泰安万达广场商业裙房结构设计

田维洲

悉地国际设计顾问(深圳)有限公司上海杨浦分公司 上海 200438

1 工程概况

泰安万达商业裙房南北总长度约226m，东西总宽度约150m，地上建筑面积约85000m2，主要结构面26.1m，层高分别为：地下一层5.7m，一层5.7m，二、三、四、五层均为5.1m。其中四、五层相对大屋面在立面内收，主要功能为影厅，其中IMAX厅屋顶32.2m，为不规则项超限项目，已通过抗震专项评审。

2 场地条件

结构设计使用年限为50年，抗震设防类别为乙类，设计地震分组为第三组，抗震设防烈度为6度，场地类别为Ⅱ类。基本风压ω0=0.40kN/m2，地面粗糙度为B类，嵌固端为±0.000。商业裙房及两栋办公楼均以⑤层中风化石灰岩（fak=1800kPa）、⑥层中风化泥灰岩（fak=1200kPa）为持力层，岩溶发育程度属中等发育，基底下5m范围内的浅层岩溶对地基强度有消弱作用。抗浮水位设计标高为室外坪标高下0.50m。

3 地基基础设计

商业裙房采用独立基础+防水板+抗浮锚杆基础，独立基础持力层为⑤层中风化石灰岩或⑥层中风化泥灰岩。防水板厚500mm，典型独立基础平面尺寸3.0m×3.0m，独立基础厚1000mm。

采用锚杆抗浮，锚杆直径150mm，抗拔承载力特征值根据地勘报告计算取为310kN，分别锚入⑤层中风化石灰岩3.5m，或⑥层中风化泥灰岩4.5m，施工前需进行现场抗拔实验。基底下已揭露溶洞清除换填毛石混凝土，基底下5m范围内的浅层岩溶采用补偿收缩水泥浆注浆。

4 结构布置

4.1 结构形式

本工程在楼梯间设剪力墙（剪力墙厚300mm），形成多个均匀分布的筒体，成为框架-剪力墙结构（框架三级、剪力墙二级），相比于框架结构（二级框架）形成了多道设防，且由于框架部分抗震等级降低了一级，成本并没有大的增加。商业裙房不设缝，仅将两栋塔楼设缝脱开，避免了大地盘多塔楼及塔楼偏置的不利结构形式，如图1。楼面采用梁板体系，典型柱截面为800mmx800mm，典型梁截面高700-800mm，中庭周圈悬挑梁高度为800-1000mm，地下室顶板为嵌固端，采用主梁加大板，室内区域板厚180mm，二、三层长条形中庭连廊及内伸一跨相关区域处板厚150mm，并保证至少有一根框架梁拉结，连廊设2m宽膨胀加强带，按0.25%配筋率加强楼板配筋。

图1 二层结构平面图

4.2 影院部分

影院主要分布在四、五层，影院座位的斜板从第四层起连接至第五层，第五层在影院上空为开洞，模型计算时本层设为弹性板以考虑实际面内刚度变化，影院结构四周和主体脱开，以消除影院斜板对主体结构刚度的影响。此外由于第五层开洞较多，将影院周圈框架柱做成SRC柱，并下插一层以增加框架柱的延性。

4.3 IMAX厅桁架转换

IMAX厅相对于普通影院，要求三层通高，因此在第六层也为开洞。因建筑功能要求，IMAX厅角部柱需转换，由于转换梁跨度较大，若采取一般转换梁做法，转换梁柱截面较大，故采取SRC桁架转换，桁架钢骨上下弦杆为H800×400×14×22，腹杆为H500×400×14×22，桁架钢骨部分采用SAP2000进行分析，外包混凝土及钢筋构造加强。

4.4 大跨、悬挑扶梯等处梁柱加强措施

本项目在商场入口、中庭处有多根跨度20m-26m的大跨梁，条形内庭两侧有7m-8m悬挑扶梯梁，本工程对此类构件采取预应力，且这些位置的柱承受较大荷载和弯矩，对这些框柱采取芯柱+钢板箍，使其具有良好的延性和耗能能力，有效改善其在高轴压比情况下的抗震性能，这些部位梁纵筋根数较多，梁柱结点处钢筋交错复杂，若做成SRC柱，极易造成混凝土浇筑不实，因此芯柱是较好的解决方法。

