北京立水橋奧北商務(wù)中心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

高之輝 曹 禾

(1．中國(guó)城市建設(shè)研究院，北京 100120;2．中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院，北京 100044)

1 工程概況

北京立水橋奧北商務(wù)中心位于北京市朝陽(yáng)區(qū)立水橋，為商業(yè)辦公樓及配套服務(wù)用房，由地下兩層車(chē)庫(kù)和局部地上2層辦公樓組成。地下2層層高6．4 m，地下1層層高分別為6．45 m(有上部結(jié)構(gòu)處)、3．85 m(無(wú)上部結(jié)構(gòu)，有覆土3 m)，地上兩層層高分別為6 m，5．6 m。地下部分結(jié)構(gòu)平面東西向長(zhǎng)約160 m，南北向?qū)捈s76．5 m，地上部分結(jié)構(gòu)平面東西向長(zhǎng)約87 m，南北向?qū)捈s31 m。地下2層戰(zhàn)時(shí)供人防使用，人防等級(jí)為6級(jí)。

工程抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)地震基本加速度為0．2g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，建筑場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅲ類(lèi)，特征周期為0．45 s。風(fēng)荷載按50年一遇取為0．45 kN/m2。

2 地上結(jié)構(gòu)選型

結(jié)構(gòu)雙方向柱距主要為8 m×8 m。地上房間的使用功能主要為辦公，活荷載不是很大。由于結(jié)構(gòu)高度不大，地震作用不控制，地上結(jié)構(gòu)主要承受豎向荷載作用。為提高結(jié)構(gòu)形式的合理性和經(jīng)濟(jì)性，地上的混凝土框架進(jìn)行多次優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方案如下:

1)經(jīng)過(guò)反復(fù)比較，采用兩道與X方向平行的次梁方案，該方案的優(yōu)點(diǎn):a．樓板的計(jì)算跨度小樓板可以做到很薄，樓板取100 mm厚，樓板配筋量小只需構(gòu)造配筋即可;b．樓板荷載通過(guò)次梁傳至兩側(cè)主梁跨度的三分點(diǎn)上而不是像十字形布置次梁那樣次梁集中荷載直接作用在跨中，對(duì)減小Y向主梁截面較為有利。

2)由于梁端支座彎矩雖經(jīng)過(guò)調(diào)幅后仍大幅大于梁跨中彎矩，實(shí)際上主梁支座和跨中所需截面高度并不一致。因此框架Y向主梁支座處采用豎向加腋以減少配筋且大幅提高其承載能力。雖然兩方向主梁所需截面不同，一個(gè)方向?yàn)?00 mm×650 mm(跨中截面，支座處豎向加腋)，另一個(gè)方向?yàn)?50 mm×550 mm，但仍可以滿(mǎn)足本工程建筑凈空的要求，而且有利于設(shè)備管線(xiàn)沿Y方向布置。懸挑梁采用楔形變截面梁以減輕自重。

這樣就使得整體結(jié)構(gòu)混凝土和鋼筋用量減至極低，且承載能力并不降低。

截面布置見(jiàn)圖1。

圖1 地上結(jié)構(gòu)截面布置圖

3 地下室結(jié)構(gòu)選型

地下室梁板體系的選型與地上部分梁板體系的選型不同。地下室由于局部存在鍋爐房夾層、機(jī)械停車(chē)、設(shè)備管線(xiàn)都需要一定的空間高度，而鄰近建筑物又不允許地下室埋置深度加深，建筑層高受限，這樣采用與地上結(jié)構(gòu)相同的梁板體系勢(shì)必導(dǎo)致建筑凈空不足。為此基礎(chǔ)底板、地下2層頂板、地下1層頂板局部(有覆土且行駛消防車(chē)處)均采用無(wú)梁樓蓋。

地下室柱網(wǎng)大部分為8 m×8 m跨，基礎(chǔ)底板計(jì)算厚度為650 mm(地面行駛消防車(chē)處)和550 mm兩種。地下室底板采用上柱帽，柱帽水平尺寸取2．7 m×2．7 m計(jì)算，柱帽厚度為600 mm(地面行駛消防車(chē)處)和450 mm?；A(chǔ)底板采用上柱帽與采用下柱帽相比有以下優(yōu)點(diǎn):

