上海电器大厦中心结构设计

卢建航

摘要：上海航天电器大厦（出图时名称上海达乾实业有限公司 小环岛工业一期项目）是一栋以产品试制、生产、加工为主，兼顾办公的高层科研综合楼。内容包括地下停车、厨房及地上科研、产品试制、办公及根据业主要求在二层设置的职工食堂等。本项目采用框架-剪力墙结构。并展开抗震概念设计，减少不规则结构整体的安全性和经济新带来的不利影响，采用阵型反应谱发，合理布置剪力墙，并对平面不规则开展了有针对性地弹性楼板分析，计算结果显示会演中心各项指标均满足规范要求，抗震加强措施得当，为建筑功能实现提供了安全和性能保障。

关键词：剧院结构设计；框架-剪力墙结构；平面不规则；预应力管桩

1引言

上海航天电器大厦位于上海未来岛高新产业园区小环岛区域东南部，东至650商业地块，西至工业地块二期，北至园区大道，南至南何支线。设计满足上海市城市规划条例要求。项目于2009年8月完成施工图设计，2010年开工建设，于2011年建成通过竣工验收。

图1 上海航天电器效果图

2项目概况

总建筑面积为21039.82平方米。一栋10层高的以产品试制、生产、加工为主，兼积18045.22平方米，地下建筑面积2994.60平方米。此地块容积率为2.43,建筑密度为8034.50%，绿化率20%。整个地块建筑限高80米。10层高的以产品试制、生产、加工为主，兼顾办公的高层科研综合楼，其中地上建筑面积18045.22平方米，地下建筑面积2994.60平方米。此地块容积率为2.43,建筑密度为34.50%，绿化率20%。整个地块建筑限高80米。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第一组，场地类别为IV类，设计特征周期为Tg=0.9s。地上单体均采用框架-剪力墙结构体系，楼盖采用现浇混凝土梁板体系。剪力墙抗震等级：二级，框架抗震等级：三级。嵌固层为一层,地下一层层高3.9m，基础采用桩基础+筏板形式。

图2 上海航天电器实景照

3设计依据

《建筑结构荷载规范》(2006版) GB50009-2001，《混凝土结构设计规范》GB50010-2002，《高层建筑混凝土结构技术规程》 J186-2002，《建筑抗震设计规范》(2008版)GB50011-2001，《建筑抗震设防分类标准》 GB50223-2008，《砌体结构设计规范》GB50003-2001，《建筑地基基础设计规范》 GB50007-2002，《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008，《地下工程防水技术规范》GB50108-2001，上海市《建筑抗震设计规程》DBJ08-9-2003，《地基基础设计规范》 DGJ08-11-1999，国家及地方强制性条文。

北京航天勘察设计研究院有限责任公司2009年8月提供的上海达乾投资管理有限公司工业厂房岩土工程详细勘查报告（工程编号：0903-1）

结构计算软件以中国建筑科学研究院编制的PKPM、SATWE、JCCAD软件为主，PMSAP作为补充设计。

4基础设计

本工程 0.000相当于绝对标高5.600m（吴淞高程）。采用预应力混凝土空心管桩，总计采用桩数212根，计算沉降量为10mm。本工程基础设计等级乙级。

表1 桩型参数表

桩型	PHC-A500（100）-12,11,11 抗压兼抗拔桩	PHC-A500（100）-12,12,12 抗压兼抗拔桩
持力层	7-1层	7-1层
单桩竖向承载力特征值	抗压1800kN 抗拔670KN	抗压1850kN 抗拔680KN
桩数	209根	3根

预应力混凝土空心管桩是市场上常见产品、质量可控，且作为抗压桩具有抗压承载力高、经济性好的特点。本项目位于上海地区。地下室层高3.9米，地下室底板500厚防水板，柱下桩承台，承台厚度1000，抗压设计水位为室外地面以下-1.500m，抗浮设计水位为室外地面以下-1.500m，室内外高差1.5米，中庭处抗浮不满足要求。需考虑抗拔工况对管桩的施工要求。抗压桩需采取以下措施：

（1）加强桩顶构造，灌芯长度不得小于3m，适当加大锚入底板钢筋直径，按照图集要求规范施工桩顶锚入连接构造。

（2）接桩处应可靠焊接，确保两根桩连接处满焊，保证焊接处抗拉强度不小于抗拔承载力加载值680kN。

（3）桩顶端板为受力最大点，端孔抗剪强度设计值40kN，端孔口及工程桩连接处施工应严格把控质量避免质量事故。

（4）严格按照抗拔桩100%进行低应变动测，对质量评定不合格或等级低的情况采取补桩措施。

5结构抗震设计

本项目设计的重点在中庭开大洞和底、顶层层高的有突变的设计，该功能空间具有平面大开洞和净高要求高的特点。项目整体建筑平面呈矩形，长44.1m、宽32.4m。其中，中厅存在平面开大洞不规则，底层层高6.5米，标准层层高3.9米，顶层层高5.5m。

图3 五~九层建筑平面图

图4 五~九层结构平面图

按照当时单栋建筑进行抗震设计将带来开大洞、底顶层层高突变和层高立面收进过大等不利结果。综合考虑抗震概念设计后，在开大洞四个角布置剪力墙，墙厚300，350，增加墙体的抗侧力来减少层高的突变引起竖向的不利影响，满足抗震规范和大震计算双向位移叠加包络设计的要求。如此，综合楼避免了平面和竖向不规则，提高了抗震性能和结构经济性；会演中心则可针对平面不规则采取抗震加强措施。

