劉伊琳，楊勝志，孫紹東，胡海濤，楊志杰，紀勝敏

(1 青島騰遠設計事務所有限公司， 青島 266100；2 青島市建設工程施工圖設計審查有限公司， 青島 266071)

1 工程概況

上海合作組織青島峰會新聞中心位于青島市市南區(qū)，東海路南側，青島海昌極地海洋世界西側。距離海岸僅不足200m，如圖1所示。

圖1 總平面圖

本項目總建筑面積約3.54萬m2，其中地上建筑面積約1.77萬m2，地下建筑面積約1.77萬m2，地下2層，地上3層；地下2層層高4.1m，地下1層層高5.6m；1層層高5.7m,因2,3層標高呈階梯形，且屋面為坡屋面，2層層高4.5～10.1m，3層層高4.5～5.5m。地下主要功能為設備機房及停車庫，地上功能主要為展廳、辦公、報告廳、閱覽等。結構平面東西方向最長約110m，南北方向最長約95m，建筑屋面由16個斜面拼合而成，屋面最高點標高24.1m，最低點標高-2.7m，主要屋面高度小于24m，如圖2所示。通過屋面角部抬高，創(chuàng)造出與地平面傾斜的連線，加之退臺式的景觀屋面，形成一個類似山峰一樣的造型，稱之為“山尖之峰”。這些造型形成了底部內收，上部外傾的形狀。

圖2 效果圖及屋面標高

2 結構選型

本項目地上功能主要為展廳、辦公、報告廳、閱覽等，因此豎向構件的數(shù)量要求盡量少而優(yōu)。而建筑體型又較復雜，需選擇合理的結構體系以滿足功能及形體需求。結合本項目建筑功能及形體特點，提出了兩個方案供比選，方案一為鋼筋混凝土核心筒-懸臂空間桁架結構[1]，方案二為框架-剪力墻結構[2]。

2.1 鋼筋混凝土核心筒-懸臂空間桁架結構

鋼筋混凝土核心筒-懸臂空間桁架結構(圖3)主要設計思路是為滿足建筑大空間的使用功能需求，利用結構自承重體系，采用最少的豎向承重構件，僅設置少量的核心筒和豎向結構柱。為保證結構的整體穩(wěn)定性，結合建筑功能均勻布置5個鋼筋混凝土核心筒，此5個核心筒與少量的框架柱組成主要的豎向受力構件。在屋面3個傾斜外伸范圍，設置3榀環(huán)形空間桁架同鋼筋混凝土核心筒有效連接錨固，豎向荷載通過空間桁架傳導至鋼筋混凝土核心筒。水平構件主要為連接空間桁架的網(wǎng)格鋼梁+混凝土樓板，網(wǎng)格鋼梁的跨度為3～6m。此方案展廳內僅有少量的空間桁架斜腹桿，空間使用效果較好。但因建筑體型復雜，此方案存在扭轉不規(guī)則、樓板不連續(xù)、剛度突變、尺寸突變、承載力突變、錯層等多項不規(guī)則類型，導致結構為超限結構[3]，設計難度大，工程成本超出預算較多，經濟性較差。

圖3 鋼筋混凝土核心筒-懸臂空間桁架結構

2.2 框架-剪力墻結構

框架-剪力墻結構(圖4)主要設計思路是在不改變建筑形體及盡可能滿足建筑使用功能的前提下，為減少結構不規(guī)則類型，避免結構超限，降低工程成本，設置適量的均勻稀疏框架柱與4個鋼筋混凝土核心筒組成框架-剪力墻結構體系[4]，通過設置與核心筒有效連接的拉梁并結合斜柱減小懸挑跨度，通過歸并樓蓋標高，設置二次結構來規(guī)避錯層、樓板不連續(xù)等不規(guī)則項。此方案僅存在扭轉不規(guī)則及尺寸突變(大懸挑)兩項不規(guī)則。

圖4 框架-剪力墻結構

2.3 結構體系對比

從經濟性，設計、施工難度，建筑體型和功能完成度等角度出發(fā)進行對比分析，如表1所示。綜合考慮框架-剪力墻結構更優(yōu)，最終結構體系采用框架-剪力墻結構。

結構方案對比 表1

2.4 基礎選型

本工程兩層地下車庫，基底標高為絕對標高4.5m，持力層為強風化花崗巖，承載力特征值fak=1 000kPa。本項目場區(qū)穩(wěn)定性較好。核心筒下采用筏板基礎，筏板厚度400mm，其他區(qū)域采用柱下獨立基礎，地庫底板采用300mm防水底板。

2.5 樓蓋選型

本項目嵌固端選取地下室頂板。為充分利用樓板剛度，1層樓蓋采用主梁+厚板結構形式[5]，板厚取220mm。2層及以上采用主梁+網(wǎng)狀次梁樓蓋體系，一個柱跨內設置3～5道網(wǎng)狀次梁，板厚取130～150mm。

