文君酒廠技改建設項目(行政樓)結構設計

蔣正濤，郭 弛

(四川省建筑設計院，四川成都610017)

1 工程概況

四川省文君酒廠技改建設項目位于邛崍市東星大道文君酒廠內。行政樓為地上3層結構，地面到屋頂高度為15.200 m，典型柱網尺寸為9 m×12 m，一層層高為6.0 m，2層和3層的層高均為4.6 m。本工程總建筑面積約為5000 m2(圖1)。

圖1 四川省文君酒廠技改建設項目鳥瞰

采用鋼筋混凝土框架—筒體結構，屋面為大懸挑鋼結構雨蓬。行政樓旁的室外天橋為鋼結構，通過懸挑連廊與行政樓相連接，結構平面圖見圖2。

工程設計使用年限為50年，結構安全等級為二級，地基基礎設計等級為丙級。抗震設防烈度為7度，基本地震加速度為0.10 g，建筑場地類別為Ⅱ類，抗震設防類別為丙類，設計地震分組為一組，基本風壓值為0.30 kN/m2，地面粗糙度為C類。

上部結構采用鋼筋混凝土框架—筒體土結構，筒體部分基礎采用鋼筋混凝土筏板基礎，框架柱采用獨立基礎。

2 本工程結構特點

由于建筑平面復雜、豎向變化也較大，為本工程結構設計帶來了一定的難度，主要表現在以下幾方面。

(1)豎向結構不規則，一層柱子采用“V”形鋼管混凝土柱作為上層柱子的轉換，上層柱子直接落在“V”形柱子的兩端頭。

圖2 二層平面布置圖

(2)屋面雨蓬沿屋檐周邊出挑10 m，采用鋼結構，存在著鋼結構和混凝土結構的相互連接問題和解決鋼結構撓度的問題。

(3)室外天橋局部獨立懸臂鋼柱間距為9 m，高度為10 m，在6 m標高的地方從鋼柱處伸出鋼梁作為走道平臺梁，由于建筑要求平臺封口邊梁只能用［25的槽鋼，撓度難以控制，其中一跨街道桁架跨度為21 m，下弦也只能用［25的槽鋼，強度和撓度也難以控制。

3 結構選型和布置

(1)本工程采用鋼筋混凝土筒體—框架結構，抗側力體系由一個鋼筋混凝土筒體和混凝土框架柱子組成。

(2)利用建筑中部的樓梯、電梯間、設備用房形成中部鋼筋混凝土核心筒體，一層沿建筑周邊布置“V”形柱子。因“V”形柱子端頭支撐上部結構柱，柱軸力較大，為解決“V”形柱和上部柱子連接節點處存在抗剪和抗沖切不足的問題，在“V”形柱和上部柱子里面設置了鋼管。鋼管一直延伸到屋面，以加強柱子的延性，并有利于柱子和屋面大懸挑雨蓬鋼結構的連接，見圖3。

同時在“V”形柱頂設置拉梁以承受柱間拉力，為了讓柱子與梁共同工作和提高梁的抗拉承載力，在梁里面也設置鋼骨，鋼骨與柱子內鋼管相連接。

(3)由于一層大廳上部樓板大開口，同時為了精確計算梁板內的應力，將樓板定義為彈性膜，“V”形柱區域設置120 mm厚度的現澆鋼筋混凝土樓板并雙層雙向配筋以加強兩側結構的連接。

(4)屋面懸挑雨蓬鋼梁采用錨栓和屋面混凝土梁相連接。為加強安全儲備，鋼梁在3個點同混凝土梁連接。為了解決鋼梁的撓度，規定鋼梁適當起拱，設計時適當加大鋼梁的剛度。加強與鋼梁相連接的屋面混凝土梁配筋，上下鋼筋均通長設置，以承受雨蓬鋼梁傳來的上下雙向風荷載作用。

(5)21 m大跨度利用人行天橋扶手作為其上弦桿，采用桁架結構，將結構和建筑有機地結合在了一起。為解決室外天橋桁架下弦桿件只能用［25的槽鋼，撓度難以控制的問題，在［25的槽鋼內側再并一［16的槽鋼，形成組合截面，加大了截面的剛度，同時滿足了強度要求。

圖3 V型柱子詳圖

4 計算分析

采用中國建筑科學研究院PKPM工程部編制的PKPM系列之SATWE進行主樓的計算，JCCAD進行基礎計算，同濟大學開發的3D3S軟件進行室外天橋計算。

(1)分析設計要點:“V”形柱轉換構件左右對稱布置，兩端頭上層的柱子也對稱布置，以求在總體上對稱，將左右各自的不平衡力，通過中間相連梁板的傳遞最終合并平衡消失，考慮到施工誤差及可能由斜柱上端樓層傳來的不平衡力，在設計中將此不平衡力傳給核心筒來承擔，最終傳給基礎。

