黃玉屏

(中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌330031)

天虹廣場(chǎng)購(gòu)物中心抗震超限及超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

黃玉屏

(中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌330031)

天虹廣場(chǎng)購(gòu)物中心地下有3層，地上有5～7層，建筑高度28～39 m，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，為復(fù)雜高層建筑。上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中同時(shí)遇到扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、凹凸不規(guī)則、樓板局部不連續(xù)、結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)等問(wèn)題，帶來(lái)了抗震超限和超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重大難題。通過(guò)結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)有效加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的薄弱點(diǎn)，驗(yàn)算溫度的作用來(lái)采取相應(yīng)的構(gòu)造措施，使上述問(wèn)題得到了有效的解決。

樓板開(kāi)大洞；樓板局部不連續(xù)；抗震超限；抗震性能化設(shè)計(jì)；超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

九州天虹廣場(chǎng)購(gòu)物中心位于南昌市撫生南路與九洲大街交叉口，是集休閑娛樂(lè)、購(gòu)物等于一體的商業(yè)綜合體。該建筑地下共3層，建筑面積約1.2×105m2。地下1層層高6.0 m，為6 000㎡超市和7 379 m2零售商業(yè)及車庫(kù)；地下2層、3層層高分別為3.8 m、3.9 m，為設(shè)備用房和地下車庫(kù)，部分地下室戰(zhàn)時(shí)為人防工事工程。地上大部有5～7層，局部8層，1層層高為6 m，2～7層層高為5.5 m，建筑形狀呈L形，平面尺寸208.2×51.6～152 m2，屋面高度28～39 m，局部44.3 m，建筑面積約1.5×105m2。目前該項(xiàng)目正在施工建設(shè)中，建筑效果詳見(jiàn)圖1。

場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度6度(0.05 g)，設(shè)計(jì)地震分組為第一組,建筑的場(chǎng)地類別為Ⅱ類，設(shè)計(jì)特征周期0.35 s。多遇小震的地震動(dòng)參數(shù)[1]詳見(jiàn)表1，中震和大震則采用規(guī)范反應(yīng)譜。

圖1 購(gòu)物中心效果示意

表1 場(chǎng)地地表水平向設(shè)計(jì)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征參數(shù)值

建筑兩翼邊長(zhǎng)為208.2 m和152 m，屬超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。此外，建筑中部設(shè)置了9個(gè)通至屋頂?shù)闹型ィ型ラ_(kāi)大洞導(dǎo)致該部分樓板有效寬度減少，樓板不連續(xù)。因此，建筑平面凹凸變化、樓板局部的不連續(xù)、結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)等是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所要研究的主要問(wèn)題。

1 結(jié)構(gòu)體系確定

因購(gòu)物中心使用功能多變，要求空間跨度大且能靈活分隔，適宜的結(jié)構(gòu)體系主要有框架結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。長(zhǎng)矩形平面或平面有一部分較長(zhǎng)的建筑中，框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的剪力墻間距需滿足文獻(xiàn)[2]表8.1.8中4.0 B和50 m的要求[2]，剪力墻的布置會(huì)影響購(gòu)物中心的靈活使用。經(jīng)計(jì)算分析及綜合比選本工程采用了框架結(jié)構(gòu)體系，能夠提供較大的跨度，并便于空間靈活布置。

2 結(jié)構(gòu)方案的抗震超限及超長(zhǎng)判定

2.1 防震縫設(shè)置

因建筑平面不規(guī)則、結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)、開(kāi)大洞，防震縫的設(shè)置數(shù)量及位置既要考慮結(jié)構(gòu)受力合理，又要兼顧建筑功能需要；既要合理劃分建筑平面形狀，又要均衡分布豎向交通。結(jié)合抗震規(guī)則性和建筑的功能，設(shè)置了4道防震縫兼做伸縮縫，將購(gòu)物中心分為一、二、三、四4個(gè)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元，其中一條防震縫將購(gòu)物中心和辦公塔樓（27層）脫開(kāi)。有代表性的第3層平面詳見(jiàn)圖2。

圖2 購(gòu)物中心第3層平面

2.2 結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)

