋按受力要求，采用分离配筋形式，即通长钢筋加附加钢筋，降低造价，三种外墙大样见图5 所示。外墙结构设计，在满足建设方的使用需求的前提下降低了造价，保证了结构安全。

图5 外墙大样

同时地下室东南局部为人防工程，人防地下室设计由于前述原因，其高度在不同区域高度也不同，设计难度加大，在上部结构区域，人防地下室高度有5.9m，对人防各个构件计算均有很大影响，部分临空墙、隔墙配筋较大，特别是人防门框墙门边柱、上挡梁设计[3]，且由于地下室顶板整体找坡2%，各处人防门门框墙上部尺寸均不同，对施工放样精度有较高要求。

3.2 通道处结构设计

如前述结构概况，七层高层裙房单体底层局部三层架空形成通道，通道宽度为两跨，轴线跨度15.9m。上部四层连接成一体，结构设计按整体结构考虑，采用刚性连接，结构模型见图6所示。

图6 七层裙房结构模型侧视图

方案确定时首先取消了通道上部中间跨设梁抬柱，避免转换，在专家评审时，认为该通道上部不属于连体结构，不是复杂高层，因为“连体结构各独立部分宜有相同或相近的体型、平面布置和刚度”[4]，但通道两端、顶部框架抗震等级提高，通道顶部（四层）框架梁采用型钢混凝土梁500x900x18x600x250x25，楼板厚度采用150mm，配筋双层双向，框架柱仍采用普通混凝土柱，型钢混凝土梁内型钢伸入两端普通混凝土梁各4m，解决型钢锚固问题。型钢混凝土梁节点大样见图7 所示。其中要注意的地方是柱纵筋贯通，穿型钢翼缘板开孔按04SG523图集第22页、26页施工[5]。

图7 四层SRC梁柱节点详图

3.3 其他结构设计难点

除了上述两个关键设计难点外，还有由建筑层高变化导致的刚度比不满足规范要求，通过调整框柱、梁截面尺寸来调整上下层刚度，满足规范刚度比要求，经过各种调整试算，刚度比调整后满足规范要求，刚度比均大于1.0，周期比小于0.9 以及抗剪承载力比值大于0.8，其余层间位移角以及位移比均满足规范要求，具体见表2。

其次“上部楼层收进后的水平尺寸不宜小于下部楼层水平尺寸的75%”[6]，高层裙房上部收进两跨近16.8m，经计算满足规范收进25%以内的要求。

4 结论

通过该研发中心办公楼结构设计以及难点的分析介绍，可以得到以下结论：

①该工程平面较复杂，合理设置抗震缝，将结构分为几个结构单体，能够简化结构设计，提高设计合理性；

②地下室由于场地标高问题，地下室顶板按2%由西向东找坡解决建筑场地标高的问题，地下室由于顶板放坡以及设置三层机械车库原因，导致地下室各个位置层高不同，地下室外墙计算需按不同高度进行分类设计，以免引起设计安全问题；

③七层裙房由于底部三层架空设置通道，经过专家论证综合分析，认为不是连体结构，但构造措施相应加强；

④对于此类较为复杂的公共建筑，要避免不必要的结构不规则项，避免需要进行超限审查。