新会某复杂商住楼结构选型及分析建筑工程论文
摘 要：文章以新会某复杂商住楼作为工程实例。该商住楼存在高位转换结构及预应力无梁楼盖结构，分析其结构选型的特点、设置原则，为相关类似工程设计提供参考。
关键词：高位转换结构；预应力无梁楼盖结构；结构选型；设置原则
随着社会的进步、经济的发展，人们对生活质量和物质的需求也日益增长。原来那些使用功能单一，外观守旧的建筑物已满足不了现代人的需求。取而代之的是具有综合使用功能，外形美观创新的建筑，更得到人们的青睐。科学技术的日新月异，建筑科技也随之得到了飞跃的发展。全国各地的高层建筑拔地而起，日益增多。现代的高层建筑根据人们的需求，都朝着综合服务多功能和复杂体型的方向发展。这方面对于工程师们来说，是时代赋予我们的一个不可避免的挑战，我们必须克服它。针对多功能和复杂体型的建筑，工程师必须要选取合适的结构选型，以达到建设费用经济和结构安全耐用的要求。
1 工程概况
本工程位于江门市新会区会城街道冈州大道中8号（XH2011-10号地块），规划用地面积7926平方米，兴建15层钢筋混凝土结构商住楼一栋，地下为两层地下室（占地面积5800平方米）。该工程总建筑面积26657.37平方米，建筑高度主体部分限高50米，地上15层，地下2层，其中地上3层为商业部分，其余12层住宅部分，塔楼负一层为商业部分，负二层为车库。工程设计初期方案选定，塔楼部分结构形式为框架-剪力墙结构，地下车库部分结构体系为框架结构，江门市新会区抗震设防烈度为7度，建筑设计使用年限为50年。
2 设计阶段
2.1 结构选型
根据规划部门的要求，该地块建筑地上主体部分限高50米，地下室只允许从室外地坪下挖6米。针对这些限制条件，投资方出于自身利益最大化的角度提出了一系列经济指标，其中主要要求塔楼负一层作为地下商场，负二层作为楼上住户配套的停车库，塔楼地上三层作为商铺、酒楼食肆或者写字楼，其余四至十五层为住宅。我们结合规划部门的要求，投资方的经济指标和现时市场上购房者、商户的需求决定，将首层室内地坪±0.000提高到相对室外地面标高0.8米处，住宅原来的层高3米调整到2.95米，负二层地下车库的层高压缩成2.8米，以腾出更多的空间给商业部分；商业部分负一层层高4米，首层层高5米，二层层高4.2米，三层层高4.6米。
负二层地下车库层高2.8米，若要做有梁楼盖，再加上梁底下的各种管线，车库所需要的净空高度明显是不够的，故决定负一层楼板采用无梁楼盖。同理，商业部分为了迎合市场的需求，增大其净空高度，故首层、二层、三层楼板亦决定采用无梁楼盖。四层以上为住宅，故四层是转换层，五层至十五层为框架-剪力墙结构。
图1 五层至十五层结构平面图
图2 四层结构平面图
图3 三层结构平面图
2.2 预应力无梁楼盖结构
无梁楼盖结构因为没有设梁，板面荷载直接传给柱，具有结构简单、传力路径简捷，净空利用率高，造型美观，便于布置管线和施工的优点。但普通无梁楼盖结构若要满足楼板挠度和抗裂验算的要求，其厚度会比较大，使结构质量增大，且无梁楼盖结构柱网之间缺乏梁的连接，故结构整体抗侧刚度较弱，对结构的抗震能力非常不利。采用预应力无梁楼盖结构能够减少楼板的厚度，从而减轻结构的重量，压底层高，且可根据建筑的使用功能和使用荷载来设定预应力的大小，既能很好的控制裂缝，又可避免楼板出现过大的反拱。考虑到施工方便和工期的要求，故该工程采用无粘结预应力混凝土无梁楼盖结构。
经计算，楼板厚度为250mm，混凝土强度等级为C40，预应力张拉时要求混凝土强度达到设计强度的80%。预应力筋公称直径15.2mm，极限强度标准值为1860MPa，低松弛钢绞线；fptk=1860N/mm2，fpy=1320N/mm2，张拉控制应力σcon取钢绞线强度标准值的75%，即1395MPa。预应力损失主要来自于张拉端锚具变形导致预应力钢筋内缩引起的预应力损失和预应力钢筋与孔道壁摩擦引起的预应力损失。预应力损失估算σ1=0.25σcon，即每根预应力筋的.有效预应力为σ0=0.75σcon=0.75×1395=1046N/mm2，取1000N/mm2。张拉端采用夹片式锚具，固定端采用挤压锚具，SLABCAD的复杂楼板有限元程序计算板在恒载和活载作用下的弯距，然后进行抗裂、承载力以及施工阶段验算。根据计算，为防止楼板受柱冲切破坏，必须设置柱帽。无梁楼盖结构因柱间缺乏框架梁的连接，受力变形时，柱间内力不能很好相互传递，导致结构整体抗侧刚度较弱，层间位移相对较大，需要在柱间设置暗梁，并且在楼板边缘设置一圈梁，以提高结构的整体性。在施工阶段，未施加任何楼面荷载，仅有楼板自重的情况下，楼板可能会由于反拱过大导致开裂，必须进行施工阶段板的裂缝验算，配置适当的普通钢筋。
