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【摘要】：本文以某大厦结构设计为例，着重介绍一个体量庞大，长度很长，立面开大洞，场地处于岩溶发育地区的复杂高层建筑，通过合理的结构概念设计，对复杂问题一一化解，有效地实现建筑功能要求。
【关键词】：机械冲孔灌注桩；超长无缝地下室；伸缩缝；“V”字形转换柱；空中连廊弱连接
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
1.工程概况
该大厦地上建筑面积为10万㎡，地下建筑面积1万㎡，总建筑面积为11万㎡，其中地上17层，地下1层，结构主体高度约70m，为综合办公大楼，整个大楼长度约340m，立面开两个大门洞，气势非常宏大。
本工程抗震设防烈度为6度，设计基本加速度为0.05g，设计地震为第一组，建筑抗震设防类别为丙类，采用框架-剪力墙结构，抗震等级均为三级，II类场地，基本风压0.35KN/㎡，基本雪压0.40KN/㎡，地面粗糙度为B类。
2基础设计
2.1工程地质概况
根据地质报告，本工程场地自上而下依次如下：第（1）层：素填土，厚约1.0—9.5m；第（2）层：粉质粘土，厚约4.0—9.1m，fak=170KPa；第（3）层：含砾粘土，厚约0.5—8.3m，fak=80KPa；第（4）层：微风化石灰岩，揭露厚度6m，fak=4260KPa，qpk=12000KPa，其岩性为可溶性岩类，岩溶发育，有1/5钻孔有溶洞，溶洞内泥质充填。地下水埋深2.3~4.2m，对混凝土及钢筋无腐蚀性。根据勘察发现，场地范围内岩溶现象发育，岩溶分布规律如下：
1、场区主要发育覆盖型岩溶，以充填溶洞为主，无充填溶洞少量；
2、岩溶发育主要分布在浅层，随深度的增加，岩溶发育逐渐减弱；
3、岩溶常呈团状或呈带状分布，说明溶洞形成原因主要为地下水沿构造裂隙或断裂破碎带长期溶蚀而成；
4、溶洞发育垂直向上具有多层性，相邻溶洞彼此贯通性差，洞壁不规则。
2.2基础设计选型
根据上述地质情况，本工程基础采用机械冲孔灌注桩，以第（4）层微风化石灰岩为持力层，桩底进入该层不小于1d，场地由于下伏基础顶界面起伏不平，溶洞裂隙发育，施工前，必须进行一桩一孔详勘，以查明基岩溶洞的发育深度和范围为主，为桩基施工提供准确深度，确保桩底下3d或5m深度范围内无空洞、破碎带、软弱夹层等不良地质条件。
2.3超长地下室整体结构设计
本工程地下室长约340m，宽约16m，考虑建筑使用功能和地下室顶板嵌固端要求，地下室底板和顶板不设缝，连为一整体，远大于规范规定的伸缩缝间距，为解决超长结构混凝土的收缩和温度应力对结构的影响，减少裂缝宽度，在施工图设计过程中必须充分考虑抗裂缝措施的问题。针对本工程的实际情况，主要采取如下结构措施：
1）间距30m左右设置施工后浇带，宽1000mm，本工程设置9道后浇带，后浇带贯通底板、地梁、外墙、顶板，2个月后，采用提高一级标准的混凝土浇筑。
2）混凝土中掺微膨胀混凝土浇筑，加强混凝土的养护，保持长时间的湿润。
3）加强底板、顶板配筋，设置双层双向钢筋，间距≤150mm。
4）结合人防、设备管道要求，顶板设有600mm厚覆土，可减少使用过程过大温差对结构影响。
3.上部结构设计
3.1结构体系和结构布置
