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新會某復雜商住樓結構選型及分析建筑工程論文
摘 要：文章以新會某復雜商住樓作為工程實例。該商住樓存在高位轉換結構及預應力無梁樓蓋結構，分析其結構選型的特點、設置原則，為相關類似工程設計提供參考。
關鍵詞：高位轉換結構；預應力無梁樓蓋結構；結構選型；設置原則
隨著社會的進步、經濟的發展，人們對生活質量和物質的需求也日益增長。原來那些使用功能單一，外觀守舊的建筑物已滿足不了現代人的需求。取而代之的是具有綜合使用功能，外形美觀創新的建筑，更得到人們的青睞。科學技術的日新月異，建筑科技也隨之得到了飛躍的發展。全國各地的高層建筑拔地而起，日益增多�，F代的高層建筑根據人們的需求，都朝著綜合服務多功能和復雜體型的方向發展。這方面對于工程師們來說，是時代賦予我們的一個不可避免的挑戰，我們必須克服它。針對多功能和復雜體型的建筑，工程師必須要選取合適的結構選型，以達到建設費用經濟和結構安全耐用的要求。
1 工程概況
本工程位于江門市新會區會城街道岡州大道中8號（XH2011-10號地塊），規劃用地面積7926平方米，興建15層鋼筋混凝土結構商住樓一棟，地下為兩層地下室（占地面積5800平方米）。該工程總建筑面積26657.37平方米，建筑高度主體部分限高50米，地上15層，地下2層，其中地上3層為商業部分，其余12層住宅部分，塔樓負一層為商業部分，負二層為車庫。工程設計初期方案選定，塔樓部分結構形式為框架-剪力墻結構，地下車庫部分結構體系為框架結構，江門市新會區抗震設防烈度為7度，建筑設計使用年限為50年。
2 設計階段
2.1 結構選型
根據規劃部門的要求，該地塊建筑地上主體部分限高50米，地下室只允許從室外地坪下挖6米。針對這些限制條件，投資方出于自身利益最大化的角度提出了一系列經濟指標，其中主要要求塔樓負一層作為地下商場，負二層作為樓上住戶配套的停車庫，塔樓地上三層作為商鋪、酒樓食肆或者寫字樓，其余四至十五層為住宅。我們結合規劃部門的要求，投資方的經濟指標和現時市場上購房者、商戶的需求決定，將首層室內地坪±0.000提高到相對室外地面標高0.8米處，住宅原來的層高3米調整到2.95米，負二層地下車庫的層高壓縮成2.8米，以騰出更多的空間給商業部分；商業部分負一層層高4米，首層層高5米，二層層高4.2米，三層層高4.6米。
負二層地下車庫層高2.8米，若要做有梁樓蓋，再加上梁底下的各種管線，車庫所需要的凈空高度明顯是不夠的，故決定負一層樓板采用無梁樓蓋。同理，商業部分為了迎合市場的需求，增大其凈空高度，故首層、二層、三層樓板亦決定采用無梁樓蓋。四層以上為住宅，故四層是轉換層，五層至十五層為框架-剪力墻結構。
圖1 五層至十五層結構平面圖
圖2 四層結構平面圖
圖3 三層結構平面圖
2.2 預應力無梁樓蓋結構
無梁樓蓋結構因為沒有設梁，板面荷載直接傳給柱，具有結構簡單、傳力路徑簡捷，凈空利用率高，造型美觀，便于布置管線和施工的優點。但普通無梁樓蓋結構若要滿足樓板撓度和抗裂驗算的要求，其厚度會比較大，使結構質量增大，且無梁樓蓋結構柱網之間缺乏梁的連接，故結構整體抗側剛度較弱，對結構的抗震能力非常不利。采用預應力無梁樓蓋結構能夠減少樓板的厚度，從而減輕結構的重量，壓底層高，且可根據建筑的使用功能和使用荷載來設定預應力的大小，既能很好的控制裂縫，又可避免樓板出現過大的反拱。考慮到施工方便和工期的要求，故該工程采用無粘結預應力混凝土無梁樓蓋結構。
經計算，樓板厚度為250mm，混凝土強度等級為C40，預應力張拉時要求混凝土強度達到設計強度的80%。預應力筋公稱直徑15.2mm，極限強度標準值為1860MPa，低松弛鋼絞線；fptk=1860N/mm2，fpy=1320N/mm2，張拉控制應力σcon取鋼絞線強度標準值的75%，即1395MPa。預應力損失主要來自于張拉端錨具變形導致預應力鋼筋內縮引起的預應力損失和預應力鋼筋與孔道壁摩擦引起的預應力損失。預應力損失估算σ1=0.25σcon，即每根預應力筋的有效預應力為σ0=0.75σcon=0.75×1395=1046N/mm2，取1000N/mm2。