根據(jù)文獻(xiàn)[3]第6.0.5條，購(gòu)物中心各結(jié)構(gòu)單元為重點(diǎn)設(shè)防類，應(yīng)按高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度一度的要求加強(qiáng)其抗震措施,同時(shí)應(yīng)按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度確定其地震作用[3]。根據(jù)文獻(xiàn)[2]第3.9.1、3.9.3條，框架結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為二級(jí)。

2.3 各結(jié)構(gòu)單元平面、豎向不規(guī)則判定

經(jīng)PKPM-SATWE計(jì)算，各結(jié)構(gòu)單元平面、豎向不規(guī)則判定詳見(jiàn)表2。由表2可知，結(jié)構(gòu)單元一、二、四有兩項(xiàng)不規(guī)則，不屬于抗震超限結(jié)構(gòu)，抗震措施為采用雙向地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，并在計(jì)算上嚴(yán)格控制其樓層豎向構(gòu)件最大彈性水平位移和層間位移。結(jié)構(gòu)單元三同時(shí)有三項(xiàng)不規(guī)則，屬于抗震超限結(jié)構(gòu)，需進(jìn)行抗震超限設(shè)計(jì)。

2.4 結(jié)構(gòu)單元超長(zhǎng)判定

購(gòu)物中心設(shè)置防震縫兼做伸縮縫后，4個(gè)結(jié)構(gòu)單元中的最大平面尺寸：結(jié)構(gòu)單元二95.15×82.76 m2，結(jié)構(gòu)單元三97.65×82.65 m2，均超過(guò)文獻(xiàn)[4]伸縮縫間距55 m的限值[4]，屬超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，需考慮溫差效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響。

表2 平面、豎向不規(guī)則性判定

3 結(jié)構(gòu)方案的抗震超限及超長(zhǎng)設(shè)計(jì)

根據(jù)上述的綜合判定，結(jié)構(gòu)單元三屬抗震超限結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)單元二、三屬超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。

3.1 結(jié)構(gòu)單元三抗震性能設(shè)計(jì)

3.1.1 結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)目標(biāo)

綜合考慮結(jié)構(gòu)單元三超限條件、抗震設(shè)防類別、設(shè)防烈度、場(chǎng)地條件、建造費(fèi)用、震后損失和修復(fù)難易程度等各項(xiàng)因素，結(jié)構(gòu)單元三抗震性能目標(biāo)采用C級(jí)，其結(jié)構(gòu)抗震性能水準(zhǔn)按文獻(xiàn)[2]要求，分別為多遇地震性能水準(zhǔn)1（滿足彈性設(shè)計(jì)的要求）、設(shè)防烈度地震性能水準(zhǔn)3（結(jié)構(gòu)輕微損壞）、罕遇地震性能水準(zhǔn)4（結(jié)構(gòu)中度損壞），結(jié)構(gòu)以此進(jìn)行抗震性能設(shè)計(jì)。

3.1.2 設(shè)防烈度地震計(jì)算分析

采用SATWE進(jìn)行中震彈性和不屈服計(jì)算，利用屈服判別法進(jìn)行設(shè)防烈度地震（中震）作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件的屈服驗(yàn)算。計(jì)算分析結(jié)果詳見(jiàn)表3。

表3 中震不屈服和中震彈性計(jì)算分析結(jié)果

結(jié)果分析表明，在設(shè)防烈度地震作用下，關(guān)鍵部位構(gòu)件和普通豎向構(gòu)件（框架柱）的正截面承載力、受剪承載力均滿足中震彈性的要求；水平長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)（懸臂梁及其相連的框架柱）、大跨度結(jié)構(gòu)（框架梁及其相連的框架柱）的正截面承載力、受剪承載力均滿足中震彈性的要求；耗能構(gòu)件局部框架梁正截面承載力滿足中震不屈服的要求，受剪承載力滿足中震彈性的要求。結(jié)構(gòu)在設(shè)防烈度地震（中震）作用下能達(dá)到預(yù)期的性能目標(biāo)。表3中，結(jié)構(gòu)的最大層間位移角為X向1/675，Y向1/586，層間位移變形值均小于2倍彈性位移限值，說(shuō)明結(jié)構(gòu)可以滿足“中震可修”的設(shè)防目標(biāo)。