5.1抗震不规则判断

（1）在规定水平力作用下，楼层两端抗侧力构件层间移的最大值与平均值的比值发生在小于1.2，计算结果见表2.不存在扭转不规则。

表2位移比计算结果

最大位移/平均位移	X	1.08	< 1.20	3层 1塔
	Y	1.15		2层 1塔
最大层间位移/层间平均位移	X	1.18	< 1.20	11层 1塔
					Y	1.16	2层 1塔

（2）矩形平面没有明显凹进，不存在凹凸不规则。

（3）标准层宽度B为32.0m，开洞总宽度11+4.15=15.25，开洞宽度/总宽度=15.25/32.4=0.47<0.5；另一个方向：27/44.1=0.61>0.5不满足《抗规》3.4.3条有效板宽。一项超。

（4）楼层侧向刚度均大于上一层的70%，且大于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%。不存在侧向刚度不规则。

（5）不存在竖向抗侧力构件不连续。

（6）抗侧力结构的层间受剪承载力均大于相邻上一层受剪承载力的80%。不存在楼层承载力突变。

综上，会展中心存在扭转不规则与楼板局部不连续等一项不规则项，需采取抗震加强措施。

5.2抗震加强措施

（1）计算分析方面

建筑平面通过合理布置墙体来减少大开洞对结构抗震产生的不利影响。主要考虑在洞口四周的加剪力墙布置，增加受扭刚度。采用CQC弹性计算计算前三周期计算结果分别为T1=1.1407，T2=1.0829，T3=0.8408。T3/T1=0.8408/1.147=0.733.计算周期满足《高层建筑混凝土结构技术规程》3.4.5条。

考虑楼层刚性平面假设，，并采用小板跨（板跨度基本上都小于3米）。按弹性方法计算多遇地震作用下的楼层最大水平位移与层高之比（即SATWE计算的层间位移角）地震作用结果X向：1/977、Y向：1/991；风荷载作用结构X向：1/7031、Y向：1/5735均满足《高规》3.7.3条的1/800限值要求。风荷载作用下根：。各层地震力作用X、Y方向位移角见图5，图6。

图5 x向地震作用力层间位移角

图6 Y向地震作用力层间位移角

在合适的位置布置剪力墙，剪力墙的均匀布置在建筑物的四周附近、楼梯间、电梯间几中部开洞较大及平面凹近的部位。剪力墙基本为L、T形墙厚300mm,；个别因建筑功能要求只能布置一字墙，长度较长为4.8米墙厚也是300mm轴压比小于0.1；还有中庭观光电梯墙长只有1.5米，为避免出现短肢剪力墙，墙厚采用350厚。具体布置如图7所示：

图7 二层结构平面布置图

经SATWE计算,在规定水平作用下结构底层框架部分承受的地震倾覆弯矩与结构总的地震倾覆:X方向为33.51%，Y 方向为26.72% (均＞20%且＜50%）符合《高规》8.1.3第2条按一般框架剪力墙设计。并对不满足下式（8.1.4）要求的楼层，应按调整前、后总剪力的比值调整每根框架柱和与之相连框架梁的剪力和端部弯矩标准值。其框架总剪力应按0.2V0和1.5V_f，max 二者的较小值采用：

V_f ≥0.2V₀ （8.1.4）

试中：V

₀—对框架柱数量从小至上基本不变结构，应取对应于地震作用标准值的结构底层总剪力；对框架结构柱数量从下至上分段有规律变化的结构，应取底层结构对应地震作用标准值的总剪力；

V_f —对应与地震作用标准值且未经调整的各层(或某一段各层)框架承担的地震总剪力；

V_f，max —对框架柱数量从下至上基本不变的结构，应取对应于地震作用标准值且未经调整的各层框架承担的地震总剪力中的最大值；对框架柱数量从下至上分段有规律变化的结构，应取每段中对应于地震作用标准值且未经调整的各层框架承担的地震总剪力中的最大值。

（2）抗震措施加强方面

楼板板厚方面，布置较密的次梁减少楼板跨度，适当加强板厚为120mm，并按照弹性楼板计算分析结果进行配筋加强，实配钢筋双层双向B10@150。框架梁柱抗震等级方面，独立角柱（没有与剪力墙连接的柱）、支撑挑梁的框架柱及与中庭屋面大垮度的框架柱提高抗震措施框架柱全高加密。

6屋面塔楼细部设计

屋面塔楼考虑安全、美观和耐久性采用混凝土结构，局部采用梁上立柱，具体详图如图8。

图8 屋面塔楼详图

7结论

本文以上海地区综合性办公类建筑抗震设计为依托，介绍了结构形式不规则的判断、大开洞结构采用框架--剪力墙结构通过剪力墙的合理布置减少抗震不规则对结构整体安全性和经济性带来的不利影响，同时介绍了框架-剪力结构中框架柱的内力调整，补充进行了弹性楼板分析并根据分析结论进行了抗震加强，该项目结构设计可为类似项目设计和分析提供价值参考。

参考文献：

[1] GB50011-2010 建筑抗震设计规范[S].

[2] JGJ3-2010 高层建筑混凝土结构设计规程[S].

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