宜春市润达国际广场结构设计与分析

2020-01-14王生

工程建设与设计 2020年1期

王生

（上海市建工设计研究总院有限公司，上海200235）

1 工程概况

宜春市袁州区黄颇路片区棚户区改造项目,位于官圳路以西，南至宜春职业技术学院，西至昌黎路，北至鼓楼西路。建筑总面积为213558.5m2。地下1 层建筑面积为54211.3m2。地上部分为多栋单体组成，D9#楼（购物中心）为其中一栋商业综合体，地上部分由零售、超市、餐饮，酒店，影院等组成，地下部分功能主要是停车场及一些设备用房。建筑2 层平面布置见图1。

结构形式为框架结构，结构地下室1 层，层高6.0m；地上7 层，建筑高度40.7m。建筑结构安全等级为一级，结构重要性系数1.1 。本工程抗震设防烈度6 度，设计基本地震加速度0.05g，水平地震影响系数最大值多遇地震0.04 ，罕遇地震0.28，场地类别Ⅱ类，设计地震分组第一组，特征周期值0.35s。本工程抗震设防为重点设防（乙）类，按6 度进行抗震计算，按7 度要求采取抗震措施。地基基础设计等级甲级，建筑桩基设计等级甲级[1]。

图1 建筑2 层平面布置图

2 基础设计

本工程采用桩筏基础，持力层岩石饱和单轴抗压强度标准值frk=25MPa，采用单柱单桩，桩进入⑤中风化灰岩。场地内自上而下揭露的地层为①层杂填土、②粉质黏土、③粉质黏土、④粉质黏土、⑤中风化灰岩。⑤中风化灰岩层场地连续分布，饱和单轴抗压强度标准值为25MPa，属较硬岩类，岩体基本质量等级为Ⅳ级，岩面起伏局部较大，可作为本工程建筑物桩基础持力层。该场地地质条件复杂，岩溶强发育，岩溶发育特点主要为小型溶洞穴，局部发育大型岩溶洞穴，主要分布于场地内数个孔点，溶洞最大高度8.80m，最小高度0.50m，泥质充填，主要成分为粉质黏土，软塑状，含砂量30%～35%，局部含少量灰岩碎块，块径1～3cm，含量约为15%～20%。

为了保证基础的安全可靠，应在施工前做好每根桩的超前钻探，检验孔底下5 倍桩身直径或5m 深度范围内的岩体性状，确认其下无土洞、溶洞、破碎带或软弱夹层、隐伏沟槽的存在，且在桩体应力扩散范围内无岩体临空面的存在。岩溶的处理方法很多，例如，挖填或填充、灌浆、防渗墙等一系列措施。对于溶洞较大处的桩基位置，如果有需要还可进行设计调整，增加勘探孔点，采用两桩承台取代单桩承台的做法，规避大溶洞，以减少施工难度，从而更好地保障桩基施工质量和桩基可靠性[2]。

场地西北角因岩层较深，勘探、施工无法满足要求，这一块区域无法采用嵌岩桩，设计调整为PHC 管桩。为了使两块区域基础的差异沉降控制在规范允许的0.002L（L为相邻基础的中心距离）范围内，采取了有关措施：（1）针对该区域沉降差问题，在地下室底板、顶板等采用灌水、堆沙等方法预压，总预压荷载不小于40kN/m2。使桩基提前沉降，减小沉降差；（2）加大摩擦桩与嵌岩桩之间的沉降后浇带的宽度，尽可能推迟后浇带封闭时间；（3）确保施工中的压桩力不小于1400kN；（4）根据预压后的沉降差调整桩刚度，重新计算配筋；（5）加强交界处地上结构梁配筋；（6）相邻的第一排管桩内设嵌岩桩，嵌岩桩不伸入地梁内，与地梁保持间隙，预估20mm，具体以计算为准；（7）第一排嵌岩桩不能压溃；（8）相邻区域嵌岩桩的垫层、地梁、承台、底板等予以加强。PHC 管桩布置示意图见图2。

3 上部结构计算分析

D9#楼上部结构平面布置比较复杂，平面造型中有2 个直径18m 圆形开洞挑空造型，一个长轴长为38m、短轴长30m的椭圆开洞挑空造型，还有4 个不规则的小型开洞挑空造型。为了避免结构超限，通过合理设置结构缝的位置，把结构分成左右2 个单体，控制楼板开洞总面积不超过楼面面积的30%，且开洞中间的连通道最小宽度不小于5m。右侧单体周期计算结果见表1。

