嘉興八佰伴購物中心項目結構設計★

梁乾乾，潘安陽，劉宇鑫

(南京鐵道職業技術學院,江蘇 南京 210031)

0 引言

如今商業綜合體項目平面及豎向體型越發復雜,伴隨結構建筑高度的增加,給結構設計帶來的挑戰也越來越大。特別是框架類商業綜合體建筑,在平面尺寸較大情況下,結構體系扭轉剛度較弱展現得尤為突出,通過對重點部位加強設置斜撐的典型案例分析,有效增強了結構的抗扭剛度,改善了結構不規則狀況。本工程采用的設計手段及分析方法可為該類工程提供參考。

1 工程概況

嘉興八佰伴購物中心項目位于嘉興市南湖區,北鄰中山東路,東至越秀南路。該工程地上9層,地下3層,地下室底板頂標高-13.2 m,建筑高度47.6 m,地上總建筑面積111 292.85 m2,地下總建筑面積66 647.32 m2,總建筑面積177 940.17 m2,采用框架-支撐結構。

本工程結構設計工作年限50 a,建筑抗震設防類別為重點設防類,建筑結構安全等級二級,工程抗震設防烈度為6度,設計地震分組為第一組,設計基本地震加速度為0.05g,場地類別為Ⅲ類,場地特征周期為0.45 s,基本風壓為0.45 kN/m2,地面粗糙度為B類[1-3]。

2 基礎設計

根據工程特點及場地土的地質條件,該工程采用樁基礎。本工程抗壓采用高強預應力鋼筋混凝土管樁,抗拔采用預制鋼筋混凝土實心方樁。抗壓管樁采用⑦-3砂質粉土和⑨-3黏質粉土為持力層。主樓范圍內采用柱下承臺布樁,僅地下室無上部結構部分采用滿堂布置抗拔樁。

3 結構平面及立面情況

工程地下部分水平向長度173.7 m,豎向長度125.1 m,地上部分水平向長度157.8 m,豎向長度100.8 m,由于平面超長且考慮建筑的使用功能要求,在該結構地上部分沿豎向軸與軸中間設置了伸縮縫,建筑立面效果如圖1所示。分縫后該結構的兩部分仍為超長結構,為此專門設計了超長結構的施工措施,要求水泥中鋁酸三鈣含量(質量分數)不大于8%;堿含量(質量分數)小于0.6%,骨料應采用非堿活性骨料,其中細骨料應采用水洗中砂,不得采用細砂,含泥量(質量分數)小于2.5%,泥塊含量(質量分數)小于1.0%,細度模數大于2.6%,粗骨料宜采用碎石或卵石,石子顆粒不大于31.5%,含泥量(質量分數)小于1.0%,泥塊含量(質量分數)小于0.5%,摻合料要求采用粉煤灰、礦渣粉,并要求根據廠家資料及現場試驗確定添加混凝土膨脹劑。最后對混凝土的澆筑、養護及后澆帶的封閉時間都做了詳細的規定。

該工程的右塔門廳處由于建筑凈高要求,存在貫穿三層的越層柱,并且在中間部位抽掉4根柱子,形成一個較大的中庭。在結構層的9層由于建筑影院及會議廳功能的要求,結構抽掉16根柱子,考慮結構體系的形成以及盡量避免單向越層柱的產生,結構要求影院及會議廳的布置盡量避免在結構的邊跨。在結構的大屋面由于大量的抽柱形成了多處大跨度梁,結構布置上在抽柱部位采用了斜向梁布置,從而減少水平向梁的跨度且達到經濟安全的效果,如圖2所示。

4 計算分析

本工程最初采用框架結構建模試算,由于結構的平面超長,5層以上平面切角收進以及上部抽柱等影響,結構的扭轉剛度較弱。框架結構的整體試算參數結果如表1所示。

表1 框架結構整體指標

為增加結構的扭轉剛度,在不影響建筑功能且滿足均勻對稱布置的要求下,在結構平面的③軸、④軸交軸、軸;軸、軸交軸、軸;軸、軸交軸、軸;軸、軸交軸、軸處設置了8榀斜撐,斜撐平面布置及局部斜撐立面如圖3所示。

考慮到增加斜撐部位的側移剛度較其他部位增加較多,同時承受的水平力明顯增大,對增加斜撐的部位采用勁性梁、勁性柱及勁性斜撐進行加強,再次利用SETWE計算的結果如表2所示。

表2 框架-支撐結構整體指標

此次計算結果較純框架計算結果,結構的扭轉剛度明顯提高,最大位移比由原來的1.51變為1.23,結構整體側移剛度也有較大提高,說明支撐的布置對結構整體性能有較大改善,使結構的整體參數滿足規范要求[4-5]。

在每個結構單元均勻對稱的設置勁性鋼筋混凝土斜撐形成第一道抗震防線,但嚴格控制勁性鋼筋混凝土斜撐承擔的傾覆彎矩不超過20%,從而保證一旦一道防線被突破后,其余框架柱承擔的附加水平地震力增幅不大,達到二道防線的設計目標,從而在概念設計上滿足規范二道設防的要求[6-7]。

計算中對結構進行了彈性時程補充分析,結構的左塔和右塔均采用了一條人工波(RH2TG045)和兩條天然波(TH3TG045,TH4TG045)進行了多遇地震下的彈性時程分析,在SETWE的CQC計算中通過調整每層的地震力系數對彈性時程分析結果進行包絡,從而避免了CQC計算中由于鞭梢效應頂部幾層地震力偏小的不利影響。對于結構中的越層柱以及影院周邊的柱子計算中進行了中震彈性的補充計算,設計時采用包絡設計,加強關鍵豎向構件的抗震性能。時程分析的兩塔雙向的剪力曲線如圖4所示。

5 勁性結構部分的節點設計

工程地上部分在周邊均勻設置勁性結構,勁性柱、勁性梁、勁性斜撐的含鋼率均超過4%。其中柱內采用實腹式十字型鋼,梁和斜撐內均采用窄翼緣H型鋼[8-10]。本工程設置斜撐的部位是結構整體中側移剛度較大的部位,采用鋼骨混凝土梁、柱、斜撐,如果節點部位處理不當容易造成薄弱部位,給結構整體造成重大的安全隱患,因此設計中重點加強了鋼骨混凝土梁、柱、斜撐的節點連接。其中典型部位的連接如圖5所示。

6 結論

本文對典型商業建筑的基礎設計、平面布置及抗震計算進行了全面的介紹,通過分析研究超長、大跨度且存在平面不規則和局部不規則的建筑加強措施,對該建筑類型的設計具有較好啟發意義。研究得出的主要結論如下:

1)對于平面超長且不規則的建筑,應盡量增加結構的抗扭剛度,對于抗震設防烈度為6度建筑高度不超過60 m,7度建筑高度不超過50 m,8度建筑高度不超過35 m的建筑結構形式可選擇框架-斜撐結構體系,通過均勻、對稱的布置斜撐來滿足結構的側移剛度及抗扭剛度要求,同時注意加強斜撐部位結構構件的延性設計。

2)對結構中設置斜撐部位的豎向構件及越層柱等關鍵承受豎向力構件,可通過補充中震或大震下的受力性能分析進行包絡設計,從而達到加強關鍵構件強度及延性的要求。

3)商業建筑頂層往往存在大空間的需求,結構平面設計時可通過布置斜向梁來減小水平構件的跨度。由于大空間一般設置在建筑的頂層,斜向梁布置對結構整體水平力的傳遞影響不大,但可以有效地減小跨度,從而達到安全、經濟的效果。