本工程主楼共17层，结构主体高度70m，采用框架-剪力墙结构，框架与剪力墙抗震等级均为三级，主楼呈弧形，东西长约340m，南北宽约16m，±0.00以上设4道伸缩缝把大楼分成5个抗震子单元，16层架空连廊结构形式采用轻钢结构，连廊与主体连接方式为弱连接，地震作用时可相对自由滑动。左右两个单元长约85m，施工中设两道后浇带，中间单元长约60m，施工中设一道后浇带。大楼中部中间段1—2层为共享大厅，建筑要求大厅宽敞、高大、透气，而标准层内廊柱距仅为3.0m，柱距较密，为解决上述矛盾，结构采取在3层设立“V”字形柱转换，通过“V”形柱转换，标准层内廊的两根柱在2层合并成一根柱，达到扩大柱距、满足建筑使用功能的要求。
3.2结构计算与分析
采用中国建筑科学研究院建筑结构研究所的SATWE计算程序进行整体计算，振型数15个，振型组合采用CQC法，其中中间段子单元计算结果如下：
1）周期（耦连）前3个周期如下：T1=2.2894s，T2=1.7803s，T3=1.5380s，Tt/T1=1.7803/2.2894=0.78<0.90
2）层间位移：地震作用△ux/h=1/2289；△uy/h=1/1669；
风荷载作用△ux/h=1/5333；△uy/h=1/1322；
框架柱地震倾覆弯矩百分比：X方向小于50%；Y方向小于50%；
以上计算结果均满足规范要求。
3.3“V”字形柱转换结构设计
“V”字形柱结构转换在力学分析上属杆系结构，在结构计算时可直接按梁、柱、斜杆构件输入进行整体分析，只是在选取楼板刚度时要注意，应将“V”字形柱的周围定义成弹性楼板，建议用“弹性膜”（即计算楼板的平面内刚度，忽略平面外刚度）或者定义成“零楼板”即忽略楼板的刚度，才能计算出“V”字形柱的斜柱段水平分力。在本工程计算中对这两种假设做了比较，最后按“零楼板”作为设计依据。
本工程有4根“V”字形柱见构造图1，“V”字形柱结构转换与其它结构转换形式相比，在竖向荷载作用下具有传力直接、明确，传力路径短的优点，应当注意的是“V”字形柱顶部横梁为平衡斜柱轴向力的水平分布会产生较大的拉力，在本工程中达3000KN。在Y向地震作用下，“V”字形柱结构弯矩、剪力，并没有造成水平力传递途径的改变，沿“V”字形柱水平力的传递是连续的，数值上也未突变。因此，以“V”字形柱作为结构转换构件，不但不会造成结构竖向刚度的突变，而且受力明晰，传力连续，对结构抗震有利的，在构造上，应控制斜柱的斜率，本工程为1:4.2，并采取措施处理“V”字形柱顶部梁的拉力，此梁按偏心受拉构件配筋，斜柱按一般框架柱设计即可。
3.4空中连廊弱连接结构设计
本工程16层架空连廊与主体连接方式采用弱连接，连廊结构形式采用钢结构，主体两端伸出悬臂牛腿，牛腿悬挑>1米，以保证地震作用下连廊足够的水平位移量，牛腿之间设梁板进行拉接，牛腿上设置板式橡胶支座进行防震作用，考虑本工程按6度设防，因此结构计算时可不考虑连廊竖向地震作用和水平地震作用对主体的影响，只考虑连廊竖向荷载传至两边主体，这样就大大简化计算模型。
4.结束语
本工程体量庞大，长度很长，立面开大洞，场地处于溶洞发育地区，地质条件非常复杂。这样一个看似非常复杂的高层结构，设计中通过采取合理的结构概念设计，对复杂问题一一化解，有效实现建筑功能要求：通过设置多道抗震缝，把很长的建筑分成若干简单的抗震子单元；地下室底板、顶板采取不设缝处理，满足建筑使用要求及结构嵌固端、高層基础埋深要求；空中架空连廊采用弱连接设计，解决地震作用时相互的影响；“V”字形转换柱解决共享大厅建筑空间要求；采用机械冲孔灌注桩，解决了溶洞地区基础处理问题。
【参考文献】：
【1】杨旭东.高层建筑框架结构设计中一些常见问题的探讨【J】.绍兴文理学院学报(自科版).2005(03)