图2 PHC管桩布置示意图

表1 右侧单体周期计算结果

结构计算软件采用的是建研院的PKPM 的SATWE 和PMSAP，通过分析结构布置相对不利的右侧单体。右侧单体计算时，取用了18 个计算振型数，X方向的有效质量系数是94.29%，Y方向的有效质量系数是95.27%，满足规范要求。对于扭转不规则，计算时计入扭转耦联影响，且控制扭转位移比≤1.4，经过计算，结构偶然偏心的扭转位移比为1.38，属于扭转不规则里的一项小超限。相邻层受剪承载力变化大于80%，属于承载力突变一项小超限。经整体判定，该单体共2项小超限，其他不规则类型均满足规范要求[3]。

对楼板大开洞，局部不连续。主要采取以下措施：

1）本层楼板厚度适当增加，配筋双层双向，配筋率适当增强（≥0.25%），开洞挑空造型附近区域的板厚加厚到150mm，板配筋加强到φ10mm@100mm 双层双向拉通。

2）开洞周边梁适当增加梁截面宽度，并适当加强配筋，全部增设抗扭钢筋。

3）大开洞周围楼板定义为弹性板6，并进行中震弹塑性分析，根据应力分析结果，对薄弱处区域楼板加强配筋。X向地震应力分析图见图3。

4 对超长结构的处理措施

图3 X 向地震应力分析图

地库顶板东西向长297m，南北向长163m，因为受建筑造型和功能布置影响，很难通过结构缝分成多块区域，所以大大超过规范要求，形成超长混凝土结构。如何去控制超长结构因混凝土收缩和温度变形引起的裂缝问题，是很值得探索的问题。从设计和施工2 个方面去研究如何解决超长结构的裂缝问题[4]。

设计上对引起结构裂缝的主要原因进行分析研究，针对施工过程和使用阶段考虑混凝土收缩和温度变化产生的影响，确定温度差值，并进行内力分析。根据分析结果采取以下措施：

1）加强地下室底板、顶板和地下室外墙的水平向配筋，加强超长部分楼、屋面的配筋，提高配筋率，以抵抗温度作用产生的拉应力；沿水平构件长方向，布置连续的预应力，以提高水平轴向抗拉承载力和构件的抗裂性，起到一定的密闭裂缝的作用；地下室外墙采用预应力，避免正常使用阶段裂缝的产生；柱子采用连续螺旋箍筋，形成三向受力的模式，以提高竖向构件抗变形能力和承载能力。

2）做好外墙、屋面的保温隔热措施，并采用建筑措施，降低温差和结构温度应力[5]。

3）采用低标号强度等级的混凝土，减少水化热；采用较少水泥用量和水灰比，在混凝土中掺入聚丙烯增强纤维，在混凝土中形成均匀、密集分布的三维乱向搭接约束体系，加强混凝土材料介质的连续性和均质性，提高混凝土的阻裂能力，改善混凝土的脆性，降低混凝土表面裂缝。

4）地下室外墙水平筋外置，控制间距，迎水面≤100mm，内侧≤150mm。尽量选用较细、较密的布置方式，且水平筋配筋率不小于0.5%。

5）外墙水平筋外置遇剪力墙暗柱内弯折处，保护层加厚，一定范围内外贴钢筋网。

6）合理设置施工后浇带，并尽可能推迟后浇带的封闭时间，尽量释放混凝土早期收缩应力。建筑对施工后浇带的位置及形状都有严格的要求和限制，因此，在后浇带设置不合理的位置还需要采取特殊的处理措施，从而更好地解决构件承载力问题。

7）严格控制合龙温度，减小后期温度应力。

超长混凝土结构的施工措施包括施工工艺和施工材料等方面。主要包括：（1）浇筑大体积混凝土时，为了降低混凝土水化热，采用矿渣硅酸盐水泥，或在大体积混凝土配合比中掺加粉煤灰和矿粉，降低水泥用量，降低水灰比。（2）配置混凝土所用的骨料，其质量除应符合现行国家标准外，粗骨料含泥量控制在1% ，细骨料含泥量控制在1% ～1.5% ，严格控制混凝土的塌落度。（3）为减小混凝土的收缩变形，从混凝土浇捣、初凝，即须进行妥善的保温、保湿养护，控制拆模时间，尽早做好周边土的回填，减少混凝土外露时间[6]。