东阳银泰城项目结构设计分析

肖 南，时 丹

（杭州市建筑设计研究院有限公司，浙江杭州 310001）

1 工程概况

本工程位于浙江省东阳市世贸大道和兴平路交界处，工程总建筑面积418 540 m2，其中计容总面积为295 000 m2，不计容部分107 770 m2。上部建筑由以下几部分组成：8层银泰购物中心、1＃～7＃楼高层塔楼（28～32层）及其6层裙房（室外风情街）。建筑效果图见图1。

图1 建筑效果

8层银泰购物中心的使用功能主要为商铺、超市、餐饮、健身、电影院等，主要层高为5.10、5.40、5.95、6.60 m，建筑高度为44.60 m，主要柱网尺寸为8.70 m×8.40 m。

1＃、7＃高层塔楼地上29、28层，标准层使用功能为酒店式公寓及商务酒店，建筑高度分别为98.15、99.65 m，主要柱网尺寸为8.80 m×8.40 m。

2＃～6＃高层塔楼地上28～32层，使用功能为高层住宅，建筑高度最高为98.55 m。

1＃～7＃高层塔楼的裙房（室外风情街）的使用功能主要为商铺及餐饮，主要层高为5.10、5.40 m，建筑高度为32.60 m，主要柱网尺寸为8.70 m×8.40 m。

银泰购物中心与室外风情街每层楼面之间均由多条架空连廊相连，使银泰购物中心与室外风情街在使用功能上连为一体。

地块设置二层地下室，地下室底板面建筑标高为－7.80 m。地下室平面尺寸约为150 m×320 m。地下室的使用功能主要为设备用房及汽车停车库等。

2 结构概况

2.1 设计条件和参数

本工程设计使用年限为50年；建筑结构安全等级为二级；建筑桩基（地基基础）的设计等级为甲级；基本风压为0.35 kPa（50年重现期）（高度大于60 m的高层建筑承载力设计时采用基本风压的1.1倍），地面粗糙类别为B类；基本雪压为0.55 kPa（50年重现期）［1］；本工程设计完成于2015年3月，按《建筑抗震设计规范（GB 50011—2010）》［2］的规定，东阳市为非抗震设防区，本工程结构设计不考虑抗震设防，按非抗震设计。

2.2 结构设计概况

2.2.1 变形缝

本工程上部结构平面超长且平面布置复杂，银泰购物中心的中庭楼面开有多个大洞，银泰购物中心与室外风情街之间仅通过宽度很窄的架空连廊相连，受力复杂且极易在连廊内产生温度及收缩裂缝。根据建筑平面布置，上部结构在下列部位设置变形缝：1）银泰购物中心沿东西方向设置一条变形缝；2）室外风情街内设置多条变形缝；3）银泰购物中心与室外风情街之间的架空连廊采用钢结构，其与两侧主体结构的连接及设缝做法详见本文第3.1节。1＃～7＃高层塔楼的标准层平面尺寸较小，标准层平面内不设变形缝。地下室连为一体不设缝。典型的上部结构平面布置图及变形缝设置见图2。

图2 5层结构平面布置及变形缝示意

2.2.2 结构设计

银泰购物中心采用现浇钢筋混凝土框架结构，楼面结构采用普通梁板结构。部分楼面梁、屋面梁（框架梁及次梁）及悬挑梁跨度较大，采用后张有粘结预应力混凝土梁。平面南端的电影院楼面最大外挑尺寸约9.63 m，采用跨层型钢混凝土悬挑桁架结构。

1＃、7＃高层塔楼采用现浇钢筋混凝土框架－核心筒结构，楼面结构采用普通梁板结构。

2＃～6＃高层塔楼采用现浇钢筋混凝土部分框支剪力墙结构，部分剪力墙在6层楼面转换，采用钢筋混凝土框支梁、柱转换。楼面结构采用普通梁板结构。

高层塔楼的裙房（室外风情街）的结构体系同高层塔楼，楼面结构采用普通梁板结构。

主体结构采用PKPM、SATWE及YJK等软件进行计算分析。

根据地勘报告，结合上部结构特点及荷载大小，本工程采用旋挖成孔扩底灌注桩基础，以⑦－2中风化粉砂岩为桩端持力层。上部建筑荷载较小区域及纯地下室部分，采用旋挖成孔扩底灌注桩用于抗浮，以⑦－2中风化粉砂岩为桩端持力层，桩端进入持力层的深度以满足抗浮要求为准。桩基承台采用独立承台，底板采用无梁筏板，桩基承台兼作无梁筏板的下柱墩。

