某商業綜合體斜柱分析

陳衛峰

(南京威新房地開發有限公司第一分公司,江蘇 南京 210016)

0 引言

通過某商業綜合體設計的實際案例,從安全及技術角度考慮,針對結構設計中斜柱構件的專項分析,介紹了斜柱位置及分析方法,與斜柱相連的框架梁受力分析、配筋及裂縫驗算,斜柱相關范圍樓板應力分析,驗證了模型預設的斜柱設計和計算措施的正確性、斜柱傳力的可靠性;本工程斜柱所采用的分析方法與設計手段可為類似工程提供參考。

1 工程概況

該項目位于秦淮區南部新城區域,北鄰城市道路機場路,西南至明匙路,南側面向跑道公園及三角公園,東側鄰接特色街巷。項目總用地面積約3.32萬m2,規劃總建筑面積28.05萬m2,地上建筑面積18.26萬m2,地下建筑面積9.79萬m2,地塊建筑限高150 m,見圖1。

本項目地下4層,主要功能為商業、車庫及設備用房。地面以上為商業綜合體,通過設置L形抗震縫,由T1號塔樓和T2號塔樓兩棟獨立結構單元組成。

T1號塔樓地上39層(不包括屋面局部凸出小塔樓及構架),結構高度146.44 m(含室內外高差0.1 m),7層及以下為商業,8層—39層為公寓(11層、26層為避難層)[1]。

T2號塔樓地上共15層(不包括屋面局部凸出小塔樓及構架),結構高度74.35 m(含室內外高差0.1 m),其中1層—8層屬于商業裙房(以下簡稱T2號塔樓裙房部分),9層及以上為辦公塔樓(以下簡稱 T2號塔樓辦公部分)。T1號塔樓與T2號塔樓之間的L形抗震縫寬度均為200 mm[2],如圖2所示。

根據GB 50223—2008建筑工程抗震設防分類標準[3]第6.0.5條、第6.0.11條及其條文說明規定:T1號塔樓1層—7層及 T2號塔樓1層—8層抗震設防標準均為重點設防類(乙類);T1號塔樓 8 層及以上部分、T2號塔樓辦公部分抗震設防標準為標準設防類(丙類)。

2 斜柱位置及分析方法

由于建筑內部空間需要,T1號塔樓存在1根斜柱XZ,其中XZ位于1層—8層(結構標高-0.100 m～38.940 m),平面位于T1-A軸交T1-12軸;T2號塔樓在商業裙房部分存在3根斜XZ1—XZ3,其中XZ1位于3層(結構標高 11.43 m～16.93 m),平面位于28軸交H軸;XZ2位于8層(結構標高39.43 m～44.85 m),平面位于20軸交J軸;XZ3位于7層—8層(結構標高33.43 m～44.85 m),平面位于12軸交J軸,如圖3—圖8所示。

為確保斜柱傳力可靠,需要對斜柱及周邊構件受力進行分析。斜柱端部的水平力較大,其端部水平力主要由與斜柱相連框架梁的軸向力平衡,首先不考慮樓板剛度的有利貢獻(即樓板厚度為 0),考察與斜柱相連框架梁的受力情況;其次對斜柱頂、底樓層樓板進行應力分析,并根據計算結果進行加強,確保樓板能夠作為框架梁承受水平荷載的有效二道防線。

3 與斜柱相連的框架梁受力分析

3.1 T1號塔樓2層—8層與斜柱相連的框架梁受力分析

不考慮樓板剛度的有利貢獻(即樓板厚度為0),采用Midas Gen[4]對與斜柱相連框架梁進行內力分析,表1詳細給出了2層—8層與斜柱相連框架梁在D+L,EX,EY,WX,WY作用下的軸力,以考查其受力大小及各工況下受力性能。

表1 T1號塔樓與XZ相連框架梁軸力

從以上各工況下內力可以看出:

1)2層—8層與斜柱相連框架梁的軸力,豎向荷載作用為控制工況,與水平荷載作用(地震作用為控制工況)相比,梁內軸力相對較大。2)水平荷載作用下(風荷載、地震作用),地震作用為控制工況。3)連接斜柱與剪力墻框架梁軸力加大,剪力墻連接處設置雙向暗梁平衡水平力。

3.2 T2號塔樓與斜柱相連的框架梁受力分析

不考慮樓板剛度的有利貢獻(即樓板厚度為 0),采用 Midas Gen對與斜柱相連的框架梁進行內力分析,表2—表4詳細給出了T2號塔樓各斜柱相連框架梁在D+L,EX,EY,WX,WY作用下的軸力,以考查其受力大小及各工況下受力性能。

表2 T2號塔樓與XZ1相連框架梁軸力

表3 T2號塔樓與XZ2相連框架梁軸力

表4 T2號塔樓與XZ3相連框架梁軸力

從以上各工況下內力可以看出:1)與斜柱相連框架梁的軸力以豎向荷載作用為主,水平荷載作用下,內力相對較小。2)水平荷載作用下(風荷載、地震作用),地震作用為控制工況。