3.1.3 罕遇地震下靜力彈塑性分析

采用PKPM(Pushover)計(jì)算,通過(guò)靜力彈塑性分析方法驗(yàn)算罕遇地震（大震）作用下的彈塑性層間位移角等指標(biāo)，對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷程度進(jìn)行分析，提出結(jié)構(gòu)抗震加強(qiáng)措施。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 罕遇地震靜力彈塑性分析數(shù)據(jù)匯總

從表4可以看出，罕遇地震下在X、Y兩個(gè)方向上結(jié)構(gòu)彈塑性層間位移角包絡(luò)值分別為 1/404、1/356，均小于1/100，滿足規(guī)范規(guī)定的結(jié)構(gòu)薄弱層彈塑性層間位移角限值規(guī)定。推覆過(guò)程中，首先是較低樓層處框架梁開(kāi)裂，接著框架梁出現(xiàn)塑性鉸。隨著較低樓層處梁塑性鉸的發(fā)展，較高樓層梁逐漸開(kāi)裂，接著出現(xiàn)塑性鉸，性能點(diǎn)時(shí)，僅局部柱進(jìn)入屈服?？傮w來(lái)看，結(jié)構(gòu)沒(méi)有明顯的薄弱層，結(jié)構(gòu)的出鉸位置、出鉸順序合理。結(jié)構(gòu)滿足“大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo)。

3.2 建筑物平面不規(guī)則樓板開(kāi)大洞設(shè)計(jì)

3.2.1 樓板應(yīng)力分析

以有代表性的結(jié)構(gòu)單元三為例，在下列三種工況下，對(duì)其地面以上所有樓層進(jìn)行了樓板應(yīng)力計(jì)算分析，水平地震作用由多遇地震下振型分解反應(yīng)譜計(jì)算得到地震力。

工況一：正常使用狀態(tài)下多遇地震作用工況組合，即1.0恒荷載+0.5活荷載+1.0水平地震作用；工況二：正常使用狀態(tài)下非地震作用工況組合，即1.0恒荷載+0.7活荷載+1.0風(fēng)荷載；工況三：按中震不屈服驗(yàn)算下荷載工況組合，即1.0恒荷載+0.5活荷載+ 3.0水平地震作用。

各層X(jué)向、Y向地震作用下正應(yīng)力分布計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表5，得知：

表5 各樓層超越混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值比例

1）樓板開(kāi)洞處、樓板在與梁、柱相交的地方板面拉應(yīng)力較大，部分超過(guò)了混凝土抗拉強(qiáng)度，樓板開(kāi)裂卸載后，板面受力由板面鋼筋承擔(dān)，其余部分樓板均不會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂。

2）各種工況下所出現(xiàn)的局部拉壓應(yīng)力，主要是在重力作用下的彎曲應(yīng)力造成的，樓板的平均拉應(yīng)力水平仍較低。

3.2.2 設(shè)計(jì)處理措施

設(shè)計(jì)處理措施如下：1）據(jù)工況三計(jì)算結(jié)果，為保證樓板鋼筋中震下不屈服，在樓板局部應(yīng)力較大的區(qū)域，設(shè)置雙層雙向板鋼筋滿足3倍的混凝土抗拉強(qiáng)度值。2）加厚洞口附近樓板，采用雙層雙向配筋，提高樓板的配筋率。3）洞口邊緣設(shè)置邊梁，洞口角部集中配置斜向鋼筋。

3.3 結(jié)構(gòu)單元二、三超長(zhǎng)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)單元二、三平面超長(zhǎng)，需考慮溫差效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響。

3.3.1 溫差分析

根據(jù)施工、使用階段的不同情況，采用四種工況對(duì)結(jié)構(gòu)溫差收縮效應(yīng)進(jìn)行分析:工況一、二分別為施工階段出現(xiàn)的不同負(fù)和正溫差的情況;工況三、四分別為使用階段出現(xiàn)的不同負(fù)和正溫差的情況。

本工程溫差分析主要考慮后澆帶封閉主體合攏后的情況，整個(gè)區(qū)域作為一個(gè)整體進(jìn)行剩余的收縮變形和抵抗溫差作用。因此，將后澆帶澆筑時(shí)的溫度作為構(gòu)件溫差的基準(zhǔn)溫度。為降低最大負(fù)溫差，根據(jù)南昌市氣象資料（年平均氣溫17.5℃）確定后澆帶施工時(shí)間，將后澆帶合攏溫度定為15℃。