结合本项目特点，本文将着重介绍银泰购物中心的结构设计。

3 银泰购物中心结构设计

3.1 结构特点

银泰购物中心地上8层，平面尺寸约为100 m×220 m，主要层高为5.10、5.40、5.95、6.60 m，建筑高度44.60 m，主要柱网尺寸为8.70 m×8.40 m。采用现浇钢筋混凝土框架结构，楼面采用普通梁板结构。

楼面中部沿南北方向布置长条形中庭，由于建筑使用功能要求，中庭内不能布置框架柱，中庭两侧东西方向的框架柱之间的距离为17.40～43.80 m不等。中庭内楼面开有数个大洞形成多个宽度较窄的连廊，楼面削弱较多。中庭区域楼面梁（包括框架梁及次梁）的最大跨度为25.0 m，悬挑梁的最大悬挑长度为7.60 m，大跨度楼面梁及悬挑梁采用后张有粘结预应力混凝土梁。

建筑顶部电影院屋面的跨度为28.60 m，采用普通梁板结构，大跨度屋面框架梁采用后张有粘结预应力混凝土梁。

7～9层平面南端的电影院楼面最大外挑尺寸约9.63 m，采用跨层型钢混凝土悬挑桁架结构，梁柱内埋设的型钢均采用H型钢。

银泰购物中心与室外风情街之间的架空连廊采用钢结构，楼面梁采用钢梁，楼板采用现浇混凝土钢筋桁架楼承板，钢梁的一端与主体结构铰接连接，另一端采用滑动支座搁置在另一侧主体结构的牛腿上，钢筋桁架楼承板的一端与主体结构楼板整浇，另一端（钢梁设滑动支座端）设变形缝与主体结构楼板分离，以释放温度及收缩应力。滑动支座采用成品球铰支座，其允许滑移量取两侧主体结构在风荷载作用下的位移值及楼面温度变形位移的大值，并留有一定的余量。

中庭中部椭圆形楼面孔洞的顶部设置玻璃顶屋面，东西向跨度最大约为40.60 m，南北向跨度最大约为32.60 m，采用圆钢管桁架结构。

结构主要构件信息如下。1）构件主要尺寸：框架柱尺寸为1 200 mm×1 200 mm～600 mm×600 mm；梁尺寸为300 mm×800 mm～400 mm×1 000 mm（框架梁）、250 mm ×600 mm（次梁）、550 mm ×1 000 mm～600 mm×1 700 mm（预应力混凝土大梁）。楼板厚度为120～160 mm。2）混凝土强度等级：柱C45～C35；梁板C35（预应力混凝土梁为C40）。

3.2 预应力混凝土梁设计

购物中心中庭内3～9层楼面及屋面局部梁跨度较大，为满足梁承载力及正常使用要求，大跨梁（跨度大于19 m）及悬挑尺寸较大（悬挑尺寸大于5.6 m）的梁采用后张有粘结预应力混凝土梁，混凝土强度等级为C40，预应力筋为高强低松弛钢绞线fptk＝1 860 N／mm2，锚具采用OVM系列锚具。大跨度梁预应力筋采用抛物线形，悬挑梁预应力筋采用半抛物线型。预应力筋孔道位置按图3中所注位置定位，大梁钢筋骨架绑扎就位后即应将金属波纹管随之绑扎就位，绑扎中不得损坏波纹管并保证波纹管连接部位密实，防止混凝土浇灌时漏浆进入管内。管道灌浆的水泥砂浆强度等级不低于M30，水灰比控制在0.35～0.4。压浆工作应在张拉结束，静止12 h后在24 h内进行，灌浆压力控制为0.5～1.0 MPa，采用真空辅助灌浆。预应力大梁的张拉应在混凝土强度达到设计强度的100%方可进行，待孔道灌浆达到设计强度后才可拆模。预应力大梁的张拉应力为0.75fptk＝1 395 N／mm2，超张拉3%。预应力梁的裂缝控制等级为三级。预应力梁与框架柱斜交时，为满足梁端张拉施工条件，在柱端设置梁头，预应力梁及梁头大样见图3。

图3 预应力混凝土梁大样

由计算可知，各预应力梁均能满足承载力和正常使用要求。以5层平面YKL1～5为例，预应力梁挠度、裂缝计算结果见表1，由表1可知，施加预应力后，梁的裂缝宽度、挠度均有明显减小，且均满足规范要求。