(2)由于樓層活荷載的存在，嚴格的荷載對稱情況是不存在的。因此，對采用“V”形柱轉換的受拉樓層的梁、板配筋應做特殊考慮。具體設計時，板面上、下及梁內縱筋連續配置，其鋼筋接頭的搭接長度按受拉鋼筋的要求處理。

(3)通過計算分析表明，不考慮樓蓋梁的剛度退化時，樓蓋梁處于最不利受力狀態;當考慮樓蓋梁的剛度退化且考慮長期作用影響時，“V”形和樓板處于最不利受力狀態。因此，樓蓋梁和“V”形的設計承載力應該分別滿足最不利受力狀態下的小震組合要求。

(4)在實際設計中，對“V”形斜柱子轉換結構，采用彈性樓蓋計算，并考慮下弦樓蓋梁在軸向拉力下出現裂縫，引起下弦樓蓋梁剛度退化造成對整體轉換結構的不利影響，下弦樓蓋需要滿足重力荷載下裂縫限制的要求。實際設計時下弦樓蓋梁按偏心受拉構件進行設計計算，并滿足正常使用極限狀態驗算要求。在地震作用下，為保證轉換結構可靠地傳遞重力荷載和地震作用，尤其是在大震作用下保證與“V”形柱相連接的豎向構件可靠工作是設計的關鍵。因此，與斜柱連接的節點應該在構造上予以特別加強。

(5)局部有限元分析FEQ計算

從PMCAD中截取一榀框架，采用高精度平面有限元分析程序FEQ進行二次應力分析，得出加強部位的應力和配筋。實際配筋時取FEQ和SATWE計算結果的較大值。

(6)室外天橋計算

室外天橋計算采用同濟大學3D3S軟件進行分析與設計。21 m跨的人行天橋桁架上下弦為梁單元，腹桿為桿單元。計算結果表明:桁架在各工況組合作用下，最大豎向位移、豎向撓度均滿足規范要求。

5 梁柱節點及栓釘設置

(1)型鋼混凝土結構的梁柱節點設計，主要是處理好不同結構材料之間的連接節點，以及沿高度改變結構類型所帶來的承載力和剛度的突變。根據《型鋼混凝土組合結構技術規程》(以下簡稱《型鋼規程》)第9.2.1條，當結構下部采用型鋼混凝土柱，上部采用鋼筋混凝土柱時，在此兩種結構類型間，要設置結構過渡層。主要措施是下部鋼結構向上延伸，并設置栓釘。本工程轉換層上只有3層結構，且屋頂有大懸挑鋼結構，所以把鋼管一直延伸至屋頂。

(2)型鋼混凝土組合結構的梁柱連接按《型鋼規程》第9.1.2條主要有三種形式。本工程在設計時，在型鋼筋混凝土柱子內型鋼采用貫通型，梁柱節點也采用剛性連接。設計上盡量減少梁縱向鋼筋穿過柱內型鋼柱的數量，鋼筋盡量避開鋼管柱子穿過，在鋼管上開孔的周長不大于鋼管柱子周長的25%。

(3)根據《型鋼規程》第5.4.8條，對于轉換層大梁等受力復雜的結構梁，為增加混凝土剪壓區型鋼梁上翼緣的粘結剪切力，型鋼上翼緣宜設置栓釘。栓釘承載力根據《型鋼規程》第11.3.1條和第11.3.4條計算。

6 結論

本文通過介紹一棟“V”形柱轉換結構的復雜多層結構，并為解決其豎向抗側力構件不連續的問題，部分結構構件采用了型鋼混凝土組合梁作為其轉換構件。由于這也是這棟復雜多層結構設計的一個重點和關鍵，直接影響到整棟樓結構的安全，因此設計時應予以特別重視。本文從工程概況、結構方案開始，引出要解決的問題，采用的計算和分析方法，計算參數的選取，設計中應考慮和注意的問題等一一做了詳細說明，并且將解決這些問題的設計方法和步驟做了介紹。

［1］GB 50223－2004建筑工程抗震設防分類標準［S］

［2］GB 50011－2001建筑抗震設計規范［S］

［3］JGJ 138－2001型鋼混凝土組合結構技術規程［S］

［4］GB 50017－2003鋼結構設計規范［S］

［5］唐興榮.特殊和復雜高層建筑結構設計［M］.北京:機械工業出版社，2006