某商业综合楼的结构设计

某商业综合楼的结构设计

摘要：本文实际工程结合从结构布置设计参考指数主体结构设计特殊问题处理等多方面对某商业综合楼的结构设计进行分析，以供参考！

关键词：工程概况；结构设计；分析

1工程简介

某商业综合楼建筑面积29250m2，是一座商场，酒店和办公为一体的综合性大楼。地下一层为核六级的人防物质库，地上主楼总层数为16层，群房5层，建筑总高度80米。本工程的结构设计使用年限为50年，结构的安全等级为二级，工程的抗震设防类别为丙类。但本工程的商业用房的建筑面积约为11000m2，故该工程应按重点设防类考虑。抗震验算按6度，抗震措施按提高1度（7度）考虑。本工程的结构形式采用框架剪力墙结构，楼板采用现浇板，剪力墙的抗震等级为二级，框架的抗震等级为二级。

2结构布置

本工程的群房平面呈长方形，开间8.4m,进深32.1m，四跨。主体呈“Z”形，具体开间和进深的尺寸见下图。群房层高5.8m，主楼层高4.8m。因建筑使用功能的限制，剪力墙布置时，在规范允许的前提下，尽量把剪力墙布置在主楼的周边，这样即有利于建筑抗震，又能最大限度的不影响建筑的使用功能。布置楼面梁时，应开发商的要求，考虑开发商今后装修时的具体情况，加大了梁上的设计荷载，故垂直向的框架主梁初定为400x1200；水平向中间框架主梁初定为400x1000，水平向边框架主梁初定为300x7708.4m开间的中间位置设次梁。现浇板取120mm(顶层和群房顶均加厚到150mm)。

3设计计算参数

设计参数主要依据现行《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002），《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）和《钢结构设计规范》（GB50017-2003）。楼面活载取2.0kn/m2，装修荷载取0.5kn/m2，屋面活载取2.0kn/m2，结构自重软件自动计算。梁、柱、板主钢筋采用III级钢(HRB400)，柱子箍筋采用III级钢(HRB400)，梁箍筋采用I级钢(HPB235)，型钢采用Q345钢。

4主体结构分析与计算

主体结构内力分析采用PKPM08单机版中的高层建筑空间有限元分析与

设计软件SATWE。分析计算时，定义为1层地下室，

框架-剪力墙结构，竖向荷载计算按模拟施工3加荷计算，计算周期比和位移比时对全楼强制采用刚性楼板假定(注：计算构件内力时为不强制采用刚性楼板假定)，振型组合方法采用CQC耦联，地震烈度为6度，场地类别为3类，考虑偶然偏心作用（计算构件内力时按考虑双向地震扭转效应进行了复核）。经过分析与计算。X，Y 方向本层塔侧移刚度与上一层相应塔侧移刚度70%的比值或上三层平均侧移刚度80%的比值均大于 1.0，地下室和底层的剪切刚度比大于2.0。楼层抗剪承载力、及承载力比值除5.8米层高向4.80米层高过渡时为0.91外（高规中规定抗震设计的A级高度的高层建筑要求受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的80％），其他各层均大于1.0。周期比为0.847，前三个振型的数据如下：

底层框架柱地震倾覆弯矩百分比如下：

底层框架柱地震剪力百分比如下：

各工况下：

X方向最大值层间位移角:1/2543；

Y方向最大值层间位移角:1/1152；

最大位移与层平均位移的比值：1.38。

最大一个中柱的设计轴力为22705KN。

5 设计中特殊问题的处理

通过上面的计算分析，有几点需要注意：

第一点：底层柱倾覆弯矩百分比已经接近50％，此数据不够理想。但底层柱剪力百分比为X向14.53％，Y向15.57％。底层柱承担剪力百分比的理想范围在15％～50％之间，本工程基本在此范围内。故倾覆弯矩百分比基本可以接受。考虑到底层Y向的柱倾覆弯矩百分比已达到49.63％，因此框架的抗震等级严格按照7度要求确定抗震等级。

第二点：Y方向最大值层间位移角1/1152，满足1/800的限值。而最大位移与层平均位移的比值达到1.38，已经接近超限高层专项审查限值1.40。因此有条件的前提下宜调整剪力墙，降低此项比值。但经过和建筑协商未果，故只能采取增强两山墙处剪力墙之间连梁的刚度，减小中间框架的刚度来适当提高整体的抗扭刚度。

第三点：梁高问题。垂直向的框架主梁较高，最高的主梁高达1200mm。为了减低梁高，设计人员提出了两种方案。第一种方案，采用无粘结预应力梁，这样就带来楼面的混凝土等级要提高到C40，楼面板的构造配筋率和温度配筋率也要相应提高，对混凝土的温度收缩不利，而且造价有一定的增加，另外无粘结预应力的施工对整个施工工期周期有一定的影响。衡量利弊之后，此方案没有采纳。第二种方案，主梁梁高达1200mm，主要是8.4米开间中间的次梁荷载大部分都传到了垂直向的框架主梁上。故用调整内力的传递途径，来达到减小主梁的目的。首先加高水平向的主梁梁高（包括外墙处的主梁），减小原先水平向的次梁梁高，使8.4米开间中间的次梁荷载大部分通过水平向的主梁传到柱子上。经过试算，效果较好。但经过和建筑专业协商，外墙处的水平向主梁只能做到300x770，不允许加高梁高。此方案行不通。后来，经过和开发商沟通，主梁梁高1200mm开发商可以接受，故梁高问题也算圆满解决。

第四点：柱子的大小问题。开发商从使用功能和今后的发展考虑，对本工程的结构设计提出了一个强制要求，柱子的最大尺寸不能大于800X900。根据前面的计算结果，最大一个中柱的设计轴力为22705KN。针对这种情况，设计人员提出了三种方案。第一种方案，柱子采用高强混凝土，且加芯柱；第二种方案，柱子采用钢管混凝土柱。第三种方案，柱子采用型钢混凝土柱。第一种，高强混凝土柱子加芯柱的方案，经过计算，C60的柱子的轴压比为1.15，不满足要求。C70的柱子的轴压比为0.99。而框架抗震墙结构中的柱子轴压比限值为0.85，不满足要求。但是按照抗规表6.3.7的注释3和4的要求对柱子箍筋直径和间距进行严格要求和设置芯柱后，柱子轴压比限值可以增加0.15，即柱子轴压比限值可以放宽到1.00。故经过对柱子的特殊加强，C70的柱子还是能够满足设计要求。但是，经过了解，当地的施工水平有限，商品混凝土的强度等级只能做到C55，故此方案不可行。第二种，采用钢管混凝土柱，经过计算，轴压比能较好的满足设计要求，但是，开发商不能接受，主要是不利于装修，所以此方案也不可行。第三种，采用型钢混凝土柱，经过计算，轴压比为0.83，满足设计要求，且经过同建筑专业和开发商沟通之后，各方均能接受此方案，柱子的大小问题也得到了圆满解决。

6总结

1．本工程经过分析计算，周期比，刚度比，位移比，轴压比，剪重比和刚重比均能满足现行规范的要求，但个别数据已经接近限值，在建筑专业允许的前提下，宜适当调整剪力墙布置。

2．如果垂直向的主梁梁高采取措施后，可以降低梁高，框架的刚度就会