1)達(dá)到相同的抗沖切效果所需的混凝土材料較少。2)基礎(chǔ)底板底面為一平面，防水做法簡(jiǎn)單，施工方便。3)如采用下柱帽，則筏板的下筋貫穿柱帽截面高度的中上部，支座負(fù)彎矩主要靠柱帽底部的附加筋來(lái)承擔(dān)，筏板下部貫通筋利用效率低。4)上柱帽之間填土可以增加結(jié)構(gòu)自重，抵消部分水浮力。

基礎(chǔ)底板模板見(jiàn)圖2。

圖2 基礎(chǔ)底板模板平面圖

整個(gè)建筑物外形極為不規(guī)則，給無(wú)梁樓蓋的設(shè)計(jì)計(jì)算增加了難度。經(jīng)反復(fù)調(diào)整計(jì)算，地下室2層頂板計(jì)算厚度取為450 mm和550 mm(地下1層設(shè)置消防水池處)兩種，水平尺寸與基礎(chǔ)底板相同，柱帽厚為300 mm和500 mm(地下1層設(shè)置消防水池處)。地下1層頂板上有3 m深覆土并且地面行駛消防車(chē)處，頂板為無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)，樓蓋計(jì)算厚度為600 mm，柱帽高450 mm;其余頂板為梁板式結(jié)構(gòu)。

地下室擋土外墻受水壓力和土壓力雙重作用，計(jì)算需要的厚度較大，為了節(jié)省造價(jià)且受力更合理，擋土外墻采用楔形截面，從下往上逐漸變薄。擋墻剖面如圖3所示。

圖3 擋墻剖面圖

基礎(chǔ)埋深較深，底板底標(biāo)高－14．700，而抗浮水位又比較高，只低于自然地面3 m(室內(nèi)外高差0．3 m)，建筑物整體自重較輕，故主要采用基礎(chǔ)底板下滿(mǎn)布抗拔樁來(lái)達(dá)到整體結(jié)構(gòu)抵抗水浮力的目標(biāo)。

具體實(shí)施如下:

1)結(jié)構(gòu)整體采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPM軟件計(jì)算。PM導(dǎo)算結(jié)構(gòu)總重量G恒=275 768 kN，結(jié)構(gòu)底面積A=5 675 m2，上部結(jié)構(gòu)傳至基底的面荷載Q1=48．6 kN/m2;基礎(chǔ)底板+柱帽覆土傳至基底的面荷載Q2=43．15 kN/m2;總的基底面荷載設(shè)計(jì)值Q=(Q1+Q2)×0．9=82．6 kN/m2?？垢∷凰×υO(shè)計(jì)值 Q水=108．56 kN/m2?？拱螛缎枰挚沟乃×Ζ=30 kN/m2?？拱螛兜挚股习瘟χ饕揽繕杜c樁周?chē)恋哪Σ亮Γ瑸榱烁玫乩眠@一點(diǎn)，應(yīng)取小直徑鉆孔灌注樁，樁間距取1．5 m較合適，算得單樁承載力特征值F=70 kN。樁直徑的取值也是經(jīng)過(guò)一番比較和優(yōu)化得出的，總的說(shuō)來(lái)，小直徑樁單位材料所達(dá)成的抗拔力效率高，而直徑太小容易造成斷樁，直徑太大利用率又降低，故取樁直徑D=400 mm。依據(jù)JGJ 94-2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范計(jì)算得樁長(zhǎng)L=5．1 m，構(gòu)造配筋即可。這樣，因?yàn)闃堕L(zhǎng)和樁直徑均較小，最終達(dá)成受力充分合理和減少造價(jià)的目的，受到建設(shè)單位的一致好評(píng)。

2)擋土外墻受到的土壓力和水壓力都較大，地下2層擋墻沿高度受到的水平矩形線(xiàn)荷載最大達(dá)140 kN/m，水平三角形線(xiàn)荷載達(dá)126 kN/m;地下1層擋墻沿高度受到的水平矩形線(xiàn)荷載最大達(dá)54 kN/m，水平三角形線(xiàn)荷載達(dá)103 kN/m，這樣就需要墻厚達(dá)600 mm。為了使受力達(dá)到最優(yōu)化，擋墻截面選用楔形截面，從下往上逐漸變薄，最厚處600 mm，最薄處300 mm，考慮了彎矩包絡(luò)圖的形狀。

［1］GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［2］GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［3］JGJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］．