【2】张明生.某法院审判法庭综合大楼结构设计【J】.福建建筑.2009(06)
【3】杨晓军.建筑结构设计中正确理解设计规范的若干问题【J】.建筑技术开发.2007(07)
【关键词】：机械冲孔灌注桩；超长无缝地下室；伸缩缝；“V”字形转换柱；空中连廊弱连接
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
1.工程概况
该大厦地上建筑面积为10万㎡，地下建筑面积1万㎡，总建筑面积为11万㎡，其中地上17层，地下1层，结构主体高度约70m，为综合办公大楼，整个大楼长度约340m，立面开两个大门洞，气势非常宏大。
本工程抗震设防烈度为6度，设计基本加速度为0.05g，设计地震为第一组，建筑抗震设防类别为丙类，采用框架-剪力墙结构，抗震等级均为三级，II类场地，基本风压0.35KN/㎡，基本雪压0.40KN/㎡，地面粗糙度为B类。
2基础设计
2.1工程地质概况
根据地质报告，本工程场地自上而下依次如下：第（1）层：素填土，厚约1.0—9.5m；第（2）层：粉质粘土，厚约4.0—9.1m，fak=170KPa；第（3）层：含砾粘土，厚约0.5—8.3m，fak=80KPa；第（4）层：微风化石灰岩，揭露厚度6m，fak=4260KPa，qpk=12000KPa，其岩性为可溶性岩类，岩溶发育，有1/5钻孔有溶洞，溶洞内泥质充填。地下水埋深2.3~4.2m，对混凝土及钢筋无腐蚀性。根据勘察发现，场地范围内岩溶现象发育，岩溶分布规律如下：
1、场区主要发育覆盖型岩溶，以充填溶洞为主，无充填溶洞少量；
2、岩溶发育主要分布在浅层，随深度的增加，岩溶发育逐渐减弱；
3、岩溶常呈团状或呈带状分布，说明溶洞形成原因主要为地下水沿构造裂隙或断裂破碎带长期溶蚀而成；
4、溶洞发育垂直向上具有多层性，相邻溶洞彼此贯通性差，洞壁不规则。
2.2基础设计选型
根据上述地质情况，本工程基础采用机械冲孔灌注桩，以第（4）层微风化石灰岩为持力层，桩底进入该层不小于1d，场地由于下伏基础顶界面起伏不平，溶洞裂隙发育，施工前，必须进行一桩一孔详勘，以查明基岩溶洞的发育深度和范围为主，为桩基施工提供准确深度，确保桩底下3d或5m深度范围内无空洞、破碎带、软弱夹层等不良地质条件。
2.3超长地下室整体结构设计
本工程地下室长约340m，宽约16m，考虑建筑使用功能和地下室顶板嵌固端要求，地下室底板和顶板不设缝，连为一整体，远大于规范规定的伸缩缝间距，为解决超长结构混凝土的收缩和温度应力对结构的影响，减少裂缝宽度，在施工图设计过程中必须充分考虑抗裂缝措施的问题。针对本工程的实际情况，主要采取如下结构措施：
1）间距30m左右设置施工后浇带，宽1000mm，本工程设置9道后浇带，后浇带贯通底板、地梁、外墙、顶板，2个月后，采用提高一级标准的混凝土浇筑。
2）混凝土中掺微膨胀混凝土浇筑，加强混凝土的养护，保持长时间的湿润。
3）加强底板、顶板配筋，设置双层双向钢筋，间距≤150mm。
4）结合人防、设备管道要求，顶板设有600mm厚覆土，可减少使用过程过大温差对结构影响。
3.上部结构设计
3.1结构体系和结构布置
本工程主楼共17层，结构主体高度70m，采用框架-剪力墙结构，框架与剪力墙抗震等级均为三级，主楼呈弧形，东西长约340m，南北宽约16m，±0.00以上设4道伸缩缝把大楼分成5个抗震子单元，16层架空连廊结构形式采用轻钢结构，连廊与主体连接方式为弱连接，地震作用时可相对自由滑动。左右两个单元长约85m，施工中设两道后浇带，中间单元长约60m，施工中设一道后浇带。大楼中部中间段1—2层为共享大厅，建筑要求大厅宽敞、高大、透气，而标准层内廊柱距仅为3.0m，柱距较密，为解决上述矛盾，结构采取在3层设立“V”字形柱转换，通过“V”形柱转换，标准层内廊的两根柱在2层合并成一根柱，达到扩大柱距、满足建筑使用功能的要求。