表1 5层楼面YKL1～5裂缝宽度、挠度计算结果

3.3 跨层型钢混凝土悬挑桁架设计

为实现建筑使用功能及建筑效果，平面南端的电影院7～9层外挑楼面采用跨层型钢混凝土悬挑桁架结构，共布置两榀跨层悬挑桁架，分别位于⑦轴和⑤轴，编号为HJ1、HJ2。

跨层悬挑桁架的做法如下：7～9层楼面梁（标高分别为32.60、38.00、44.60 m）兼作跨层悬挑桁架的弦杆，采用型钢混凝土梁，梁截面尺寸主要为700 mm×1 100 mm，600 mm×1 100 mm，梁内型钢采用H型钢，规格主要为H800×450×25×25、H700×450×25×25、H700×350×25×25、H700×300×20×20，型钢内伸一跨。与型钢混凝土梁相连的柱采用型钢混凝土柱，柱截面尺寸主要为1 200 mm×1 200 mm、1 100 mm×1 100 mm，柱内型钢采用H型钢，规格主要为H500×600×25×25。桁架斜腹杆采用H型钢（HJ1顶部斜杆采用型钢混凝土斜杆），型钢规格主要为H700×450×25×25，H500×250×25×25，H700×350×25×25。型钢混凝土梁、柱的混凝土强度等级分别为C35、C40，所有型钢的钢材牌号为Q345B。跨层悬挑桁架的立面见图4。

图4 跨层悬挑桁架大样

为加强与型钢混凝土柱的连接，在与悬挑桁架垂直方向的框架梁内设置一定长度的型钢，型钢长度为1／3梁跨。

对跨层悬挑桁架进行内力、应力及变形分析，由计算结果可知，⑤轴型钢斜腹杆最大应力比为0.77，⑦轴型钢斜腹杆最大应力比为0.36。两片悬挑桁架承载力均满足规范要求。⑤轴悬挑桁架HJ2挠度为4.0 mm，裂缝宽度最大为0.22 mm；⑦轴悬挑桁架HJ1挠度为0.2 mm，裂缝宽度最大为0.11 mm，均满足规范要求。

3.4 中庭楼板温度应力分析

中庭内楼面开有数个大洞形成多个宽度较窄的连廊，温度应力集中。采用软件计算分析了楼板温度应力，采取的参数如下：施工阶段购物中心后浇带合拢温度取20℃，根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范（GB 50736—2012）》［3］，商场冬季供热温度一般维持在18℃～24℃，夏季供冷温度一般维持在24℃～28℃。考虑到实际使用过程中的偏差，温度变化范围取13℃～30℃，即升温取＋10℃，降温取－7℃。采用北京盈建科软件YJK对洞口周边楼板进行温度应力分析，将全楼楼板定义为弹性板6（考虑楼板面内面外刚度）。由计算可得：升温荷载下各楼层中庭楼板最大温度应力为－4.2 MPa（压），降温荷载下各楼层中庭最大温度应力为2.9 MPa（拉）。计算楼板配筋如下，X向顶筋最大为616 mm2／m，Y向顶筋最大为684 mm2／m，X向底筋最大为968 mm2／m，Y向底筋最大为816 mm2／m。

根据以上计算结果，针对中庭楼板开洞采取以下加强措施：1）中庭楼板厚度取150 mm，配筋板面10＠100双向，板底12＠100双向。2）超长楼面设置后浇带，后浇带间距取30～50 m。

本工程目前已经竣工并投入使用，使用效果良好。

4 结 语

1）银泰购物中心中庭区域的大跨度梁及屋面大跨度梁采用后张有粘结预应力混凝土梁，计算分析了承载力、挠度及裂缝宽度，均满足规范要求。预应力混凝土梁构造及施工比较简单，适用于购物中心类建筑跨度较大的中庭。

2）银泰购物中心平面南端的电影院外挑楼面采用跨层型钢混凝土悬挑桁架结构，混凝土梁柱内设置H型钢，可减小楼面梁的截面高度，减小外挑楼面的挠度。

3）中庭内楼面开有数个大洞形成多个宽度较窄的连廊，温度应力集中，采用软件计算分析了楼板温度应力，根据计算结果，对楼板采取加强措施，适当加大了楼板厚度及配筋。