丽水莲都灵山未来社区结构设计

2022-03-03蔡东阳童臻华

浙江建筑 2022年1期

程健，蔡东阳，童臻华，田杨

（浙江省省直建筑设计院，浙江杭州 310030）

丽水莲都灵山社区是浙江省首个带方案整体出让的未来社区，也是浙江省首批未来社区试点项目。项目位于丽水市莲都区岩泉街道，地块位于丽阳街以南，灵山路以西，寿元路以北，青林路以东，总建筑面积83.4万m2。地上设有22栋高层可销售住宅、9栋高层回迁安置住宅、1栋医养综合楼、2栋高层公寓式酒店、2栋人才公寓、1座12班幼儿园、1座托育所、南北各设1座商业邻里中心，小区内设高线公园（空中绿道兼风雨连廊）。地下满铺1～3层地下室，局部设有六级和五级人防地下室。项目的整体鸟瞰图见图1。

图1 鸟瞰图

本项目住宅和公寓采用钢筋混凝土剪力墙结构，邻里中心、幼儿园和医养综合楼采用钢筋混凝土框架结构，公寓式酒店为钢筋混凝土框架-剪力墙的连体结构。基础形式有旋挖桩、扩展基础、筏板基础。场地类别为Ⅱ类，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05 g，设计地震分组为第一组。基本风压为0.30 kN/m2，地面粗糙度为B类。下面针对未来社区的建设特点，介绍本项目结构设计中几个重点问题和相应对策。

1 装配式建筑

1.1 装配式建筑要求

采用装配式建筑是未来社区建设的约束性指标之一，根据丽水市住房和城乡建设局要求，本项目可销售住宅不少于地上总建筑面积的30%采用装配式建筑，人才公寓和公寓式酒店全部采用装配式建筑，按浙江省《装配式建筑评价标准（DB33/T 1165—2019）》执行，住宅和人才公寓的装配率不小于50%，公寓式酒店的装配率不小于60%。经测算，可销售住宅中10＃/14＃/15＃/17＃/18＃/19＃/22＃采用装配式建筑，满足不少于地上总建筑面积30%的要求。

1.2 装配式建筑方案

经过调研和技术经济方案比选，住宅和人才公寓的装配式建筑采用方案一，公寓式酒店的装配式建筑采用方案二，具体见表1。

根据浙江省《装配式建筑评价标准（DB33/T 1165—2019）》，从表1可以看出，住宅和人才公寓装配式建筑方案评价的得分项如下：

表1 装配式建筑方案

1）主体结构评价项：采用高精度模板，应用成型钢筋，采用叠合楼板和预制楼梯。

2）围护墙和内隔墙评价项：内隔墙非砌筑，并采用墙体与管线、装修一体化。

3）装修和设备管线评价项：采用全装修，竖向管线与墙体分离。

装配率P＝（31+10+9）/100＝50%，满足居住建筑不低于50%的要求。

公寓式酒店采用混凝土结构与钢结构的混合结构，主体结构评价项得分按各自面积进行加权计算，其装配式建筑方案评价［1］的得分项如下：

1）混凝土结构主体结构得分项：应用成型钢筋，采用叠合楼板和预制楼梯；钢结构主体结构得分项：竖向构件、支撑和梁均应用预制部件，采用钢筋桁架楼承板。

2）围护墙和内隔墙得分项：非承重围护墙非砌筑、墙体保温隔热一体化、内隔墙非砌筑、墙体与管线一体化。

3）装修和设备管线得分项：采用全装修，竖向管线与墙体分离，水平管线与楼板和湿作业楼面垫层分离。

装配率P＝（23+16+18）/（100-6）＝60.6%，满足公共建筑不低于60%的要求。在进行技术经济比较时，因公寓式酒店为层层退台的建筑，基本没有标准层，层高也不尽相同，而且单层面积较大，若采用高精度模板，模板的重复率较低，不经济，所以未采用高精度模板。另外公寓式酒店四周均为拉通的外挑阳台，建筑外墙基本位于阳台与室内分界处，外围护墙采用内嵌式的ALC外墙板，不存在坠落问题，同时因有上层阳台遮风挡雨，外墙渗漏的风险较小。