3.2结构计算与分析
采用中国建筑科学研究院建筑结构研究所的SATWE计算程序进行整体计算，振型数15个，振型组合采用CQC法，其中中间段子单元计算结果如下：
1）周期（耦连）前3个周期如下：T1=2.2894s，T2=1.7803s，T3=1.5380s，Tt/T1=1.7803/2.2894=0.78<0.90
2）层间位移：地震作用△ux/h=1/2289；△uy/h=1/1669；
风荷载作用△ux/h=1/5333；△uy/h=1/1322；
框架柱地震倾覆弯矩百分比：X方向小于50%；Y方向小于50%；
以上计算结果均满足规范要求。
3.3“V”字形柱转换结构设计
“V”字形柱结构转换在力学分析上属杆系结构，在结构计算时可直接按梁、柱、斜杆构件输入进行整体分析，只是在选取楼板刚度时要注意，应将“V”字形柱的周围定义成弹性楼板，建议用“弹性膜”（即计算楼板的平面内刚度，忽略平面外刚度）或者定义成“零楼板”即忽略楼板的刚度，才能计算出“V”字形柱的斜柱段水平分力。在本工程计算中对这两种假设做了比较，最后按“零楼板”作为设计依据。
本工程有4根“V”字形柱见构造图1，“V”字形柱结构转换与其它结构转换形式相比，在竖向荷载作用下具有传力直接、明确，传力路径短的优点，应当注意的是“V”字形柱顶部横梁为平衡斜柱轴向力的水平分布会产生较大的拉力，在本工程中达3000KN。在Y向地震作用下，“V”字形柱结构弯矩、剪力，并没有造成水平力传递途径的改变，沿“V”字形柱水平力的传递是连续的，数值上也未突变。因此，以“V”字形柱作为结构转换构件，不但不会造成结构竖向刚度的突变，而且受力明晰，传力连续，对结构抗震有利的，在构造上，应控制斜柱的斜率，本工程为1:4.2，并采取措施处理“V”字形柱顶部梁的拉力，此梁按偏心受拉构件配筋，斜柱按一般框架柱设计即可。
3.4空中连廊弱连接结构设计
本工程16层架空连廊与主体连接方式采用弱连接，连廊结构形式采用钢结构，主体两端伸出悬臂牛腿，牛腿悬挑>1米，以保证地震作用下连廊足够的水平位移量，牛腿之间设梁板进行拉接，牛腿上设置板式橡胶支座进行防震作用，考虑本工程按6度设防，因此结构计算时可不考虑连廊竖向地震作用和水平地震作用对主体的影响，只考虑连廊竖向荷载传至两边主体，这样就大大简化计算模型。
4.结束语
本工程体量庞大，长度很长，立面开大洞，场地处于溶洞发育地区，地质条件非常复杂。这样一个看似非常复杂的高层结构，设计中通过采取合理的结构概念设计，对复杂问题一一化解，有效实现建筑功能要求：通过设置多道抗震缝，把很长的建筑分成若干简单的抗震子单元；地下室底板、顶板采取不设缝处理，满足建筑使用要求及结构嵌固端、高層基础埋深要求；空中架空连廊采用弱连接设计，解决地震作用时相互的影响；“V”字形转换柱解决共享大厅建筑空间要求；采用机械冲孔灌注桩，解决了溶洞地区基础处理问题。
【参考文献】：
【1】杨旭东.高层建筑框架结构设计中一些常见问题的探讨【J】.绍兴文理学院学报(自科版).2005(03)
【2】张明生.某法院审判法庭综合大楼结构设计【J】.福建建筑.2009(06)
【3】杨晓军.建筑结构设计中正确理解设计规范的若干问题【J】.建筑技术开发.2007(07)