黃聰

摘要：蘇寧睿城商業(yè)及辦公樓由8層商業(yè)裙房及39層辦公塔樓組成，商業(yè)裙房高度為44.6m，辦公塔樓高度為176.25m，三層整體地下室，地上部分通過結(jié)構(gòu)縫分為兩部分，A區(qū)塔樓帶北側(cè)商業(yè)裙房，B區(qū)為南側(cè)商業(yè)裙房。A區(qū)、B區(qū)均為存在多項不規(guī)則項的超限高層建筑。本文以該項目為例，展示項目建筑效果及結(jié)構(gòu)布置，闡述項目設(shè)計的重點及難點，并分析該超限建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的關(guān)鍵技術(shù)。在符合結(jié)構(gòu)合理性、安全性的前提下，最大程度上滿足建筑功能需求及建筑設(shè)計效果，并為后續(xù)施工工作的落實提供保障。

關(guān)鍵詞：商業(yè)及辦公樓;超限;結(jié)構(gòu)設(shè)計;關(guān)鍵技術(shù)

1、工程概況分析

蘇寧睿城項目位于南京市鼓樓區(qū)，項目總用地面積約4.14萬m2，總建筑面積約28.05萬m2，其中地上約17.4萬m2。本項目由8層商業(yè)裙房及39層辦公塔樓組成，商業(yè)裙房高度為44.6m，辦公塔樓高度為176.25m，三層整體地下室，項目效果如圖1所示。商業(yè)裙房內(nèi)部建筑平面功能要求較高，各層均設(shè)置多個中庭，形成多處結(jié)構(gòu)大開洞、大跨及大懸挑。

地上部分通過結(jié)構(gòu)縫分為兩部分，如圖2所示。A區(qū)塔樓帶北側(cè)商業(yè)裙房，底部8層為商業(yè)，設(shè)防類別為重點設(shè)防，9層～39層為辦公，設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防，B區(qū)為南側(cè)商業(yè)裙房，設(shè)防類別為重點設(shè)防。本工程抗震設(shè)防烈度為7度，結(jié)構(gòu)安全等級為2級。

2、結(jié)構(gòu)布置分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點及難點

2.1結(jié)構(gòu)布置分析

結(jié)合建筑功能和建筑高度的情況，A區(qū)結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架—核心筒結(jié)構(gòu)體系，其中核心筒、框架梁為鋼筋混凝土，框架柱在20層以下設(shè)置型鋼;底部8層裙房區(qū)域局部大跨度梁及大懸挑梁設(shè)置型鋼，相應(yīng)位置部分框架柱設(shè)置型鋼，其它梁、板均為鋼筋混凝土。由于建筑功能需求，塔樓核心筒X向外邊墻于20F收為柱。B區(qū)結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，其中局部框架柱設(shè)置型鋼，局部大跨度梁及大懸挑梁設(shè)置型鋼，其它梁、板均為鋼筋混凝土。A區(qū)、B區(qū)典型樓層結(jié)構(gòu)布置圖如圖3～圖6所示。

2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點及難點

1、A區(qū)辦公塔樓結(jié)構(gòu)高度176.25m，屬于超限高層建筑。房屋的高寬比4.98<7，核心筒的高寬比15.19>12，核心筒高寬比超過《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 JGJ 3-2010》第9.2.1條規(guī)范的要求。

2、A區(qū)辦公塔樓底部帶8層商業(yè)裙房，底部8層結(jié)構(gòu)高度44.6m，塔樓收進(jìn)部位的高度與房屋高度之比為0.25，收進(jìn)后水平尺寸為下部樓層水平尺寸的48%。辦公塔樓平面位于裙房西側(cè)偏心布置，底部8層各層偏心率較大，約為30～40%。該結(jié)構(gòu)沿豎向尺寸突變，平面塔樓偏心布置。

3、A區(qū)北側(cè)裙房長約107m，B區(qū)南側(cè)商業(yè)裙房平面呈梯形，其長邊邊長約132m，均為超長混凝土結(jié)構(gòu);裙房各層中庭均有大開洞，形成結(jié)構(gòu)連接的薄弱部位，該部位為大跨度梁，最大跨約27m;中庭開洞周邊的走廊及建筑外輪廓造型存在大懸挑，最大懸挑跨度約7.5m;建筑布局中上下層影廳及商鋪輪廓不同，結(jié)構(gòu)局部設(shè)置斜柱。