3.3.2 施工階段結(jié)構(gòu)溫差

主體結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中均完全暴露在室外，根據(jù)文獻(xiàn)[5]表E.5，重現(xiàn)期50年南昌月平均最低氣溫為－3℃、最高氣溫為38℃，則結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最大負(fù)溫差為－18℃（－3－15=－18），最大正溫差為+23℃（38－15=23）。

3.3.3 使用階段結(jié)構(gòu)溫差

建筑主體結(jié)構(gòu)外墻已設(shè)有一定的保溫隔熱措施。在使用過(guò)程中，考慮室內(nèi)空調(diào)年常設(shè)溫度26℃，可能達(dá)到最低溫度8℃（年最低月平均溫度），則主體結(jié)構(gòu)相應(yīng)的最大負(fù)溫差－18℃，最大正溫差+10℃（25－15=10）。

3.3.4 溫度作用計(jì)算

對(duì)于混凝土現(xiàn)澆樓板的應(yīng)力分析，主要考察的是負(fù)溫差產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力，根據(jù)混凝土兩階段四工況的溫差分析結(jié)果，?。?8℃來(lái)計(jì)算。

采用PKPM2010（PMSAP）結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件對(duì)結(jié)構(gòu)單元二、三進(jìn)行了驗(yàn)算。特別是邊梁、柱受彎和受剪和中梁的受拉驗(yàn)算。

3.3.5 構(gòu)造措施

構(gòu)造措施：1）在建筑物端部及樓板局部開(kāi)大洞周圍的板設(shè)置雙層雙向通長(zhǎng)鋼筋，并適當(dāng)加大配筋率至0.25%。2）合理布置伸縮后澆帶，作為結(jié)構(gòu)合攏溫度，選擇日平均氣溫為15℃左右的一天一次性澆筑。3）改善混凝土性能，減小混凝土收縮應(yīng)變，限制膨脹率。4）加強(qiáng)建筑屋面及外墻的保溫隔熱措施。5）增加結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)方向連續(xù)腰筋配筋量。

4 結(jié)語(yǔ)

1）天虹廣場(chǎng)購(gòu)物中心建筑雖然層數(shù)不多，但其建筑平面不規(guī)則、超長(zhǎng)、開(kāi)大洞，需首先對(duì)其抗震超限進(jìn)行判定，必要時(shí)進(jìn)行超限設(shè)計(jì)，且防震縫的數(shù)量和設(shè)置尤為重要，需同時(shí)滿足結(jié)構(gòu)抗震規(guī)則性和建筑功能的要求。

2）對(duì)建筑物平面不規(guī)則樓板、開(kāi)大洞的樓板弱連接部位，應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)分析處理，以充分保證樓板的構(gòu)造能夠滿足樓面的整體受力需求。

3）對(duì)于超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，需根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料，按建筑施工階段和使用階段的不同情況分別對(duì)溫差和收縮效應(yīng)進(jìn)行分析，并在結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)考慮混凝土溫度變化效應(yīng)和徐變收縮時(shí)效特性。

[1] 江西省防震減災(zāi)工程研究所.九洲天虹廣場(chǎng)項(xiàng)目工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告[R].南昌：江西省防震減災(zāi)工程研究所，2014.

[2] JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[3] GB50223-2008，建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4] GB50010-2010,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] GB50009-2012,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

Seismic Overrun and Super-long Structure Design of Tianhong Plaza

HUANG Yuping
(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

Tianhong Plaza is a complex high-rise building with 3 floors underground,5~7 overground floors,building height of 28~39m,and steel reinforced concrete frame structure.Such problems as torsional irregularity,concave convex irregularity,partial floor slab discontinuity and super-long structure are encountered simultaneously during the design of upper structure,which is a major problem for seismic overrun and super-long structure design.In this paper,the abovementioned problems have been effectively solved by adopting structure seismic-resistant performance design to enhance the weak pocket of structure and check on temperature,and take corresponding structure measures.

big hole opening in floor slab;partial floor slab discontinuity;seismic overrun;seismic performance-based design; super-long structure design

TU973+.15；TU973+.31

B

1004-4345(2015)05-0039-04

2014-03-20

黃玉屏(1972—)，女，高級(jí)工程師，主要從事工業(yè)與民用建筑工程設(shè)計(jì)工作。