梁乾乾，潘安陽，劉宇鑫

(南京鐵道職業(yè)技術(shù)學院,江蘇 南京 210031)

0 引言

如今商業(yè)綜合體項目平面及豎向體型越發(fā)復雜,伴隨結(jié)構(gòu)建筑高度的增加,給結(jié)構(gòu)設計帶來的挑戰(zhàn)也越來越大。特別是框架類商業(yè)綜合體建筑,在平面尺寸較大情況下,結(jié)構(gòu)體系扭轉(zhuǎn)剛度較弱展現(xiàn)得尤為突出,通過對重點部位加強設置斜撐的典型案例分析,有效增強了結(jié)構(gòu)的抗扭剛度,改善了結(jié)構(gòu)不規(guī)則狀況。本工程采用的設計手段及分析方法可為該類工程提供參考。

1 工程概況

嘉興八佰伴購物中心項目位于嘉興市南湖區(qū),北鄰中山東路,東至越秀南路。該工程地上9層,地下3層,地下室底板頂標高-13.2 m,建筑高度47.6 m,地上總建筑面積111 292.85 m2,地下總建筑面積66 647.32 m2,總建筑面積177 940.17 m2,采用框架-支撐結(jié)構(gòu)。

本工程結(jié)構(gòu)設計工作年限50 a,建筑抗震設防類別為重點設防類,建筑結(jié)構(gòu)安全等級二級,工程抗震設防烈度為6度,設計地震分組為第一組,設計基本地震加速度為0.05g,場地類別為Ⅲ類,場地特征周期為0.45 s,基本風壓為0.45 kN/m2,地面粗糙度為B類[1-3]。

2 基礎(chǔ)設計

根據(jù)工程特點及場地土的地質(zhì)條件,該工程采用樁基礎(chǔ)。本工程抗壓采用高強預應力鋼筋混凝土管樁,抗拔采用預制鋼筋混凝土實心方樁。抗壓管樁采用⑦-3砂質(zhì)粉土和⑨-3黏質(zhì)粉土為持力層。主樓范圍內(nèi)采用柱下承臺布樁,僅地下室無上部結(jié)構(gòu)部分采用滿堂布置抗拔樁。

3 結(jié)構(gòu)平面及立面情況

工程地下部分水平向長度173.7 m,豎向長度125.1 m,地上部分水平向長度157.8 m,豎向長度100.8 m,由于平面超長且考慮建筑的使用功能要求,在該結(jié)構(gòu)地上部分沿豎向軸與軸中間設置了伸縮縫,建筑立面效果如圖1所示。分縫后該結(jié)構(gòu)的兩部分仍為超長結(jié)構(gòu),為此專門設計了超長結(jié)構(gòu)的施工措施,要求水泥中鋁酸三鈣含量(質(zhì)量分數(shù))不大于8%;堿含量(質(zhì)量分數(shù))小于0.6%,骨料應采用非堿活性骨料,其中細骨料應采用水洗中砂,不得采用細砂,含泥量(質(zhì)量分數(shù))小于2.5%,泥塊含量(質(zhì)量分數(shù))小于1.0%,細度模數(shù)大于2.6%,粗骨料宜采用碎石或卵石,石子顆粒不大于31.5%,含泥量(質(zhì)量分數(shù))小于1.0%,泥塊含量(質(zhì)量分數(shù))小于0.5%,摻合料要求采用粉煤灰、礦渣粉,并要求根據(jù)廠家資料及現(xiàn)場試驗確定添加混凝土膨脹劑。最后對混凝土的澆筑、養(yǎng)護及后澆帶的封閉時間都做了詳細的規(guī)定。

該工程的右塔門廳處由于建筑凈高要求,存在貫穿三層的越層柱,并且在中間部位抽掉4根柱子,形成一個較大的中庭。在結(jié)構(gòu)層的9層由于建筑影院及會議廳功能的要求,結(jié)構(gòu)抽掉16根柱子,考慮結(jié)構(gòu)體系的形成以及盡量避免單向越層柱的產(chǎn)生,結(jié)構(gòu)要求影院及會議廳的布置盡量避免在結(jié)構(gòu)的邊跨。在結(jié)構(gòu)的大屋面由于大量的抽柱形成了多處大跨度梁,結(jié)構(gòu)布置上在抽柱部位采用了斜向梁布置,從而減少水平向梁的跨度且達到經(jīng)濟安全的效果,如圖2所示。

4 計算分析

本工程最初采用框架結(jié)構(gòu)建模試算,由于結(jié)構(gòu)的平面超長,5層以上平面切角收進以及上部抽柱等影響,結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度較弱?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的整體試算參數(shù)結(jié)果如表1所示。