1.3 装配式建筑设计思考

1）装配式建筑方案应全面系统考虑各种影响因素，进行多方案比选。装配式建筑牵涉到建筑、结构、设备、精装、幕墙、造价等专业，也牵涉到业主、设计、施工、生产厂家等各参与方，建议由项目负责人牵头统筹各专业和各参与方，进行多方案的技术经济比选，共同商定装配式建筑方案，提高前期决策的效率。

2）应根据当地市场供应条件、市场接受程度、地方政策规定、业主诉求、项目情况、单体类型等具体情况，选择经济合理的装配式建筑方案。

3）装配式建筑评价既要满足各专业最低分值的要求，也要满足综合的评分要求，要协调好各专业的得分。

4）结构专业应注意如下问题：首先要确定合理的结构体系，采用钢结构还是混凝土结构。公建要求单体装配率不低于60%，若在围护墙、内隔墙、装修和设备管线上无法得到足够分数，往往需要采用钢结构才能达到装配式建筑的评价要求。其次应策划好主体结构的装配式方案，优先考虑成型钢筋、高精度模板这些容易得分的项，再考虑水平构件，最后考虑竖向构件；拆分预制构件时，做到少规格、多组合，同时考虑构件制作、运输、安装等因素。

2 连体结构

未来社区的试点项目普遍设有连体结构，串联起各个单体，实现建筑之间以及功能组团之间的交通或能源联结。有的还在连接体上打造复合弹性空间，比如空中绿化、空中庭院、共享空间，提升了社区品质。

2.1 连体结构概况

本项目37＃/38＃公寓式酒店为连体结构，地上21层，建筑高度79.6 m，连接体两端的塔楼采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构，连接体采用钢框架结构（连接体底层采用型钢桁架）。酒店南侧为邻里中心，两者之间设置防震缝脱开，该区域下设3层满铺地下室。其中38＃楼的结构模型见图2。

图2 38#楼结构模型

连接体跨度为25.2 m，连接体设置在16～21层，第16层设置与楼层等高的转换钢桁架，共4榀，桁架高度3.9 m，桁架伸入两侧主体结构各一跨。连接体与主体结构的墙柱采用刚性连接，支承连接体的框架柱均采用型钢混凝土柱，柱子截面为900 mm×900 mm，转换桁架上下弦杆典型截面为H800×500×30×35钢，斜腹杆典型截面为H500×500×30×35钢。考虑观光需要，转换桁架未设竖向腹杆和垂直于主桁架的稳定桁架。下面以38＃楼为例介绍该楼的结构设计和抗震超限分析情况，连接体底层转换钢桁架下弦层的平面布置见图3，其中一榀转换钢桁架的竖向布置见图4。

图3 连接体底层平面布置

图4 连接体转换桁架立面

2.2 连接体加强措施

根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》，本工程存在扭转不规则、尺寸突变、构件间断、复杂连体、刚度突变、承载力突变、斜柱不规则情况，属于超限高层建筑［2］。针对上述超限情况，设计采取了一系列措施，对各类结构构件制定不同的抗震性能目标，对核心筒、连接体、周边框架采取了不同的抗震加强措施。其中针对连接体的措施如下：

1）连接体相关部位的梁和与之相连的墙柱抗震等级提高一级，连接体高度范围及其上下层的竖向构件抗震等级均提高一级。

2）连接体与两侧塔楼刚性连接，转换桁架伸入两侧塔楼各1跨，与其相连的框架柱或核心筒加强，保证水平地震剪力传递。为加强连体顶层的构造设计，连体结构顶层延伸跨的楼面梁也采用型钢混凝土梁，以承受连体对主楼结构的轴向拉力或压力作用。

3）将连接体转换桁架上、下弦层楼板指定为弹性膜，并进行弹性楼板应力分析，依据计算结果对板厚及配筋进行加强。上、下弦层楼板均为150 mm厚，连接体顶层楼板适当加厚。以上楼板加厚范围延伸至连体两侧1～2跨范围，此区域板筋均双向拉通并提高楼板配筋率，以承担板内出现的拉应力，提高连接体楼板受剪承载力。

