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(xiàng)不規(guī)則項(xiàng)的超限高層建筑。本文以該項(xiàng)目為例，展示項(xiàng)目建筑效果及結(jié)構(gòu)布置，闡述項(xiàng)目設(shè)計(jì)的重點(diǎn)及難點(diǎn)，并分析該超限建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)效果，并為后續(xù)施工工作的落實(shí)提供保障。

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

1、工程概況分析

蘇寧睿城項(xiàng)目位于南京市鼓樓區(qū)，項(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)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(gè)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(diǎn)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(diǎn)設(shè)防。本工程抗震設(shè)防烈度為7度，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為2級(jí)。

2、結(jié)構(gòu)布置分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)及難點(diǎn)

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(jì)的重點(diǎn)及難點(diǎn)

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(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》（建質(zhì)[2015]67號(hào)）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(jí)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(xiàng)不規(guī)則項(xiàng)，B區(qū)結(jié)構(gòu)屬于A級(jí)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(xiàng)不規(guī)則。

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

3.1抗震等級(jí)

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(jí)提高一級(jí)。A區(qū)塔樓范圍內(nèi)的框架1～10層抗震等級(jí)為特一級(jí)，11層～屋面抗震等級(jí)為一級(jí)，塔樓范圍內(nèi)的核心筒1～8層抗震等級(jí)為特一級(jí)，9層～屋面抗震等級(jí)為一級(jí)，塔樓范圍外的框架1～6層抗震等級(jí)為一級(jí)，7、8層外周邊框架抗震等級(jí)為特一級(jí)，7、8層內(nèi)部框架抗震等級(jí)為特一級(jí)。

3.2抗震性能設(shè)計(jì)目標(biāo)

結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)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(diǎn)，針對(duì)不同結(jié)構(gòu)部位的重要程度，設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)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(jì)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(jì)要求為抗剪彈性、正截面承載力不屈服，A區(qū)連梁設(shè)計(jì)要求為允許屈服但不發(fā)生剪切破壞，其余構(gòu)件設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)要求為允許出現(xiàn)塑性鉸，其余構(gòu)件設(shè)計(jì)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(jì)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(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。小震彈性時(shí)程計(jì)算采用YJK進(jìn)行分析，按分析結(jié)果對(duì)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(jì)算得到的樓層剪力和傾覆彎矩均大于彈性時(shí)程分析得出的平均值，后續(xù)設(shè)計(jì)中，每層地震力按規(guī)范反應(yīng)譜進(jìn)行設(shè)計(jì)。

A區(qū)、B區(qū)結(jié)構(gòu)采用YJK進(jìn)行構(gòu)件抗震性能驗(yàn)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(jì)目標(biāo)要求。

A區(qū)結(jié)構(gòu)采用SAUSAGE軟件進(jìn)行彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析，在本工程的非線性地震反應(yīng)分析模型中， 所有對(duì)結(jié)構(gòu)剛度有貢獻(xiàn)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件均按實(shí)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(duì)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(shí)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(jì)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(xiàng)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(duì)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(gè)模型：模型2純塔樓模型和模型3純?nèi)狗磕Ｐ停瑫r(shí)為保證塔樓與裙房部分各自具備足夠的安全儲(chǔ)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(duì)各層地震剪力分別乘以增大系數(shù)，施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，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(jì)。

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(gè)結(jié)構(gòu)有效寬度較小的連廊，兩側(cè)連接較弱。設(shè)計(jì)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(gè)模型，不考慮連廊連接，將A區(qū)主體分為左、右兩個(gè)單元分別計(jì)算，豎向構(gòu)件按此模型包絡(luò)設(shè)計(jì)。B區(qū)另增加一個(gè)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(jì)。

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(duì)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(jì)時(shí)按原始模型與考慮豎向地震作用后模型包絡(luò)設(shè)計(jì)。

采用PMSAP軟件對(duì)樓板進(jìn)行中震下的應(yīng)力分析。設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)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(shí)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(jì)時(shí)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(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)工作中，需要根據(jù)超限類型和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，合理確定抗震性能設(shè)計(jì)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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