5 结构分析计算

5.1 多遇地震弹性分析

结构弹性阶段采用SATWE计算，同时用Midas/Building进行校核对比，地震影响系数最大值αmax取安评报告[1]值0.082，主要计算结果如下表1：

表1 主要结构指标

计算结果表明两种软件分析的各项指标基本一致，表明使用的软件是可行的。

此外还需要进行弹性动力时程补充计算，采用PKPM软件选取2组天然波和1组人工波，各条波满足频谱、峰值、持续时间要求，且与规范谱在统计意义上相符，如图2，每条时程曲线的底部剪力不小于CQC计算结果的65%，且多条时程曲线底部剪力的平均值不小于CQC计算结果的80%，结构地震作用取时程法计算结果的包络值与振型分解反应谱法CQC计算结果的较大值。

图2 规范普与地震波普对比

5.2 中、大震弹塑性分析

本项目性能目标定为C级[2]，需进行设防地震和罕遇地震的静力弹塑性分析，根据抗震审查意见要求，地震影响系数最大值αmax取规范值（设防地震0.12，罕遇地震0.28）和安评报告（设防地震0.25，罕遇地震0.44）的中间值。本工程采取EPDA&PUSH程序中规定水平力作为侧向荷载，分别进行两个水平方向的Push-Over分析。

设防地震下，X、Y向位移分别为19.2mm和21.2mm，位移角分别为1/511和1/613，少数连梁钢筋出现屈服，少数非底部墙肢上出现了竖向或横向塑性铰，而作为第二道防线的框架结构部分所有构件在中震作用下均保持良好的弹性势态。

罕遇地震下，X、Y向位移分别为48.1mm和54.6mm，位移角分别为1/250和1/258，性能点出现时，多处连梁形成剪切破坏而开裂，说明连梁刚度明显退化；部分剪力墙上的高斯点出现了拉压破坏，少数剪力墙上发生斜向破坏的高斯点数目还不至于使得剪力墙发生整体破坏，大震作用下剪力墙满足抗剪不屈服的要求。框架部分仅少数框架梁因截面刚度破坏程度指数达到0.7而出现了塑性铰，而框架柱在此时因截面刚度破坏程度指数均小于0.7而未出现塑性铰，形成了较好的强柱弱梁的受力状态，并使得框架符合作为整体结构的抗震第二道防线的功能要求。

对于罕遇地震作用下发生刚度明显退化的连梁和出现高斯点破坏较多的少数剪力墙及其边框柱、边框梁，配筋进行加强。

5.3 楼板温度应力分析

本工程裙房主要楼板X向约226m，Y向约150m，两向均超出了规范规定的伸缩缝最大间距。但为了建筑效果及功能上的考虑，决定不设伸缩缝。因此对楼板进行温度应力分析，同时考虑混凝土徐变收缩当量温差。计算温差的取值和结构计算原理参考傅学怡《实用高层建筑结构设计》（第二版）[3],混凝土收缩当量温差按下式计算：

由于混凝土收缩应变的形成和发展与混凝土龄期密切相关，混凝土前期收缩应变发展较快，绝大多数收缩变形在早期就已完成。本工程以90天龄期计算混凝土收缩当量温差。即：

升温时混凝土受压，与混凝土收缩温差作用相反；降温时混凝土受拉，且与混凝土收缩温差作用相同。因此降温时需考虑混凝土收缩温差的不利作用。根据泰安当地的气象资料，考虑季节温差和混凝土收缩当量温差后，综合计算温差△T：升温△T=16℃，降温△T=-12.1-19.4=-31.5℃。

混凝土的收缩应力是一个长期的作用过程。混凝土的徐变特性对于收缩应力以及温度应力均有一定的有利影响，为简化计算，本工程中混凝土的徐变应力松弛系数取0.3。

本工程采用Midas/Gen软件进行空间结构的温度应力分析，不计入重力荷载和外荷载的影响，分析结果表明，仅一层局部凹角角部部位混凝土主拉应力略超过2.01Mpa，但分布区域较小，施工图配筋计算时增加配筋考虑温度影响，二层~屋面层混凝土楼板主拉应力均很小，在楼板开洞角部、楼梯间周边和连廊两端出现了局部应力集中，但楼板应力均基本小于C30混凝土的抗拉强度标准值。结构一层楼面温度应力效应最大，并随层数增加应力效应减弱，结构各层楼面应力效应均由降温工况起控制作用。对此采取以下措施以减小温差影响：1）设后浇带，2）混凝土低温入模，3）降低水泥用量，减小水灰比，4）钢筋双层双向拉通，5）对局部应力较大区域提高配筋率。

6 结语

本文简要阐述了泰安万达广场商业裙房项目的主要设计思路，及对该项目的技术难点采用如SRC柱、芯柱、预应力梁、转换桁架等加强措施，为以后类似项目提供解决方法，此外本项目的性能目标定为C级，对其中的部分构件按性能化要求复核和加强，本文受限于篇幅在此不做过多说明。