4）控制连接体转换桁架的应力水平，不考虑楼板作用（即零楼板），中震下连接体均为弹性，控制杆件最大应力比不超过0.75。

5）连接体下部相邻楼层的水平地震作用计算内力放大，同时加强该层竖向抗力构件的配筋构造和楼盖的刚度、配筋。

6）补充施工模拟验算。

2.3 超限结构抗震分析

本项目超限高层建筑抗震设防专项审查选择的抗震性能目标为C级［3］：多遇地震、设防地震、罕遇地震作用下分别达到1、3、4级抗震性能水准。分别采用了YJK、Midas Gen、Sausage软件进行分析计算，结构动力特性见表2，反应谱分析的总体指标见表3。

表2 整体结构动力特性

表3 地震位移响应结果

对整体结构进行了多遇地震下的弹性时程分析，地震波选用1条人工波ArtWave-RH2TG035，2条天然波N.Palm Springs_NO_532和Chi-Chi Taiwan-05_NO_2946。每条波时程分析计算所得结构基底剪力不小于振型反应谱法计算结果的65%，3条波的基底剪力平均值不小于振型分解反应谱法计算结果的80%，剪力包络曲线局部大于反应谱法，对楼层剪力相应进行放大。

罕遇地震动力弹塑性分析采用了Sausage软件，罕遇地震下X向最大弹塑性层间位移角为1/469，Y向最大弹塑性层间位移角为1/246，根据《高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ 3—2010）》的规定，钢筋混凝土框架-剪力墙结构在罕遇地震下的弹塑性层间位移角限值为1/100，除框架结构外的转换层位移角限值为1/120，满足规范要求。同时对框架梁、桁架、框架柱、剪力墙、连梁及楼板的损伤及性能指标进行了分析和统计，各结构构件的承载力满足性能设计要求。

为了保证节点连接的可靠性，对转换桁架两端支座的节点以及上部钢框架的钢柱与转换桁架连接的柱脚节点补充了有限元分析，节点位置详见图4中的节点1、节点2。选择受荷较大的一榀，采用盈建科中震弹性分析最不利工况的内力进行模拟分析，转换桁架支座节点处最大应力约为230 MPa，框架柱柱脚转换节点处最大应力约为195 MPa，应力比均小于0.75，说明转换桁架支座以及框架柱柱脚节点在中震下均处于弹性状态。

2.4 连体结构设计思考

1）连体结构扭转效应普遍明显，应严格控制。建议在方案阶段与建筑协调，使塔楼的体型（平面尺寸、结构布置、层数等）尽量接近，同时加强结构的抗扭刚度，比如在端部布置或加强墙柱，周期比控制在0.85以下［4］。

2）连接体部分受力复杂，合理选择结构形式。连接体是连体结构的关键部位，也是比较薄弱的部位。连接体结构形式应根据跨度、高度、施工便捷性、经济性综合考虑，对连接体进行详细的分析和方案比选。

3）连接体两端的连接方式和连接节点应精细化设计。连接处理方式一般根据建筑方案与布置来确定，可以采用刚性连接、铰接、滑动连接等形式。当连接体能协调两侧塔楼的变形，有利于两侧塔楼整体的抗风或抗震时，宜采用强连接［5］。当连接体为单个或少数楼层，连接体面宽较窄，难以协调两侧塔楼的变形时，可以采用弱连接。每种连接方式的处理方式不同，均应进行详细分析与设计。

3 绿化阳台和绿化屋面

根据《浙江省人民政府关于印发浙江省未来社区建设施工工作方案的通知》浙政发［2019］8号文，未来建筑场景要求建设个性化、泛在化绿色公共空间，依托阳台绿槽、社区公园、屋顶花园等，提高立体复合绿化率。未来社区的试点项目普遍存在空中绿化阳台和绿化屋面，存在荷载大或悬挑大的问题，须采取合理的技术措施。

3.1 绿化阳台和绿化屋面荷载取值

本项目在与各方就阳台和屋面绿化问题的讨论中，从技术经济方面考虑，形成了如下共识：为了住宅采光通风需要，绿化阳台种植花草或灌木为主，局部可以种植小乔木；因住宅层高一般为3 m左右，若阳台上方无上空或未设置错台，扣除结构和覆土厚度，净高一般在2.5 m以内，不适合种植高大乔木；两层通高及以上的阳台或屋面可以考虑种植乔木，但要考虑固定措施、施工的可实施性以及维护运营的问题。

