百米高層辦公建筑地上主體結構設計要點分析

程振宇 周禮婷

1.工程概述

項目位于四川省樂山市高新區，總建筑面積99326.68m2，其中地上建筑面積63710.61m2，地下建筑面積35616.07m2。本工程包括1#、2#樓及地下車庫。1#、2#塔樓為鋼板組合剪力結構[1]。本文依托實際項目（1#塔樓），從施工難度、工程進度及成本控制方面，總結地上主體結構的設計要點并提出建議（見圖1）。

1#塔樓為帶裙房的高層建筑，建筑功能為辦公和公寓。結構概況見表1。

2.設計方案

2.1 設計條件

（1）主體結構設計使用年限：50年。

（2）自然條件：50年一遇的基本風壓為0.3kN/m2，對風荷載比較敏感的高層建筑，承載力設計時乘系數1.1，地面粗糙度為B類。抗震設防烈度為7度，設計地震分組第二組，設計基本地震加速度為0.1g[2]。

2.2 建筑等級與分類

（1）建筑結構安全等級：二級。

（2）抗震設防類別：標準設防類。結構的抗震等級：鋼板組合剪力墻為二級，框架部分為二級。

（3）建筑防火分類等級和耐火等級：一類高層，耐火等級為一級。

2.3 上部結構設計方案

（1）結構縫：創新孵化大樓1#樓在塔樓與裙房之間結構設縫脫開（嵌固層以上）[3]。

（2）嵌固層：根據計算地下室頂板滿足嵌固條件，嵌固部位統一選擇地下室頂板。

（3）結構體系：鋼框架—鋼板組合剪力墻。

（4）樓蓋形式：采用鋼筋桁架樓承板。

3.多遇地震作用下的結構計算分析

經計算1#塔樓抗震不超限，多遇地震作用下的結構計算分析結果如表2。

圖1 樂山創新科技孵化大樓效果圖

圖2 樂山創新科技孵化大樓實景

4.工程設計要點概述

4.1 結構設計總體控制要點

（1）結構阻尼比取0.04。

（2）多遇地震下的位移比控制在1/400以下。

（3）鋼構件最大應力比原則上控制在0.9以內（初設鋼結構最大應力比0.88）。

（4）考慮剪力墻側向約束作用，本工程按無側移控制框架柱構件的長細比。

（5）對建筑地上二層（6m）的局部大開洞穿層柱，采取中震不屈服的性能化設計。對開洞較大以及樓板連接薄弱部位及周邊樓板設計厚度不小于120mm，配筋率不小于0.25%[4]。

表1 結構概況表

圖3 管術變截面的三種方案

圖4 梁柱節點

表2 控制性計算結果

4.2 關鍵節點設計要點

4.2.1 梁截面選型

經測算，本工程梁截面選擇焊接工字鋼比選擇軋制工字鋼的含鋼量降低約16%以上。而軋制工字鋼便于采購且梁高小于350mm的情況較少。因此，綜合考慮，本工程梁截面在梁高大于350mm時選用焊接工字鋼，小于350mm時選用軋制工字鋼。

4.2.2 鋼板組合剪力墻豎向連接

本工程鋼板組合剪力墻選用雙層鋼板中間填充素混凝土的型式。雙層鋼板之間豎向加勁肋、水平加勁肋與對穿螺栓等連接件。

鑒于剪力墻水平縫處、豎向加勁肋難以施焊，本工程該部位設計要點如下：剪力墻與剪力墻交接處，剪力墻與柱子交接處的豎向加勁板必須焊接，建議通過開手孔來解決。非交接位置的豎向加勁板在拼接位置斷開不焊。

4.2.3 框架柱變截面處理

本工程采用鋼管混凝土柱，柱內混凝土采用泵送頂升施工工藝。

框架柱變截面處設計要點：管柱變截面有三種方案，本工程采用圖3中的“方案三”（見圖3）。

4.2.4 梁—柱連接節點設計

鋼管柱在車庫范圍為與鋼筋混凝土梁有效連接采用外包鋼筋混凝土柱的結構形式。當鋼骨柱為圓管柱時：鋼管與混凝土梁鋼筋采用牛腿板連接[5]。鋼骨柱為方管柱時：鋼管與垂直方向的混凝土梁采用套筒連接（筒選用可焊接單面坡口套筒）；與夾角不等于90°的混凝土梁采用牛腿板連接（見圖4）。

4.2.5 梁—剪力墻連接節點設計

在鋼板墻與焊接工字鋼梁平接部位的剪力墻內設置橫向加勁肋將難以加工[6]。且在鋼板墻側面采用節點處換板加強，也會增加施工難度。因此本項目該部位的設計要點為在鋼板墻側面采用節點外貼板加強，采用角焊縫圍焊和內部塞焊縫結合的方式處理[7]。

5.結論

當前我國鋼板組合剪力墻結構百米高層建筑總體數量少但種類繁多。本文依托樂山創新科技孵化大樓項目，總結其結構體系的地上主體設計要點[8]。該項目的結構設計總體控制要點和關鍵節點設計要點都比較新穎，可為今后該類結構體系的百米高層結構設計積累經驗。