張拉端采用夾片式錨具，固定端采用擠壓錨具，SLABCAD的復雜樓板有限元程序計算板在恒載和活載作用下的彎距，然后進行抗裂、承載力以及施工階段驗算。根據計算，為防止樓板受柱沖切破壞，必須設置柱帽。無梁樓蓋結構因柱間缺乏框架梁的連接，受力變形時，柱間內力不能很好相互傳遞，導致結構整體抗側剛度較弱，層間位移相對較大，需要在柱間設置暗梁，并且在樓板邊緣設置一圈梁，以提高結構的整體性。在施工階段，未施加任何樓面荷載，僅有樓板自重的情況下，樓板可能會由于反拱過大導致開裂，必須進行施工階段板的裂縫驗算，配置適當的普通鋼筋。
2.3 高位轉換結構
高層建筑轉換結構一般分為梁式轉換、桁架式轉換、箱型轉換和厚板轉換四種。本工程轉換層結構宜采用梁式轉換，梁式轉換傳力路徑明確，施工相對簡單，管線設置方便，在實際工程中應用最為廣泛。轉換梁應直接支承上部豎向構件，盡量避免二次轉換。上部豎向構件應盡量布置在轉換梁的支座附近，避免布置在梁跨中，以免轉換梁跨中彎矩過大，增加梁的截面，導致凈空高度減少。
本工程轉換結構設置在三層。轉換結構在地面以上3層及3層以上均屬高位轉換。高位轉換層在行業規范中比低位轉換層提出了更高的要求。在《高層建筑混凝土結構技術規范》（JGJ3-2010）的附錄E中，當轉換層設置在1、2層時，轉換層與其相鄰上層結構的等效剪切剛度比γe，在非抗震設計時不應小于0.4，抗震設計時不應小于0.5；當轉換層設置在第2層以上時，轉換層與其相鄰上層結構的等效剪切剛度比γe在非抗震設計時不應小于0.5，在抗震設計時γe大幅提高到不應小于0.8，且要求轉換層與其相鄰上層的側向剛度比不應小于0.6。編制規范的單位和專家們對高層轉換層提出如此苛刻的要求，是因為轉換層與相鄰層的結構形式不同，容易造成結構的整體剛度在轉換層上下形成突變，這樣對結構的整體抗震能力極為不利。轉換層位置的提高，由于下部大空間的要求，下部幾層層高相對較大，而且結構豎向構件較多不連續，轉換層下部落地剪力墻較少，容易造成轉換層上部較剛，下部較柔的情況，對結構抗震不利，下部側向位移偏大。
對結構的剛度和側移的控制，是設計的重點和難點。不能為了轉換層上下剛度不發生突變，而去削減轉換層上部結構的剛度，這樣結構的側移將會偏大。為提高轉換層下部結構的抗側剛度，必須加大部分能落地的豎向構件的截面尺寸，例如電梯間和樓梯間的剪力墻的截面可以加大，減少框支柱承受的剪力。另外加大剪力墻連梁的尺寸，從而增大連梁的剛度，能減少結構的整體側移，但效果不是很大。
轉換層以下，落地剪力墻的剛度一般會遠遠大于框支柱的剛度，導致落地剪力墻幾乎承受了全部的地震剪力，而框支柱所承受的剪力非常少。但實際上，當地震發生時，轉換層樓面可能會發生顯著的內面變形，且落地剪力墻出現裂縫以后，其剛度會減少，從而導致框支柱的剪力增加。因此根據《高層建筑混凝土結構技術規范》（JGJ3-2010）第10.2.17條，高位轉換層框支柱設計時，每根柱承受的剪力至少應取結構基底剪力的3%，而且每層框支柱承受的總剪力至少應取結構基地剪力30%。
3 結語
文章通過新會某復雜商住樓作為工程實例，對其結構選型進行分析，得出以下結論：
�。�1）預應力無梁樓蓋結構具有結構簡單、傳力路徑簡捷，凈空利用率高，造型美觀，便于布置管線和施工的優點。在建筑限高、地下室限挖的條件下，能夠突顯其降低層高，增大凈空的優點。既能夠減少樓板的厚度，減輕結構重量，節省材料，又能很好的控制裂縫，是一種既安全又經濟的結構形式。
�。�2）含高位轉換層的建筑在進行結構設計時，對結構的剛度和側移的控制，是設計的重點和難點。高位轉換結構在設計中應特別注意其對結構剛度突變的影響。在行業規范中，高位轉換結構的剛度突變要求比低位轉換結構的要嚴格得多。
參考文獻
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作者簡介：張健榮（1985- ），男，廣東江門人，碩士，江門市新會區會城鎮勘測有限公司，國家注冊土木工程師（巖土），研究方向：預應力混凝土。
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