移动硅谷创新中心二期项目7#楼结构设计若干问题的讨论

 杨金明，  池彦忠，  凌沛春

 （中国建筑科学研究院建筑设计院，北京100013）

[摘要]  移动硅谷创新中心二期项目7#楼采用现浇钢筋混凝土框架-核心筒结构体系，为满足首层及2层大空间的要求，在首层和2层拔去了2根柱子，存在局部转换。主要针对该项目结构设计中转换桁架的性能化设计、首层室内地面与外围地下室顶板存在较大高差时如何实现上部结构在地下室顶板嵌固、地基基础的变刚度调平设计等几个关键问题进行讨论。通过对结构进行计算和对比分析得出，结构能够满足安全和建筑功能的要求，实现了”三水准”抗震设防性能目标。

[关键词]  移动硅谷创新中心；转换桁架；地下室顶板嵌固；地基基础变刚度调平

中图分类号：TU318文章编号：1002-848X(2016)06-0025-04

1  工程概况

 移动硅谷创新中心二期项目（图1）位于北京市亦庄经济开发区，其中7#科研办公楼采用现浇钢筋混凝土框架．核心筒结构体系，该单体建筑地上24层，地下2层。该工程地下室埋深为12. 35m（基础底板底面相对标高为- 12. 00m，室外地面相对标高为0. 35m），主体结构高度为98. 48m，本工程的±0. 000m标高相当于绝对标高25. 00m。标准层结构平面布置图见图2。为了满足建筑首层及2层大空间的要求，在首层和2层拔去2个平面内部的柱

子，拔柱位置见图2，在3层和4层设置两榀两层高的转换桁架，转换桁架采用型钢混凝土构件。该工程在9层、14层、19层和24层局部有跃层，存在2层通高的穿层柱；核心筒在13层局部收进。地下2层~地上8层采用直径为1 200mm的钢筋混凝土圆柱，9~16层采用直径为1000mm的钢筋混凝土圆柱，17~24层采用直径为800mm的钢筋混凝土圆柱；核心筒外墙厚度在底部为600mm，在顶部为400mm;内墙在各层厚度均为200mm。墙、柱混凝土强度等级：地下2层~地上5层为C60，6～1 2层为C55，13～18层为C50，19~ 24层为C45。

 该地区抗震设防烈度为8度(0.2g)，设计地震分组为第一组；场地类别为Ⅲ类，设计特征周期为0.45s。工程抗震设防类别为丙类，地基基础设计等级为二级[3。

2  转换桁架

 为了满足建筑功能的要求，在首层和2层拔去了2根柱子（图2），在建筑入口大堂形成了大空间。拔柱之后，X向外框柱与核心筒墙体的距离为13. 9m，y向柱距为22. 7m。在X向对上部未落地的框架柱进行转换。

2.1转换方案

 在X向的转换跨度为13. 9m，转换部位在2层顶，转换部位以上共22层，由于转换跨度较大，采用型钢混凝土转换构件。转换方案有以下3种：

 (1)方案一：在2层顶设置型钢混凝土转换梁与型钢混凝土转换柱相连(图3(a))。经过计算，梁高至少需要2 000mm才能满足承载力和变形的要求。该方案的优点是不占用上部楼层的建筑空间，转换构件简单；缺点是转换梁截面高度较大，影响首层大堂的净高，且因跨度较大，即使采用型钢混凝土实腹梁，转换结构的竖向刚度仍然偏小。根据计算结果，转换梁的弯曲变形较大，且转换梁上柱的轴力与负荷面积相同的落地柱相比明显偏小，说明转换梁上柱作为上部楼层梁的支座时，与落地柱之间存在明显的差异沉降，可能导致与转换梁上柱相连的楼面梁开裂。

 (2)方案二：在3层空间内设置型钢混凝土转换桁架与型钢混凝土转换柱相连(图3(b))。经过计算，满足承载力和变形要求时，转换桁架上弦杆、下弦杆截面均为1 200mm x1000mm，腹杆截面为1 000mm x1000mm。该方案的优点是占用首层大堂净高较少，转换桁架的整体刚度较大，转换桁架上柱的差异沉降较小；缺点是转换桁架受力复杂，杆件节点多，不便于施工，且3层的部分建筑空间被两榀转换桁架分隔，影响建筑平面布置。

 (3)方案三：在3层、4层两层空间内设置转换桁架与型钢混凝土转换柱相连(图3(c))。经过分析计算，满足承载力和变形要求时，穿层斜杆截面为1 200mm x1000mm，下弦拉杆截面为1200mm×1000mm。该方案的优点是转换桁架上柱的轴力直接转换为穿层斜杆的轴力，力传递简单、直接，竖向刚度大、自重小，节约材料，构件节点较少，方便施工；缺点是对3层和4层的局部建筑平面布置略有影响，但并未对建筑空间形成分隔，不影响办公使用。

 经过对比3个方案，最终选定了方案三作为最终方案。该方案传力简单、直接，便于施工，对建筑功能的影响也较小，得到了设计各方认可。

2.2性能化设计

 为保证转换构件的安全性，对型钢混凝土桁架进行了抗震性能化设计，性能目标为中震弹性。在抗震计算时，水平地震影响系数最大值am=0. 45，地震作用比“小震”时约放大2.8倍。按《高层建筑混凝土结构技术规程》( JGJ 3-2010)（简称高规）式(3. 11. 3-1)进行弹性设计，即：