2.3 高位转换结构
高层建筑转换结构一般分为梁式转换、桁架式转换、箱型转换和厚板转换四种。本工程转换层结构宜采用梁式转换，梁式转换传力路径明确，施工相对简单，管线设置方便，在实际工程中应用最为广泛。转换梁应直接支承上部竖向构件，尽量避免二次转换。上部竖向构件应尽量布置在转换梁的支座附近，避免布置在梁跨中，以免转换梁跨中弯矩过大，增加梁的截面，导致净空高度减少。
本工程转换结构设置在三层。转换结构在地面以上3层及3层以上均属高位转换。高位转换层在行业规范中比低位转换层提出了更高的要求。在《高层建筑混凝土结构技术规范》（JGJ3-2010）的附录E中，当转换层设置在1、2层时，转换层与其相邻上层结构的等效剪切刚度比γe，在非抗震设计时不应小于0.4，抗震设计时不应小于0.5；当转换层设置在第2层以上时，转换层与其相邻上层结构的等效剪切刚度比γe在非抗震设计时不应小于0.5，在抗震设计时γe大幅提高到不应小于0.8，且要求转换层与其相邻上层的侧向刚度比不应小于0.6。编制规范的单位和专家们对高层转换层提出如此苛刻的要求，是因为转换层与相邻层的结构形式不同，容易造成结构的整体刚度在转换层上下形成突变，这样对结构的整体抗震能力极为不利。转换层位置的提高，由于下部大空间的要求，下部几层层高相对较大，而且结构竖向构件较多不连续，转换层下部落地剪力墙较少，容易造成转换层上部较刚，下部较柔的情况，对结构抗震不利，下部侧向位移偏大。
对结构的刚度和侧移的控制，是设计的重点和难点。不能为了转换层上下刚度不发生突变，而去削减转换层上部结构的刚度，这样结构的侧移将会偏大。为提高转换层下部结构的抗侧刚度，必须加大部分能落地的竖向构件的截面尺寸，例如电梯间和楼梯间的剪力墙的截面可以加大，减少框支柱承受的剪力。另外加大剪力墙连梁的尺寸，从而增大连梁的刚度，能减少结构的整体侧移，但效果不是很大。
转换层以下，落地剪力墙的刚度一般会远远大于框支柱的刚度，导致落地剪力墙几乎承受了全部的地震剪力，而框支柱所承受的剪力非常少。但实际上，当地震发生时，转换层楼面可能会发生显著的内面变形，且落地剪力墙出现裂缝以后，其刚度会减少，从而导致框支柱的剪力增加。因此根据《高层建筑混凝土结构技术规范》（JGJ3-2010）第10.2.17条，高位转换层框支柱设计时，每根柱承受的剪力至少应取结构基底剪力的3%，而且每层框支柱承受的总剪力至少应取结构基地剪力30%。
3 结语
文章通过新会某复杂商住楼作为工程实例，对其结构选型进行分析，得出以下结论：
（1）预应力无梁楼盖结构具有结构简单、传力路径简捷，净空利用率高，造型美观，便于布置管线和施工的优点。在建筑限高、地下室限挖的条件下，能够突显其降低层高，增大净空的优点。既能够减少楼板的厚度，减轻结构重量，节省材料，又能很好的控制裂缝，是一种既安全又经济的结构形式。
（2）含高位转换层的建筑在进行结构设计时，对结构的刚度和侧移的控制，是设计的重点和难点。高位转换结构在设计中应特别注意其对结构刚度突变的影响。在行业规范中，高位转换结构的刚度突变要求比低位转换结构的要严格得多。
参考文献
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作者简介：张健荣（1985- ），男，广东江门人，硕士，江门市新会区会城镇勘测有限公司，国家注册土木工程师（岩土），研究方向：预应力混凝土。
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