根據(jù)《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查技術(shù)要點》（建質(zhì)[2015]67號）的規(guī)定，A區(qū)結(jié)構(gòu)屬于超鋼筋混凝土框架-核心筒A級高度限值，有扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、偏心布置、尺寸突變、局部不規(guī)則、塔樓偏置等三項不規(guī)則項，B區(qū)結(jié)構(gòu)屬于A級高度，高度不超限，有扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、偏心布置、樓板不連續(xù)、尺寸突變及局部不規(guī)則等四項不規(guī)則。

3、超限結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)

3.1抗震等級

A區(qū)、B區(qū)結(jié)構(gòu)單元均屬豎向體型收進(jìn)的復(fù)雜高層，收進(jìn)部位相關(guān)樓層豎向構(gòu)件抗震等級提高一級。A區(qū)塔樓范圍內(nèi)的框架1～10層抗震等級為特一級，11層～屋面抗震等級為一級，塔樓范圍內(nèi)的核心筒1～8層抗震等級為特一級，9層～屋面抗震等級為一級，塔樓范圍外的框架1～6層抗震等級為一級，7、8層外周邊框架抗震等級為特一級，7、8層內(nèi)部框架抗震等級為特一級。

3.2抗震性能設(shè)計目標(biāo)

結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計應(yīng)分析結(jié)構(gòu)方案的特殊性，選用適宜的結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)，并采取滿足預(yù)期的抗震性能目標(biāo)的措施。根據(jù)本工程的超限類型和結(jié)構(gòu)特點，針對不同結(jié)構(gòu)部位的重要程度，設(shè)計時采用了不同的抗震性能目標(biāo)。

A區(qū)、B區(qū)整體結(jié)構(gòu)抗震性能為多遇地震下完好，設(shè)防地震下可修復(fù)，罕遇地震下不倒塌。

多遇地震下，各結(jié)構(gòu)構(gòu)件均需滿足彈性設(shè)計要求。設(shè)防地震下，A區(qū)塔樓范圍底部加強(qiáng)部位（1～4層）、墻收柱樓層處（20～22層），剪力墻及框架柱設(shè)計要求為抗剪彈性、正截面承載力不屈服，A區(qū)裙樓及B區(qū)特殊部位構(gòu)件（中庭邊柱、大跨柱、穿層柱、斜柱及相關(guān)水平構(gòu)件）設(shè)計要求為抗剪彈性、正截面承載力不屈服，A區(qū)連梁設(shè)計要求為允許屈服但不發(fā)生剪切破壞，其余構(gòu)件設(shè)計要求為允許屈服。罕遇地震下，A區(qū)塔樓范圍底部加強(qiáng)部位（1～4層）、墻收柱樓層處（20～22層），剪力墻及框架柱設(shè)計要求為滿足抗剪截面控制條件、部分構(gòu)件允許進(jìn)入塑性，A區(qū)裙樓及B區(qū)特殊部位構(gòu)件（中庭邊柱、大跨柱、穿層柱、斜柱及相關(guān)水平構(gòu)件）設(shè)計要求為滿足抗剪截面控制條件、部分構(gòu)件允許進(jìn)入塑性，A區(qū)連梁設(shè)計要求為允許出現(xiàn)塑性鉸，其余構(gòu)件設(shè)計要求為允許進(jìn)入塑性，控制塑性變形。

3.3結(jié)構(gòu)分析計算

A區(qū)、B區(qū)結(jié)構(gòu)靜力彈性分析采用YJK、PKPM-SATWE進(jìn)行校核，分析表明各項指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。小震彈性時程計算采用YJK進(jìn)行分析，按分析結(jié)果對結(jié)構(gòu)中上部按規(guī)范反應(yīng)譜得出的地震力進(jìn)行適當(dāng)放大，B區(qū)結(jié)構(gòu)CQC法計算得到的樓層剪力和傾覆彎矩均大于彈性時程分析得出的平均值，后續(xù)設(shè)計中，每層地震力按規(guī)范反應(yīng)譜進(jìn)行設(shè)計。

A區(qū)、B區(qū)結(jié)構(gòu)采用YJK進(jìn)行構(gòu)件抗震性能驗算，分析結(jié)果表明關(guān)鍵構(gòu)件截面及配筋比較合理，滿足設(shè)定的抗震性能設(shè)計目標(biāo)要求。

A區(qū)結(jié)構(gòu)采用SAUSAGE軟件進(jìn)行彈塑性動力時程分析，在本工程的非線性地震反應(yīng)分析模型中， 所有對結(jié)構(gòu)剛度有貢獻(xiàn)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件均按實際情況模擬。在三組地震波罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)仍然保持豎立并滿足大震不倒的設(shè)防目標(biāo)。核心筒剪力墻收截面樓層處與連梁相連的局部墻肢出現(xiàn)了應(yīng)力集中式的受壓損傷，在此處補(bǔ)充墻加腋并考慮對截面配筋進(jìn)行一定加強(qiáng)后結(jié)果顯示墻肢受壓損傷有較為明顯的改善。