3 結構計算分析及設計

3.1 設計基本參數(shù)

根據(jù)《建筑工程抗震設防分類標準》 (GB 50223—2008)[6]6.0.4條，本工程建筑抗震設防分類為重點設防類。設計使用年限為50年，建筑結構安全等級為二級。

3.2 風荷載及地震作用

青島地區(qū)50年重現(xiàn)期基本風壓為0.6kN/m2，本項目外立面體型較復雜，風荷載體型系數(shù)取1.4，因項目距離海岸不足200m，地面粗糙度類別為A類。

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306—2001)，青島抗震設防烈度為6度，考慮本項目的復雜程度，按提高一度進行設計?；镜卣鸺铀俣热?.10g，地震設計分組為第二組，場地土類別為Ⅱ類，特征周期值為0.45s。

3.3 結構布置

本工程平面均勻設置4個鋼筋混凝土核心筒作為抗側力構件，核心筒墻體厚度采用300mm，如圖5所示。豎向構件混凝土強度等級采用C40～C50，梁板混凝土強度等級采用C35。地下車庫柱網(wǎng)尺寸為8.4m×8.4m，地上標準柱網(wǎng)尺寸為16.8m×16.8m，局部柱網(wǎng)跨度為23m。地上斜柱為圓柱，截面直徑為1.2～1.4m，地上其他圓柱截面直徑為0.9～1.4m，地上方柱截面尺寸為0.7m×0.7m～1.1m×1.1m?？蚣芰焊叨葹?.8～1.5m。地面以下的圓端形柱為地上斜柱落到地下后與相鄰豎向圓柱合并而成，截面尺寸為1.2 m×2.2 m(H×B，見圖5(b))，1.4 m×2.4m(H×B，見圖5(b))。

圖5 結構布置圖

3.4 結構設計難點

本項目存在跨度大、體型復雜、大懸挑、錯層、傾斜屋面等復雜問題。具體如下：1)屋頂為斜面，屋面標高從室外地面-0.4m標高一直變化到21.7m標高；2)內部空間復雜，平面標高較多，存在局部錯層；3)平面跨度較大，個別位置跨度達到23～25m；4)東北角(斜柱傾斜角度54°，56°)、東南角(斜柱傾斜角度53°)、西南角(斜柱傾斜角度57°)存在下部內收，上部外傾造型；5)部分區(qū)域懸挑長度較大，從斜柱根部算起，最大懸挑長度約23m。

3.5 結構計算分析

本項目嵌固端取在地下室頂板，抗震等級：剪力墻為二級，框架為三級。

本項目采用YJK軟件(版本YJK-A1.5)和MIDAS Gen軟件進行計算分析。計算所得結構整體指標如表2所示。計算結果表明，結構整體指標滿足規(guī)范要求，兩個軟件的計算結果基本吻合，說明計算結果有效，結構體系及布置較合理。

YJK和MIDAS Gen計算結果比較 表2

3.6 立面外傾造型結構設計

本項目建筑的東北角、東南角、西南角存在較大的外傾造型，從首層建筑輪廓到屋頂外輪廓的投影尺寸為17～23m，傾角為53°～57°，如圖6所示。

圖6 建筑外傾造型實景照片

為實現(xiàn)外傾造型，結構采取斜柱+拉梁并結合懸挑梁[7]的結構方式(圖7)，即有效減小了結構懸挑的尺寸，又在保證結構穩(wěn)定性和抗震性能的前提下，盡可能地滿足了建筑體型要求。

圖7 斜柱+拉梁結構體系

在外傾造型處設置斜柱，斜柱采用直徑1.2～1.4m內置鋼管的疊合柱，鋼管直徑0.6～0.8m。斜柱與內側框架柱及核心筒之間設置拉梁，拉梁內置H型鋼，型鋼伸入核心筒內一跨，保證有效傳遞水平力。斜柱、拉梁、內側框架柱均內置型鋼，提高了構件的延性和抗震性能。

在豎向荷載作用下，結構傳力途徑可簡化為三角架，斜柱受壓，水平梁受拉，拉力傳遞到相鄰剪力墻核心筒，轉換為核心筒上的剪力并傳遞到基礎。

在模型中準確輸入斜柱、拉梁的標高及傾斜角度，以求最精確地模擬結構實際受力情況(圖8)。對于斜柱、拉梁及大懸挑構件考慮豎向地震作用，并進行包絡設計。經計算，大懸挑位置梁端撓度較大，為控制撓度，大懸挑梁按4‰起拱。根據(jù)施工完后現(xiàn)場實測反饋，大懸挑梁的撓度得到了有效控制，滿足撓度限值和幕墻施工精度要求。