 因本工程转换结构的跨度大于8m，需同时考虑水平地震作用和竖向地震作用，但不考虑与抗震等级有关的地震内力调整。

2.3对结构整体刚度的影响

 在结构平面核心筒的右侧沿X向设置了2榀型钢混凝土转换桁架，对3层和4层X向的楼层侧向刚度产生了影响。

 根据高规3.5.2条，考虑层高修正的2层楼层侧移刚度比y2，在X向为0. 880 2<0.9，在y向为1. 201，即2层为结构薄弱层。根据高规3.5.8条，在设计时将2层对应于地震作用标准值的剪力乘以

1. 25的放大系数。

 由于转换桁架仅在X向布置，如图2所示，因此对y向扭转刚度和抗侧刚度的影响很小，可以忽略；在X向转换桁架关于X轴对称，在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，X+5%和X-5%方向的扭转位移比均小于1.2，满足规范要求。

3  地下室顶板嵌固

 该工程各塔楼下为大面积的整体两层地下室，地面以上无裙房。其中7#楼位于大面积地下室的东北角区域，7#楼的东侧和北侧距离地下室外墙较近（仅一跨）。主楼首层结构室内地面(相对标高为0. 43m)与外围纯地下室顶板（相对标高为-2.15m，其上覆土）存在2.58m的结构高差，远大于首层楼面梁的梁高。室外地面相对标高为0. 35m，室内外建筑地面高差很小，但是地下室结构顶板以上的覆土为绿化种植土，压实系数小、强度低，对主体结构的约束作用较小。另外，当仅考虑主楼范围内的结构构件时，其首层与地下1层的等效剪切刚度比大于0.5，因此需要考虑与主楼相邻纯地下室相关范围内地下室剪力墙的作用，才能满足上部结构在地下室顶板的嵌固要求。为了满足上部结构在地下室顶板嵌固的条件，采取以下措施：

 (1)考虑到7#楼地下室相关范围结构由于单侧地下室外墙的影响，其刚度中心与上部结构偏离较大，因此在与地下室外墙对应的主楼的另一侧，且距离上部结构1～2跨范围的地下室内适当增设剪力墙，减小刚度偏心及扭转效应，同时保证首层与地下1层结构等效剪切刚度比≤0.5。

 (2)由于主楼首层结构室内地面与外围纯地下室结构顶板存在较大的高差，且高差范围内的回填种植土约束作用较小，在垂直于高差部位深梁方向的地下室顶板梁的端部采取竖向加腋的措施。当首层板外挑较小时，竖向加腋做法如图4(a)所示；当首层板悬挑较大时，为便于室内外结构高差部位的建筑外防水施工，同时保证首层挑板下回填土的施工质量，竖向加腋做法如图4(b)所示。加强加腋部位的配筋，提高其水平截面的抗剪承载力，保证上部结构底部地震剪力向地下室结构的有效传递。

4  变刚度调平设计

4.1设计思路

 本工程为多栋高层塔楼带有大面积整体地下室，基础底面的荷载分布差异较大，很不均匀。具体表现为各主楼和相邻纯地下室的基础荷载分布差异较大，主楼范围内的核心筒与外框架的荷载分布不均匀。在以往的地基基础设计中，只重视主楼总体的地基承载力和沉降控制，多为均匀布桩，甚至有的设计还对基础外围桩进行增强。这种做法会使基础沉降呈碟形分布、反力呈马鞍形分布，差异沉降大，筏板基础整体弯曲明显，核心筒对基础底板的冲切力大，通常要加大基础底板厚度来满足，进而导致配筋量增大。

 而变刚度调平设计的思路是：通过“抑强补弱”合理地调节地基的竖向支撑刚度，使上部结构的荷载“就地消化”，地基沉降趋于均匀，大大减小筏板的整体挠曲变形和整体弯矩，减小核心筒对基础底板的冲切力，从而减小底板厚度及配筋量。

4.2设计的实现

 本工程主楼范围内采用CFG桩复合地基，纯地下室部分采用天然地基；在主楼核心筒区与外围框架区，根据不同的荷载集度按不同的地基承载力要求进行设计，见表1。根据表1所提的荷载要求，确定地基处理方案，CFG桩复合地基处理设计参数如表2所示。

 根据上部结构各区域荷载的不同，通过调整相应地基的竖向支撑刚度，减小基础的差异沉降，以达到减小筏板整体弯矩、冲切力和上部结构次内力的目的。

5  结论

 (1)对于转换部位的结构形式，既要考虑承载力要求，又要考虑转换构件的变形；既要考虑结构受力合理，还要兼顾建筑功能和施工便捷的要求。

 (2)高层建筑首层室内地面与外围地下室顶板存在较大高差时，需要采取加强措施，实现地下室顶板作为上部结构的嵌固部位的设计要求。当地下1层相关范围的刚度中心和质量中心与首层偏离较大时，宜增设剪力墙，减小偏心，降低扭转效应。

 (3)对于带有大面积地下室的高层建筑以及高层框架．核心筒结构，进行地基基础设计时宜采用变刚度调平的设计思路。通过调整地基的竖向支撑刚度可以有效地减小基础的差异沉降，减小基础底板的整体弯矩和核心筒对基础筏板的冲切力，降低上部结构的次内力。