4 與斜柱相連的框架梁配筋及裂縫驗算

4.1 T1號塔樓7層—8層與斜柱相連的框架梁配筋及裂縫驗算

根據計算的結果,7層—8層與斜柱相連框架梁,不考慮樓板作用進行分析,只考慮框架梁承受軸力,配筋結果如表5所示。

表5 T1號塔樓7層—8層與斜柱相連框架梁受拉驗算結果

7層—8層與斜柱相連框架梁,不考慮樓板作用進行分析,已考慮框架梁裂縫分布情況,裂縫驗算結果如表5所示。根據GB 50010—2010混凝土結構設計規范(2015 年版)[5]第 3.4.5條要求,一類(室內正常環境)混凝土結構構件的裂縫控制等級為三級,最大裂縫寬度的限值為0.3 mm;從表5中結果可以看出,與斜柱相連框架梁的裂縫小于0.3 mm,滿足規范要求。

4.2 T2號塔樓與斜柱相連的框架梁配筋及裂縫驗算

與斜柱相連的框架梁,不考慮樓板作用進行分析,只考慮框架梁承受軸力,配筋結果如表6所示,后續施工圖中將據此進行配筋設計。

表6 T2號塔樓與斜柱相連框架梁受拉驗算結果

與斜柱相連的框架梁,不考慮樓板作用進行分析,已考慮框架梁裂縫分布情況,裂縫驗算結果如表6所示;根據GB 50010—2010混凝土結構設計規范(2015 年版)第3.4.5條要求,一類(室內正常環境)混凝土結構構件的裂縫控制等級為三級,最大裂縫寬度的限值為0.3 mm;從表6中結果可以看出,與斜柱相連框架梁裂縫小于0.3 mm,滿足規范要求。

5 斜柱相關范圍樓板應力分析

5.1 T1號塔樓7層—8層斜柱頂、底樓層相關范圍樓板應力分析

7層—8層與斜柱相連框架梁直接承受來自斜柱的水平荷載,樓板與框架梁相連,亦起到傳遞水平力的作用,為確保樓板能夠有效傳遞分配到自身的水平力,并能作為框架梁承受水平荷載的二道防線,采用Midas Gen對7層—8層斜柱相關范圍樓板進行應力分析,以考察其受力大小及各工況下受力性能,7層—8層斜柱相關范圍樓板應力如表7所示。

表7 T1號塔樓7層—8層斜柱相關范圍樓板應力 N/mm2

從各工況下7層—8層斜柱相關范圍樓板應力結果可以看出:1)7層—8層斜柱相關范圍的樓板與框架梁受力機理和規律基本相同;2)7層—8層斜柱相關范圍樓板受到的水平拉力值,以D+L作用下為主;3)水平荷載作用引起的拉力值相對較小,同時在水平荷載作用中地震工況占主導地位;4)7層—8層斜柱相關范圍樓板在與剪力墻連接處應力較大,施工圖設計中應根據樓板應力結果配筋;5)7層—8層斜柱相關范圍樓板拉應力除剪力墻根部外相對較小,施工圖設計中根據樓板應力分析結果局部加強樓板配筋即可,剪力墻與框架梁連接處設置雙向暗梁平衡水平力。

5.2 T2號塔樓斜柱頂、底樓層相關范圍樓板應力分析

斜柱頂、底樓層與之相連的框架梁直接承受來自斜柱的水平荷載,樓板與框架梁相連,亦起到傳遞水平力的作用,為確保樓板能夠有效傳遞分配到自身的水平力,并能作為框架梁承受水平荷載的二道防線,采用與5.1節相同的分析原理及軟件 Midas Gen對斜柱頂、底樓層相關范圍樓板進行應力分析,以考察其受力大小及各工況下受力性能,計算結果表明:

1)斜柱頂、底樓層與之相連的樓板與框架梁受力機理和規律基本相同;2)斜柱頂、底樓層樓板受到的水平拉力值,以D+L作用下為主;3)水平荷載作用引起的拉力值相對較小,同時在水平荷載作用中地震工況占主導地位;4)斜柱頂、底樓層相關范圍樓板拉應力相對較小,施工圖設計中根據樓板應力分析結果局部加強樓板配筋即可。

6 結論

通過上述分析和計算,可以得到以下結論:1)斜柱傳力過程中,豎向荷載為主導荷載,相較于水平荷載占比較大,與斜柱相連框架梁軸力豎向荷載作用占近 80%以上,樓板受力亦有相同規律;2)水平風荷載、地震作用中,地震作用為控制工況;3)斜柱頂、底及中間樓層相關范圍樓板拉應力相對較小,施工圖中根據樓板應力分析結果進行配筋加強;4)以上分析結果表明,項目預設的斜柱設計和計算措施是正確的,通過對斜柱頂、底及中間樓層與之相連的框架梁、板進行加強,斜柱傳力是可靠的。