圖8 模型及撓度計算

3.7 樓面錯標高結構設計

本項目功能多樣，且大多是開敞式空間。為彰顯空間的層次感，建筑將各功能空間設計為標高不同的階梯式平面。

建筑平面高差較大，為避免結構出現(xiàn)大量錯層，采用斜樓蓋體系并結合一次結構上升二次結構的方式，配合發(fā)泡混凝土填充以達到減小高差的目的，如圖9所示。通過這些措施避免結構錯層，提高了結構整體性，并保證了水平力的有效傳遞。

圖9 錯標高結構設計剖面

3.8 階梯式屋面結構設計

本項目屋面功能很好地結合了自然、景觀及建筑等諸多元素，屋面的西北角被降低并連接公共空間，其余3個角被抬高，屋面被設計為退臺式的景觀平臺，為城市營造出了一個開放式的看?？臻g。退臺式階梯屋面采取一次結構上升二次結構的方式來實現(xiàn)，如圖10所示。

圖10 臺階式屋面剖面圖

屋面平面尺寸約110m×84m，屋面最高點與最低點高差約21.5m，一次屋面結構由16個三角形斜面拼合而成。在計算模型中按實際輸入坡度及主要控制點標高，以得到最精確的計算結果。

為提高屋面二次結構抗滑移安全儲備，采取了如下措施：1)二次結構柱縱筋錨入屋面結構內并滿足錨固要求；2)在二次結構柱下設置柱墩，柱墩與屋面結構之間設置抗剪鋼筋；3)柱墩與一次結構屋面整體澆筑，不留施工縫。

4 構件及節(jié)點設計

4.1 斜柱設計

在豎向荷載作用下，斜柱受壓，斜柱周邊的框架梁及樓板受拉，傳力方式如圖5，7所示。對斜柱進行了豎向荷載基本組合工況下的手算復核。按受力負荷面積計算斜柱在各樓層交點處的豎向力，通過構建單榀簡化計算模型，計算各桿件的內力。按壓彎構件復核斜柱受力及配筋，按軸心受拉構件復核拉梁配筋，并加強拉梁通長縱筋及腰筋。

通過內力分析確定，在豎向荷載作用下，斜柱除承受軸力外，還會承受很大的彎矩，為提高斜柱的延性及抗震性能，采用內置鋼管的疊合柱[8]，疊合柱軸壓比控制在0.4以內。鋼管保護層厚度300mm，鋼管壁厚30mm，含鋼率4.7%。為保證鋼管內混凝土的密實度，鋼管內的混凝土采用自密實混凝土澆筑，疊合柱采用復核配箍形式[9]，如圖11所示。

圖11 疊合柱截面圖

4.2 型鋼節(jié)點設計

因本項目的復雜性，節(jié)點設計的主要難點為梁柱夾角大多非直角，對鋼構件的設計、加工精度要求較高。

柱上設置環(huán)板與型鋼梁剛接連接(圖12(a))，梁柱縱筋遇型鋼不能貫通或錨固長度不足時，與型鋼上連接板焊接。斜柱根部與垂直柱相交于1層梁板，斜柱內鋼管與垂直柱內鋼管于相交處相貫焊接(圖12(b))，斜柱縱筋錨入地下圓端形柱內。

圖12 型鋼節(jié)點剖面圖

4.3 多梁節(jié)點設計

本項目存在多根梁相交于斜柱的情況，對于此類多梁節(jié)點，重點需要解決交叉梁縱筋碰撞導致錨固長度不足的問題。

通過在多梁節(jié)點柱頂設置環(huán)梁[10](圖13)的方式來解決鋼筋錨固長度不足的問題。在節(jié)點處圍繞框柱周邊設置寬度為800mm的環(huán)梁，環(huán)梁縱筋封閉成環(huán)，梁內側環(huán)筋放置在框架柱內?？蚣芰旱捉钪辽儆?根貫通，不能貫通的梁底筋至少伸至柱中且滿足錨固長度要求?？蚣芰喉斀钅芡▌t通，不能貫通的頂筋伸至環(huán)梁內側彎錨勾住環(huán)梁內側頂筋，且滿足錨固長度要求。

圖13 環(huán)梁節(jié)點

5 結語

(1)為了提高本項目的抗震性能，本項目抗震設防烈度按照提高一度設計。

(2)將建筑的4個交通核設置為鋼筋混凝土核心筒，核心筒通過拉梁與3個角部斜柱相連，有效承擔了結構在豎向荷載及水平地震作用下的水平力。斜柱、拉梁及內側相鄰框架柱均內置型鋼，提高構件的延性和抗震性能。

(3)地面以上樓板厚度取120～150mm，均采用雙層雙向配筋，增強結構的整體性，提高樓蓋剛度。

(4)采用二次結構形式避免樓板錯層，并保證樓板高差小于梁高度，保證水平力有效傳遞。

(5)斜柱均采用疊合柱，軸壓比控制在0.40以內。大懸挑構件考慮豎向地震作用。