本项目阳台和屋面绿化的具体做法如下：

1）住宅阳台上种植草皮和低矮灌木处，覆土厚度不大于300 mm，结构不降板。

2）住宅阳台上种植灌木或小乔木处，覆土厚度不大于700 mm，结构降板，板底和梁底平。

3）住宅屋面种植花草、灌木或设有屋顶农场，覆土厚度不大于400 mm，结构不降板。

4）高线公园（空中绿道）种植花草、灌木、小乔木，覆土厚度不大于700 mm，结构降板，板底与梁底平，局部种植乔木处采用树池增加覆土厚度。

绿化活荷载取值如下：种植草皮和低矮灌木区域按3.0 kN/m2，种植灌木或小乔木区域按5.0 kN/m2，若采用树池方式种植乔木，按实际考虑。

3.2 绿化阳台和绿化屋面结构设计措施

本项目绿化阳台悬挑长度1.5 m至3.6 m不等，南面阳台悬挑长度不超过2.4 m，东西两侧悬挑长度不超过3.6 m，对于悬挑长度较大的阳台，悬挑梁采用变截面梁，根部梁高600～700 mm，端部500 mm，配筋适当放大，并验算挠度和舒适度。悬挑梁与剪力墙交接处设置外突的端柱，有利于梁纵向钢筋的锚固或水平弯折，同时也可以减小悬挑长度。为了减小楼板渗漏的风险，本项目绿化阳台和绿化屋面均未采用叠合板，现浇楼板的厚度适当加厚，绿化阳台板厚不少于150 mm，绿化屋面和高线公园（空中绿道）板厚不少于200 mm，楼板配筋也适当加强。

3.3 绿化阳台和绿化屋面结构设计思考

1）景观、建筑、给排水、结构各专业要充分沟通对接，明确大样做法，结构专业需要确定覆土荷载、绿化荷载、降板要求。

2）建筑图上应限定覆土厚度，明确绿化范围和绿化种植要求，结构图上应明确覆土厚度和覆土范围或荷载限值，实际设计时宜留有一定的弹性空间。

3）结构布置应考虑建筑和景观的舒适性，在保证安全的前提下，尽可能增加阳台的净高和通透性；

4）建议绿化阳台和绿化屋面采用整浇的楼板，如果采用叠合板，宜采用双向叠合板，且现浇层的厚度应加厚，适当增加结构刚度。

4 市政配合

根据《浙江省人民政府关于印发浙江省未来社区建设施工工作方案的通知》浙政发［2019］8号文，未来建筑场景要求推广集约高效公共交通导向开发（TOD）布局模式，围绕公交枢纽和轨道交通站点。所以未来社区市政配套较多，会引入公交、轨道交通、地下管廊等系统，会遇到市政道路或轨道交通穿越小区的情况，同时未来社区体量很大，为了加强地块之间的联系，会设置天桥或地下通道，这些就牵涉到结构设计与市政设施的配合问题。

4.1 市政道路配合

本项目市政道路由东向西穿过地下室顶板，西段直接压在地下室顶板上，东段需要架空，类似于高架桥。该段道路长约300 m，宽约18 m，道路结构平面图见图5，剖面图见图6，可以看出道路中线与地下室整体轴网有微小的斜交角度，综合考虑地下室的功能和道路的路线，在不影响地下室的停车和房间功能的前提下，对地下室的柱网进行了微调，挪动了柱子位置，加密了柱网。另一个需要关注的问题就是荷载问题，因为该市政道路为城市道路，要按《城市桥梁设计规范（CJJ 11—2011）》和《公路桥涵设计通用规范（JTG D60—2015）》考虑。该项目城市道路等级为城-B级，竖向荷载按车道荷载和车辆荷载两种情况分析，车道荷载用于整体分析，车辆荷载用于局部加载，对于小跨或者悬挑结构可能是车辆荷载控制梁板配筋。水平制动按车道荷载总重力的10%和165 kN的大值考虑，会影响架空道路段柱子的截面和配筋。