太原萬達(dá)廣場A5區(qū)A-1樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

孫宇棟

1 工程概況

本工程為太原萬達(dá)廣場A-1座樓，位于太原市龍?zhí)豆珗@附近，規(guī)劃區(qū)的北部為北大街，西部為新建路，東部緊鄰解放北路，南部為旱西門街。由太原萬達(dá)廣場有限公司投資建設(shè)。建筑主要功能為沿街商鋪及高層住宅，屬于高層建筑。由山西省建筑設(shè)計(jì)研究院承擔(dān)建筑、結(jié)構(gòu)及設(shè)備設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)地上部分為33層，建筑高度99.650 m。地下部分2層，埋深約7 m。地下2層為人防層(層高3.67 m)，地下1層為設(shè)備層(層高 2.53 m)，首層層高4.2 m，2層層高 5.15 m，框支梁設(shè)置于 2層頂板處(標(biāo)高9.350 m)，標(biāo)準(zhǔn)層層高2.9 m。總建筑面積67 628 m2，其中地上部分64 208 m2，地下部分3 420 m2。主樓地上部分沿中部設(shè)置伸縮縫，左右對稱。

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年，建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級。抗震設(shè)防類別為丙類，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級為乙級。框架抗震等級特一級;剪力墻加強(qiáng)區(qū)特一級，非加強(qiáng)區(qū)一級。

太原市的抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.2g。設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場地類別為Ⅲ類。基本風(fēng)壓按100年一遇為0.45 kN/m2。

2 結(jié)構(gòu)體系

2.1 上部結(jié)構(gòu)

底部大空間部分結(jié)構(gòu)布置如下:框支柱截面1 m×1 m，除電梯井筒外，落地剪力墻厚度均為300 mm。框支梁截面1 m×2 m。

受力體系上，選用部分落地框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系。

混凝土強(qiáng)度等級:承臺、防水板及基礎(chǔ)梁:C35;2層以下框架柱及剪力墻:C45;3層～4層剪力墻:C35;5層以上剪力墻:C30;人防層～1層梁、樓板:C30;2層梁、樓板:C45;3層及以上梁、樓板:C25。

鋼筋種類HRB400(主要用于梁，柱及墻體縱筋及部分箍筋)，HPB235(主要用于樓板、次梁及墻體縱筋及箍筋)。

2.2 基礎(chǔ)形式

結(jié)合擬建物的性質(zhì)、所處位置、場地土條件及施工條件等綜合因素考慮，采用泥漿護(hù)壁鉆(沖)孔灌注樁并采用樁底樁側(cè)后壓漿技術(shù)以提高樁的承載力。采用基樁為端承摩擦樁，墻下布樁，樁基設(shè)計(jì)等級為甲級。工程樁有效樁長為39 m，樁徑700 mm，單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為9 000 kN，樁端持力層為第⑩層卵石層。主樓荷載較大，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)擬采用承臺+防水板形式，承臺高1 300，防水板厚500，本建筑物的地基變形計(jì)算軟件采用JCCAD，計(jì)算得到的基礎(chǔ)最大沉降量為20.48 mm，滿足規(guī)范要求。

3 結(jié)構(gòu)超限情況及性能目標(biāo)

3.1 超限情況

1)本工程所在地區(qū)抗震設(shè)防烈度為8度(0.2g)，場地類別為Ⅲ類，本項(xiàng)目依照J(rèn)GJ 3-2002高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程相關(guān)規(guī)定，A級最大適用高度為80 m，而本工程建筑高度為99.65 m，為B級高度高層建筑。

2)鑒于地上1層，2層使用功能限制，結(jié)構(gòu)X向側(cè)向剛度較小，層間側(cè)向剛度存在突變。

3.2 性能目標(biāo)

根據(jù)結(jié)構(gòu)的超限程度，按照性能化設(shè)計(jì)思想，對結(jié)構(gòu)提出性能設(shè)計(jì)目標(biāo)，見表1。

表1 抗震性能設(shè)計(jì)目標(biāo)

4 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

4.1 多遇地震作用下結(jié)構(gòu)整體分析

計(jì)算軟件和計(jì)算模型采用SATWE，PMSAP兩個(gè)程序分別進(jìn)行地震作用下的整體計(jì)算比較。

4.1.1 周期

結(jié)構(gòu)第一陣型至第三陣型自振周期分別為對應(yīng)Y向平動(dòng)、對應(yīng)X向平動(dòng)，扭轉(zhuǎn)。結(jié)構(gòu)周期見表2。

表2 結(jié)構(gòu)周期

4.1.2 位移

依據(jù)高規(guī)第4.6.3條，層間位移角限值為1/1 000。層間位移角計(jì)算結(jié)構(gòu)見表3。

表3 結(jié)構(gòu)層間位移角

4.1.3 多遇地震下彈性時(shí)程分析

采用SATWE程序?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行彈性時(shí)程分析，結(jié)果見表3，共選取1組人工波，2組天然波。所選地震波為程序自帶地震波，每組波由X，Y兩方向一組波組成，加速度最大值主方向∶次方向=1∶0.85。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)區(qū)反應(yīng)譜和多條波的結(jié)果的包絡(luò)值，進(jìn)行構(gòu)件驗(yàn)算。

時(shí)程分析層間位移角均能滿足最大位移角限值。

4.2 罕遇地震作用分析

采用中國建筑科學(xué)研究院PUSHOVER進(jìn)行彈塑性分析。

PUSH的加載過程分為兩大步，先施加豎向靜力荷載，得到結(jié)構(gòu)在豎向力作用下的初始狀態(tài)，然后在這個(gè)初始狀態(tài)的基礎(chǔ)上再施加側(cè)推靜力荷載，直到滿足停機(jī)控制條件。兩大加載過程均采用弧長法控制的逐步加載的彈塑性靜力非線性分析方法。

計(jì)算結(jié)果見圖1，圖2。

結(jié)果顯示該工程需求層間位移角為X向1/170＜1/120，Y向1/144＜1/120，均滿足罕遇地震作用下規(guī)范規(guī)定的變形要求。

5 抗震性能評價(jià)

通過以上分析，可以得到如下主要結(jié)論:

多遇地震下結(jié)構(gòu)整體性能滿足規(guī)范相關(guān)要求，即達(dá)到小震作用下結(jié)構(gòu)完好的要求;在罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)的整體變形不會(huì)超過規(guī)范限值，其中主要耗能構(gòu)件能夠充分消耗地震作用，結(jié)構(gòu)主要方向最大層間位移角為1/144，不超過1/120，即滿足規(guī)范大震不倒的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。

6 結(jié)語

本工程高度超限且底部為大空間，太原地區(qū)地震烈度高，場地相對差，導(dǎo)致地震作用較大，給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來一定難度。

通過合理的結(jié)構(gòu)布置及對薄弱層采取相應(yīng)的加強(qiáng)措施，提高了結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的耗能能力。經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)算復(fù)核，該結(jié)構(gòu)能達(dá)到預(yù)期的抗震設(shè)防性能目標(biāo)，保證了結(jié)構(gòu)的安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。

［1］ JGJ 3-2002，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］.

［2］ GB 50009-2001，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］.

［3］ 梁莉軍，王興法，劉 俊，等.天津響螺灣C-02地塊項(xiàng)目主樓結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2011，41(10):68-71.

［4］ 王麗霖.我國高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初探［J］.山西建筑，2011，37(3):40-41.