楊承超

（湖南省建筑設計院有限公司 湖南長沙 410000）

1 工程概況

長沙運達中央廣場東西長約197m，南北寬約53m，地上建筑面積23萬m2，地下建筑面積6萬m2。

本工程地上結構通過防震縫將建筑分為四部分。其中中部裙房地上六層，四、五、六層為約2000m2宴會廳，屋面設有屋頂花園，建筑高度30.8m，屬高層建筑。工程結構的安全等級為二級，結構的設計使用年限為50年，設計基準期為50年。建筑抗震設防類別為乙類。建筑地基基礎等級為甲級，基礎設計安全等級為一級。建筑物耐火等級為一級。地下工程的防水等級為二級。

圖1 中部裙房縱向剖面圖

2 設計中的關鍵問題

長沙運達廣場中部裙房主體采用鋼筋混凝土框架結構，框架跨度一般都在12m左右，而且樓板開洞比較大，屋頂花園采用鋼筋混凝土柱與鋼桁架組成的框架結構。在結構設計過程中，主要面臨以下問題：

2.1 大跨度、重荷載屋蓋

第四層宴會廳周邊最大柱距為12.95m×35.2m，布置在第四層的宴會廳高度15.2m，占結構三層層高。屋頂活荷載標準值按種植屋面取3.0kN/m2，由于屋面有園林水系，綠化部分覆土厚度為600mm，加上屋頂保溫隔熱層，屋頂恒載標準值約16.5kN/m2，考慮到宴會廳頂部的裝修和分隔，還考慮3kN/m2的裝修恒載。

2.2 樓板局部大開洞

由于中部裙房布置有商場中庭、自動扶梯以及2000m2的大宴會廳，整個結構開洞部位比較多，開洞面積比較大，而且開洞很不規(guī)則，特別是第五層和第六層的宴會廳，開洞面積達到了本層樓面面積的80%左右，這將導致洞口周邊的樓板受力比較復雜，需做專門的分析研究。

2.3 結構整體性比較差

由于結構開洞部位較多，且開洞面積較大，直接導致樓板對樓面梁和框架柱的連系作用減弱，結構的整體性變差，對承受風荷載、地震荷載等橫向荷載不利。

3 屋蓋結構形式的選擇

屋蓋最大柱網(wǎng)為12.95m×35.2m，而且布置有屋頂花園，結構荷載大，變形要求控制較嚴?？紤]屋蓋下面宴會廳對使用空間的要求，建筑留給結構的高度只有4m。通過計算發(fā)現(xiàn)，如果僅在框架柱上布置橫向受力構件，由于受荷面積較大，滿足不了建筑凈高的要求，所以在相鄰兩榀框架柱之間也布置了鋼桁架，采用混凝土梁進行轉換。為了選出更安全、更經濟、更合理的結構方案，在設計過程中對鋼桁架、鋼板梁、型鋼混凝土梁以及鋼筋混凝土梁四種方案進行了比較，最終考慮到建筑使用，管線布置、施工以及造價等方面的因素，最終采用鋼桁架方案。

4 結構設計措施

考慮本工程結構的復雜性，本工程首先采用不同軟件分別建立結構整體模型，對結構的部分重要設計參數(shù)進行了分析比較；其次采用MIDASGEN對樓板洞口周圍的樓板進行了詳細分析；最后采用MIDAS BUILLDING對整體結構進行了靜力彈塑性分析。

4.1 不同軟件計算參數(shù)比較

考慮鋼桁架的實際作用，分別采用SATWE、MIDASBUILLDIGN、MIDASGEN三種軟件進行整體建模分析。各計算結果數(shù)據(jù)如表1所示，從表中可以看出，三種不同軟件計算出來的各參數(shù)值相差都比較小。

表1 各計算程序的整體計算參數(shù)比較

4.2 樓板詳細分析

在MIDASGEN中采用板單元，對有樓板大開洞樓層的樓板進行單元剖分，板厚120mm，單元尺寸控制為1m，并對這些樓層取消剛性樓板假定；而對沒有樓板大開洞的樓層則采用剛性樓板假定。同時考慮風荷載作用和地震荷載作用對結構進行整體分析。

通過分析發(fā)現(xiàn)，第二層和第三層的商場中庭周圍樓板的最大等效應力為5.2MPa，第五層和第六層大宴會廳周圍的樓板的最大等效應力為7.7MPa，最大等效應力點一般出現(xiàn)在洞口的轉角處。在設計中，樓板混凝土的強度等級為C35，對應的設計應力為16.7MPa，遠大于最大等效應力，所以，洞口周圍的樓板在承載力方面有一定的安全儲備。

4.3 靜力彈塑性分析

采用MIDASBUILLDING中的ATC40進行靜力彈塑性分析。為得到結構在不同地震烈度下的能力譜曲線與性能點，并和前面線性計算做對比分析，分別在X，Y方向設置了Ⅵ度小震、中震、大震3種需求曲線。

在罕遇地震作用下，結構進入彈塑性狀態(tài)，結構的自振周期和慣性力大小以及分布方式也因之變化。因此，采用以下兩種側向力加載模式進行靜力彈塑性分析。工況1：側向力振型分布形式——以相應方向的一階主振型得到的慣性力分布；工況2：側向力層剪力分布形式——按地震作用下各樓層的剪力得到的慣性力的分布。

（1）X向分析結果

通過分析發(fā)現(xiàn)，在小震作用下結構處于彈性狀態(tài)，沒有進入彈塑性耗能；中震作用下結構的等效周期和等效阻尼比分別只增大了0.031s和0.005，說明結構大部分構件仍處于彈性狀態(tài)；大震作用下結構的等效周期和等效阻尼比都顯著增加，說明結構大部分構件都進入了塑性狀態(tài)。大震作用下的靜力彈塑性曲線如圖2所示，從圖中可以看出，兩種工況下結構均有性能點，滿足大震不倒的要求。

圖2 X向地震作用下靜力彈塑性曲線

（2）Y向分析結果

通過分析發(fā)現(xiàn)，在小震作用下結構處于彈性狀態(tài)，沒有進入彈塑性耗能；中震作用下和大震作用下結構的等效周期和等效阻尼比都顯著增加，結構顯現(xiàn)出了較強的塑性性能。大震作用下的靜力彈塑性曲線如圖3所示，從圖中可以看出，兩種工況下結構均有性能點，而且兩種工況下結構的性能點都處于能力曲線的上升階段，能較好的滿足大震不倒的要求。

圖3 Y向地震作用下靜力彈塑性曲線

5 結論

通過計算發(fā)現(xiàn)，中部裙房雖然存在多項不規(guī)則，但是能滿足小震不壞，中震可修和大震不倒的抗震性能要求。