安徽某商业综合体超限高层建筑的结构设计

2014-11-09黄金桂

山西建筑 2014年20期

黄金桂

(中国建筑上海设计研究院有限公司，上海 200063)

1 工程概况

本工程位于安徽省阜阳市，由公寓楼、酒店、综合商业及两层地下车库组成，总建筑面积约26.5万m2。本工程建筑集群体量过大，与方案及业主积极沟通后，结构设计时根据建筑使用功能及结构合理性通过设置抗震缝将综合商业上部划分为五个受力简单、体量相对较小、经济性较佳的结构单体，各单体均嵌固于地下室顶板。综合商业地上层数3层～5层、地下2层，平面尺寸270 m×110 m。综合商业中段大屋面标高约26.400 m，属高层建筑，左、右段大屋面标高为15.900 m，属多层建筑。综合商业中段为超限高层，按照超限加强措施进行加强，见图1。

图1 阜阳颖州万达广场（西南角透视图）

2 场地条件及地基基础设计

本工程抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值0.10g，设计地震分组为第一组，场地类别Ⅲ类，设计特征周期0.45 s，抗震设防分类为乙类，按7度计算地震作用，按8度采取抗震措施。钢筋混凝土框架抗震等级为一级(中段)、二级(左、右段、大跨度为一级)。

建筑场地类别为Ⅲ类。场地内地基土层分布较稳定，无液化土层、不良地质作用不发育，属对建筑抗震一般地段。

根据当地经验，抗浮工况时考虑高水位，抗压工况时不考虑地下室水浮力作用。

采用桩筏基础，桩基同时存在抗拔、抗压两种工况，以抗拔控制为主，个别桩以抗压控制为主时考虑承台效应的复合基桩竖向承载力特征值，以减少桩个数。底板厚为0.6 m，承台高1.2 m～1.5 m。桩基采用φ400长螺旋钻孔压灌桩，桩长11 m，桩基持力层桩端持力层为第⑤层粉质粘土，单桩竖向抗压/拔承载力设计值为700 kN/450 kN。

3 上部结构分析和设计

3.1 结构布置及主要特点

本工程平面尺度超长，对长度超长的单体，设计中采取适当增加地下室底板、顶板及侧墙的贯通钢筋，设置伸缩后浇带及混凝土中掺加抗裂纤维等措施防止由于混凝土收缩和温度应力造成的建筑开裂。

综合商业室内步行街区域，各楼层均设置数个中庭(形状或方或圆)，导致楼板在两个水平方向均有比较大的削弱，其中中庭洞口尺寸约为25.5 m×7 m，各中庭之间连通道宽度约为4.0 m。对连通道及其相关区域数个楼板设计中采取如下加强措施，以提高该薄弱区域在地震时的抗裂性能并确保地震时水平力可靠传递:

1)该区域楼板按“小震不裂、中震不屈服”进行设计，后续施工图设计时，该区域楼板加厚至130 mm(由于柱网跨度大，为减轻自重，该区域板厚不宜过厚)，并采用双层双向配筋，防止地震时楼板过早屈服，对整体结构产生不利影响;

2)该区域梁设计从构造上加强，提高配筋率，以提高梁的抗震及防裂性能，确保结构整体安全;

3)主体结构梁、柱配筋取该连通道楼板是否存在时计算配筋包络值(即确保在该楼板失效时主体仍安全)。

综合商业左、右中段设置有数个影厅，影厅高度为2层高，影厅观赏区跨层设置导致楼板缺失严重，并形成了单方向穿层柱。同时影厅观赏区处框架柱无法升至屋面，影厅屋面形成大跨梁。为减轻结构自重，屋面板不宜过厚，并采取结构找坡。穿层柱仅承载影厅屋面荷载，承受的竖向荷载相对较小，设计时确保穿层柱有足够的承载能力，对穿层柱的计算长度逐个予以核实。对柱配筋进行复核，同时根据相应位置柱子剪力反算柱弯矩。

综合商业中段第四层立面收进，单向收进约44%。对收进层板厚及板配筋均进行加强，收进层楼板加厚至140 mm，楼板配筋双层双向，每层每方向配筋率不小于0.25%，收进部位上下层楼板双层双向配筋;收进部位上下两层塔楼周圈框柱抗震等级提高一级。其余均按规范要求采取其他相应加强措施。

大商业中庭区域及影厅屋面受限于方案特点，无法设柱，设置悬挑梁或大跨梁，悬挑长度最大为7.66 m，大跨梁最大跨度约为17 m～19 m。对这些大跨悬挑梁、大跨梁在设计过程中予以特别注意，确保强度、裂缝、挠度满足规范要求。确保其有足够的安全设防及可靠的承载能力。对于大跨梁处楼盖，进行竖向自振频率及竖向振动加速度值验算，以满足人行走时的舒适度要求。

室内步行街中庭屋面层设置有贯通的玻璃顶采光带或采光顶，此部分均采用钢结构形式，屋顶钢构设计时考虑屋面支撑结构位移对其内力产生的影响及在既定支座约束条件时屋盖结构与主体结构的相互作用。

铁锅易生锈，并且它在生锈过程中会释放对人体有害的物质。炒菜长时间放在锅里，会导致这些有害物质进入食物，成为身体健康的一大隐患。

3.2 结构整体计算及分析

工程整体计算采用PKPM系列软件SATWE，为了对结构整体及关键构件做更清晰的分析，建立了多种计算模型进行分析比较。同时用MIDAS进行核算、对比。

SATWE与MIDAS两个软件的主要计算结果对比见表1。由表中数据可以看出，两种程序计算结果差异不大，结构在多遇地震情况下各项指标均符合规范的要求。

表1 两种程序周期、位移对比

力学模型的计算程序计算结果比较接近。计算结果在数值上虽然有一定的差异，但差异均在工程上可接受的范围内。验证了结构分析的正确性和可靠性。第一扭转周期与第一平动周期之比最大为0.751 2(SATWE)，小于规范限值0.85;考虑5%偶然偏心时X方向结构位移比最大为1.38，Y方向结构位移比最大为1.32;同时，剪重比、地震及风荷载作用下的最大层间位移角、框架柱及剪力墙的轴压比等均满足规范要求。

超限高层建筑的抗震设计，往往需要采用动力时程分析法进行补充计算。通过输入地震波进行动力分析可以达到以下目的:发现结构的薄弱环节，以便事先予以加强;能更合理地使用材料，对反应以较确切地估计地震过程中结构发生震害的形态和部位，及时采取补救措施。

地震波时程特性与CQC对比如表2所示，时程法结构地震响应计算结果与CQC结果对比见表3。

表2 地震波时程特性与CQC对比

表3 时程法结构地震响应计算结果与CQC结果对比

从表2，表3中可以看出，每条地震波的X，Y两个方向的基底剪力均不小于反应谱法求得的基底剪力的65%，三条地震波的平均基底剪力不小于反应谱法求得的基底剪力的80%，因而计算结果与反应谱法的结果在统计意义上相符。时程分析的X，Y最大楼层位移和最大层间位移角均小于反应谱法的结果，故采用结构地震作用效应较大的反应谱法作为设计依据是合理的。