嘉兴八佰伴购物中心项目结构设计★

梁乾乾，潘安阳，刘宇鑫

(南京铁道职业技术学院,江苏 南京 210031)

0 引言

如今商业综合体项目平面及竖向体型越发复杂,伴随结构建筑高度的增加,给结构设计带来的挑战也越来越大。特别是框架类商业综合体建筑,在平面尺寸较大情况下,结构体系扭转刚度较弱展现得尤为突出,通过对重点部位加强设置斜撑的典型案例分析,有效增强了结构的抗扭刚度,改善了结构不规则状况。本工程采用的设计手段及分析方法可为该类工程提供参考。

1 工程概况

嘉兴八佰伴购物中心项目位于嘉兴市南湖区,北邻中山东路,东至越秀南路。该工程地上9层,地下3层,地下室底板顶标高-13.2 m,建筑高度47.6 m,地上总建筑面积111 292.85 m2,地下总建筑面积66 647.32 m2,总建筑面积177 940.17 m2,采用框架-支撑结构。

本工程结构设计工作年限50 a,建筑抗震设防类别为重点设防类,建筑结构安全等级二级,工程抗震设防烈度为6度,设计地震分组为第一组,设计基本地震加速度为0.05g,场地类别为Ⅲ类,场地特征周期为0.45 s,基本风压为0.45 kN/m2,地面粗糙度为B类[1-3]。

2 基础设计

根据工程特点及场地土的地质条件,该工程采用桩基础。本工程抗压采用高强预应力钢筋混凝土管桩,抗拔采用预制钢筋混凝土实心方桩。抗压管桩采用⑦-3砂质粉土和⑨-3黏质粉土为持力层。主楼范围内采用柱下承台布桩,仅地下室无上部结构部分采用满堂布置抗拔桩。

3 结构平面及立面情况

工程地下部分水平向长度173.7 m,竖向长度125.1 m,地上部分水平向长度157.8 m,竖向长度100.8 m,由于平面超长且考虑建筑的使用功能要求,在该结构地上部分沿竖向轴与轴中间设置了伸缩缝,建筑立面效果如图1所示。分缝后该结构的两部分仍为超长结构,为此专门设计了超长结构的施工措施,要求水泥中铝酸三钙含量(质量分数)不大于8%;碱含量(质量分数)小于0.6%,骨料应采用非碱活性骨料,其中细骨料应采用水洗中砂,不得采用细砂,含泥量(质量分数)小于2.5%,泥块含量(质量分数)小于1.0%,细度模数大于2.6%,粗骨料宜采用碎石或卵石,石子颗粒不大于31.5%,含泥量(质量分数)小于1.0%,泥块含量(质量分数)小于0.5%,掺合料要求采用粉煤灰、矿渣粉,并要求根据厂家资料及现场试验确定添加混凝土膨胀剂。最后对混凝土的浇筑、养护及后浇带的封闭时间都做了详细的规定。

该工程的右塔门厅处由于建筑净高要求,存在贯穿三层的越层柱,并且在中间部位抽掉4根柱子,形成一个较大的中庭。在结构层的9层由于建筑影院及会议厅功能的要求,结构抽掉16根柱子,考虑结构体系的形成以及尽量避免单向越层柱的产生,结构要求影院及会议厅的布置尽量避免在结构的边跨。在结构的大屋面由于大量的抽柱形成了多处大跨度梁,结构布置上在抽柱部位采用了斜向梁布置,从而减少水平向梁的跨度且达到经济安全的效果,如图2所示。

4 计算分析

本工程最初采用框架结构建模试算,由于结构的平面超长,5层以上平面切角收进以及上部抽柱等影响,结构的扭转刚度较弱。框架结构的整体试算参数结果如表1所示。

表1 框架结构整体指标

为增加结构的扭转刚度,在不影响建筑功能且满足均匀对称布置的要求下,在结构平面的③轴、④轴交轴、轴;轴、轴交轴、轴;轴、轴交轴、轴;轴、轴交轴、轴处设置了8榀斜撑,斜撑平面布置及局部斜撑立面如图3所示。

考虑到增加斜撑部位的侧移刚度较其他部位增加较多,同时承受的水平力明显增大,对增加斜撑的部位采用劲性梁、劲性柱及劲性斜撑进行加强,再次利用SETWE计算的结果如表2所示。

表2 框架-支撑结构整体指标

此次计算结果较纯框架计算结果,结构的扭转刚度明显提高,最大位移比由原来的1.51变为1.23,结构整体侧移刚度也有较大提高,说明支撑的布置对结构整体性能有较大改善,使结构的整体参数满足规范要求[4-5]。

在每个结构单元均匀对称的设置劲性钢筋混凝土斜撑形成第一道抗震防线,但严格控制劲性钢筋混凝土斜撑承担的倾覆弯矩不超过20%,从而保证一旦一道防线被突破后,其余框架柱承担的附加水平地震力增幅不大,达到二道防线的设计目标,从而在概念设计上满足规范二道设防的要求[6-7]。

计算中对结构进行了弹性时程补充分析,结构的左塔和右塔均采用了一条人工波(RH2TG045)和两条天然波(TH3TG045,TH4TG045)进行了多遇地震下的弹性时程分析,在SETWE的CQC计算中通过调整每层的地震力系数对弹性时程分析结果进行包络,从而避免了CQC计算中由于鞭梢效应顶部几层地震力偏小的不利影响。对于结构中的越层柱以及影院周边的柱子计算中进行了中震弹性的补充计算,设计时采用包络设计,加强关键竖向构件的抗震性能。时程分析的两塔双向的剪力曲线如图4所示。

5 劲性结构部分的节点设计

工程地上部分在周边均匀设置劲性结构,劲性柱、劲性梁、劲性斜撑的含钢率均超过4%。其中柱内采用实腹式十字型钢,梁和斜撑内均采用窄翼缘H型钢[8-10]。本工程设置斜撑的部位是结构整体中侧移刚度较大的部位,采用钢骨混凝土梁、柱、斜撑,如果节点部位处理不当容易造成薄弱部位,给结构整体造成重大的安全隐患,因此设计中重点加强了钢骨混凝土梁、柱、斜撑的节点连接。其中典型部位的连接如图5所示。

6 结论

本文对典型商业建筑的基础设计、平面布置及抗震计算进行了全面的介绍,通过分析研究超长、大跨度且存在平面不规则和局部不规则的建筑加强措施,对该建筑类型的设计具有较好启发意义。研究得出的主要结论如下:

1)对于平面超长且不规则的建筑,应尽量增加结构的抗扭刚度,对于抗震设防烈度为6度建筑高度不超过60 m,7度建筑高度不超过50 m,8度建筑高度不超过35 m的建筑结构形式可选择框架-斜撑结构体系,通过均匀、对称的布置斜撑来满足结构的侧移刚度及抗扭刚度要求,同时注意加强斜撑部位结构构件的延性设计。

2)对结构中设置斜撑部位的竖向构件及越层柱等关键承受竖向力构件,可通过补充中震或大震下的受力性能分析进行包络设计,从而达到加强关键构件强度及延性的要求。

3)商业建筑顶层往往存在大空间的需求,结构平面设计时可通过布置斜向梁来减小水平构件的跨度。由于大空间一般设置在建筑的顶层,斜向梁布置对结构整体水平力的传递影响不大,但可以有效地减小跨度,从而达到安全、经济的效果。