表1 框架結(jié)構(gòu)整體指標

為增加結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度,在不影響建筑功能且滿足均勻?qū)ΨQ布置的要求下,在結(jié)構(gòu)平面的③軸、④軸交軸、軸;軸、軸交軸、軸;軸、軸交軸、軸;軸、軸交軸、軸處設置了8榀斜撐,斜撐平面布置及局部斜撐立面如圖3所示。

考慮到增加斜撐部位的側(cè)移剛度較其他部位增加較多,同時承受的水平力明顯增大,對增加斜撐的部位采用勁性梁、勁性柱及勁性斜撐進行加強,再次利用SETWE計算的結(jié)果如表2所示。

表2 框架-支撐結(jié)構(gòu)整體指標

此次計算結(jié)果較純框架計算結(jié)果,結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度明顯提高,最大位移比由原來的1.51變?yōu)?.23,結(jié)構(gòu)整體側(cè)移剛度也有較大提高,說明支撐的布置對結(jié)構(gòu)整體性能有較大改善,使結(jié)構(gòu)的整體參數(shù)滿足規(guī)范要求[4-5]。

在每個結(jié)構(gòu)單元均勻?qū)ΨQ的設置勁性鋼筋混凝土斜撐形成第一道抗震防線,但嚴格控制勁性鋼筋混凝土斜撐承擔的傾覆彎矩不超過20%,從而保證一旦一道防線被突破后,其余框架柱承擔的附加水平地震力增幅不大,達到二道防線的設計目標,從而在概念設計上滿足規(guī)范二道設防的要求[6-7]。

計算中對結(jié)構(gòu)進行了彈性時程補充分析,結(jié)構(gòu)的左塔和右塔均采用了一條人工波(RH2TG045)和兩條天然波(TH3TG045,TH4TG045)進行了多遇地震下的彈性時程分析,在SETWE的CQC計算中通過調(diào)整每層的地震力系數(shù)對彈性時程分析結(jié)果進行包絡,從而避免了CQC計算中由于鞭梢效應頂部幾層地震力偏小的不利影響。對于結(jié)構(gòu)中的越層柱以及影院周邊的柱子計算中進行了中震彈性的補充計算,設計時采用包絡設計,加強關(guān)鍵豎向構(gòu)件的抗震性能。時程分析的兩塔雙向的剪力曲線如圖4所示。

5 勁性結(jié)構(gòu)部分的節(jié)點設計

工程地上部分在周邊均勻設置勁性結(jié)構(gòu),勁性柱、勁性梁、勁性斜撐的含鋼率均超過4%。其中柱內(nèi)采用實腹式十字型鋼,梁和斜撐內(nèi)均采用窄翼緣H型鋼[8-10]。本工程設置斜撐的部位是結(jié)構(gòu)整體中側(cè)移剛度較大的部位,采用鋼骨混凝土梁、柱、斜撐,如果節(jié)點部位處理不當容易造成薄弱部位,給結(jié)構(gòu)整體造成重大的安全隱患,因此設計中重點加強了鋼骨混凝土梁、柱、斜撐的節(jié)點連接。其中典型部位的連接如圖5所示。

6 結(jié)論

本文對典型商業(yè)建筑的基礎(chǔ)設計、平面布置及抗震計算進行了全面的介紹,通過分析研究超長、大跨度且存在平面不規(guī)則和局部不規(guī)則的建筑加強措施,對該建筑類型的設計具有較好啟發(fā)意義。研究得出的主要結(jié)論如下:

1)對于平面超長且不規(guī)則的建筑,應盡量增加結(jié)構(gòu)的抗扭剛度,對于抗震設防烈度為6度建筑高度不超過60 m,7度建筑高度不超過50 m,8度建筑高度不超過35 m的建筑結(jié)構(gòu)形式可選擇框架-斜撐結(jié)構(gòu)體系,通過均勻、對稱的布置斜撐來滿足結(jié)構(gòu)的側(cè)移剛度及抗扭剛度要求,同時注意加強斜撐部位結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性設計。

2)對結(jié)構(gòu)中設置斜撐部位的豎向構(gòu)件及越層柱等關(guān)鍵承受豎向力構(gòu)件,可通過補充中震或大震下的受力性能分析進行包絡設計,從而達到加強關(guān)鍵構(gòu)件強度及延性的要求。

3)商業(yè)建筑頂層往往存在大空間的需求,結(jié)構(gòu)平面設計時可通過布置斜向梁來減小水平構(gòu)件的跨度。由于大空間一般設置在建筑的頂層,斜向梁布置對結(jié)構(gòu)整體水平力的傳遞影響不大,但可以有效地減小跨度,從而達到安全、經(jīng)濟的效果。