B區(qū)結(jié)構(gòu)采用YJK進(jìn)行靜力彈塑性分析。結(jié)構(gòu)第一批損傷出現(xiàn)在框架梁端部，后續(xù)框架梁上損傷進(jìn)一步增多，同時頂部和底部少量柱子出現(xiàn)輕微損傷，各類構(gòu)件屈服順序符合概念設(shè)計的要求，結(jié)構(gòu)在大震下未顯示明顯薄弱層特征，能滿足預(yù)期性能目標(biāo)。

3.4結(jié)構(gòu)專項分析

塔樓位于A區(qū)右下角，塔樓外帶裙房面積較大，約占總面積的70%。為分析外帶裙房對塔樓的影響，將原始模型1，A區(qū)塔樓與外帶裙房模型拆分為兩個模型：模型2純塔樓模型和模型3純?nèi)狗磕Ｐ?，同時為保證塔樓與裙房部分各自具備足夠的安全儲備，增設(shè)模型4，裙房1～8層的地震剪力充分考慮裙房因結(jié)構(gòu)周期被減小的剪力增大影響，對各層地震剪力分別乘以增大系數(shù)，施工圖設(shè)計時，A區(qū)裙房1～8層的豎向構(gòu)件按模型1～4包絡(luò)設(shè)計。

A區(qū)、B區(qū)商業(yè)裙房地上2～8層因建筑中庭要求存在局部開大洞，開洞周邊形成多個結(jié)構(gòu)有效寬度較小的連廊，兩側(cè)連接較弱。設(shè)計中擬通過加大連廊板厚、提高水平構(gòu)件配筋率等方式加強(qiáng)兩側(cè)連接。此外，A區(qū)另增加兩個模型，不考慮連廊連接，將A區(qū)主體分為左、右兩個單元分別計算，豎向構(gòu)件按此模型包絡(luò)設(shè)計。B區(qū)另增加一個模型，不考慮連廊連接，豎向構(gòu)件按有連廊模型與無連廊模型包絡(luò)設(shè)計。

由于建筑平面的需要，A區(qū)、B區(qū)中庭開洞周邊存在較多大跨、大懸挑梁。對跨度大于24m的樓蓋結(jié)構(gòu)、懸挑長度大于5m的懸挑結(jié)構(gòu)需要考慮豎向地震作用。設(shè)計時按原始模型與考慮豎向地震作用后模型包絡(luò)設(shè)計。

采用PMSAP軟件對樓板進(jìn)行中震下的應(yīng)力分析。設(shè)計時對應(yīng)力較大區(qū)域的樓板適當(dāng)提高樓板配筋率，按中震主拉應(yīng)力配筋。同時樓板考慮混凝土長期收縮的影響，設(shè)置伸縮后澆帶、采用減小水化熱的措施，加強(qiáng)混凝土澆筑后的養(yǎng)護(hù)工作。設(shè)計時通過設(shè)置水平向通長鋼筋，適應(yīng)提高樓板配筋率，局部應(yīng)力集中處加大板厚等方式來解決溫度應(yīng)力問題。

A區(qū)塔樓屋面結(jié)構(gòu)標(biāo)高176.1m，為滿足幕墻要求，屋頂構(gòu)架頂標(biāo)高192.8m，構(gòu)架總高16.7m，按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計。設(shè)計時外框柱延伸至構(gòu)架頂，分別在大屋面以上12.5m、構(gòu)架頂處，沿外框柱一圈設(shè)兩道環(huán)梁，外框柱在大屋面以上12.5m標(biāo)高處，通過斜梁與出屋面的核心筒拉結(jié)，構(gòu)架層兩側(cè)均按懸臂構(gòu)件風(fēng)荷載體型系數(shù)1.3考慮。

結(jié)束語：

綜上所述，在商業(yè)及辦公樓超限結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，需要根據(jù)超限類型和結(jié)構(gòu)特點，合理確定抗震性能設(shè)計目標(biāo)。合理選用分析軟件與方法，判斷結(jié)構(gòu)薄弱部位并采取適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)措施，減少結(jié)構(gòu)超限和不規(guī)則性所帶來的抗震不利影響，以達(dá)到預(yù)定的性能目標(biāo)。

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