某集团科研技术中心结构设计

某集团科研技术中心结构设计

王岩辉，徐艳，魏强

同圆设计集团有限公司，山东 济南 250100

摘要:济南城建集团科研技术中心项目位于济南市天桥区位于汽车厂东路，地上由结构高度49.20m的主楼和8.55m的附楼组成，主、附楼之间设缝。主楼采用框架剪力墙结构，附楼采用钢—混凝土组合结构。主楼为两座平行不等高单体，端部采用混凝土结构连接。本文详细介绍了该项目结构设计和分析的相关内容。分析结果表明，连体结构以及关键构件采取加强措施后在设防地震和罕遇地震下均表现出良好的受力性能。

关键词：连体结构，分体计算

1 工程概况

本项目为济南城建集团科研技术中心办公楼项目。地上建筑面积1.6万m²，地下建筑面积1.1万m²。地上由一栋结构高度49.2m的主楼、8.55m的附楼及组成。主楼地上分别为12层、10层，一层层高4.6m，标准层层高3.9m，顶层5.4m。地下设2层地下室，埋深9.4m。

主楼一层主要功能为大堂、会议室，二层及以上为办公区，主楼屋顶为景观露台。附楼为多功能厅。地下一层配置员工餐厅、后勤及设备用房，其余主要为机动车停车及设备用房。

2 基础和地下室结构设计

地基基础的设计等级为甲级。基础采用筏板基础，选用第7层全风化辉长岩作为地基持力层；承载力特征值200kPa。主楼范围筏板厚度800mm，车库范围筏板厚度500mm，局部抗冲切不足处加厚筏板处理。根据地勘报告，本工程抗浮水头约9m，车库范围自重不能满足抗浮要求，仅车库范围采用锚杆抗浮。筏板计算采用盈建科软件进行有限元分析，应力状态满足要求。车库采用井字梁结构。

图 1 建筑效果图 图2建筑剖面图

3 结构体系布置及特点

3.1 结构体系

结构分主楼和附楼两部分，主楼抗侧力体系为框架-混凝土剪力墙结构，附楼为钢—混凝土组合结构，主楼与附楼之间设缝断开。

主楼南侧塔楼12层，结构高度49.2m；北侧塔楼9层，结构高度32.1m。主楼柱截面由900mmx800mm逐渐缩至600mmx600mm，剪力墙厚由300mm变为250mm，混凝土强度等级由C40渐变至C30。由于建筑特殊要求，主楼侧面中部需表现通透效果，故主楼结构上分为南北两个塔楼，塔楼通过两侧连廊连接。南北两个单塔在角部设置剪力墙以提高结构扭转刚度。

图3主楼结构平面布置图

3.2结构选型比较

本工程西侧为某美术馆，根据建筑要求，本工程主楼中部需表现通透效果，设计时主楼结构上分为南北两个塔楼，塔楼通过两侧连廊连接。连廊结构形式通过钢结构（刚性连接、柔性连接）、混凝土结构三种方案进行比选。钢连廊方案中，由于建筑梁高限制，连廊刚度为550mm，较混凝土方案梁高低150mm。钢连廊柔性方案中，采用一端滑动，一端铰接方式：其中南侧塔楼结构高度较大，设置对结构影响较小的滑动支座；北侧塔楼设置铰接支座。

表1 连廊不同连接方案结构整体参数

注：钢梁柔性连接方案需设置牛腿。

通过分析，三种连接形式均能满足结构受力要求。混凝土连接方案Y向连接刚度最大，钢梁刚性连接方案次之，钢梁柔性连接方案最小。考虑外观、成本以及后期维护，选定混凝土连接为最终方案。

4结构分析与加强措施

4.1分塔计算及包络设计

在我集团方案评审过程中，认为本工程主楼为弱连体强连接结构。南北两塔中部连廊为结构薄弱部位，评审委员会建议对混凝土连廊宜按混凝土连廊存在以及去掉连廊南北两塔分别计算。去掉连廊时为连廊失效情况，连廊荷载加至相应梁上。两种情况下，结构参数如下表所示：

表2 带连廊与不带连廊模型结构整体参数

两种情况结构参数均能满足设计要求。通过调整剪力墙布置，协调南北塔楼在地震下位移，以减小连廊结构在地震下内力。

4.2性能化指标

本工程为不超限项目，但是结构存在类似连体结构。根据相似工程^[1][2]，针对连体提出以下关键构件性能化设计目标：对连接南北楼座的连廊梁抗震设防目标为中震不屈服，梁所连接的柱抗震设防目标为中震弹性。

4.3薄弱部位加强

南北两塔中部连廊为结构薄弱部位，虽然分析过程中考虑了薄弱部位失效的情况，但在设防地震下，应保证薄弱部位不失效所以设计过程中引入ETBAS（V2013）对连廊楼板进行中震下的应力分析。通过建立ETABS模型，对比两模型参数，验证YJK模型有效性。两个模型在Y向地震下位移如图所示，两模型位移相似度高，可作为分析参考。ETABS模型中连廊最大应力为3 MPa，大于混凝土受拉强度设计值1.43N/mm²。中震下抵抗混凝土受拉应力计算配筋为单方向785mm²/m（180板厚，Y向）。按0.25%加强楼板配筋为900mm²/m（180板厚），能够满足受力要求。

图4 不同软件位移比较 图5 楼板在中震下应力云图

5结论

本项目主楼为南北分塔，两侧通过连廊连接复杂单体，对于该项目的特殊情况，主要采取了以结构优化布置和加强措施：

1）通过适当加强外框梁、调整主楼剪力墙布置，提高结构整体抗扭能力，改善结构整体受力情况。对连接南北楼座的连廊梁抗震设防目标为中震不屈服，梁所连接的柱抗震设防目标为中震弹性。

2）调整南北两塔楼刚度，协调侧向变形从而改善连廊受力；按规范要求进行弹性及弹塑性时程分析，了解结构在地震时程下的响应过程， 并对连廊梁及相连框柱等结构薄弱部位进行针对性加强。

3）南北两塔中部连廊为结构薄弱部位，对混凝土连廊宜按混凝土连廊存在以及去掉连廊南北两塔分别计算。根据计算结果包络设计。

4）增强连廊楼板延性。加大连廊楼板厚度至180 mm；且构造采用双层双向钢筋网，每层每方向钢筋网的配筋率不小于0.25%，提高连接楼板的延性；根据设防地震下楼板应力结果，复核连接楼板部分的楼板配筋；连廊构件验算时考虑竖向地震作用。

各项分析结果表明，结构的体系和主要构件能够达到既定的设防目标，满足结构安全性的要求，具有良好的设防烈度抗震能力。

参考文献：

[1] 冯阳.靖江市金融商务区连体双塔超限高层结构设计[J].建筑结构.2016.No.17.49-53.

[2] 周伟星.某超限结构及连体钢桁架性能化设计[J] .建筑结构.2019.No.20.46-50.