某复杂商业裙房结构设计.pdf

广东建材2023年第8期1 工程概况项目位于福州市，属于集商业、酒店、办公多种功能的综合项目，项目效果如图1。项目南边是办公塔楼，北侧为影院裙房，设结构缝分隔开来。商业裙房（不含塔楼）建筑面积约6.5万m2，地上6层，地下2层，主要屋顶标高25.6m。正负零以上建筑平面东西宽68.593.4m，南北长108204m。超出了 混凝土结构设计规范（GB50010-2010）1第 8.1.1 条规定，在正负零标高之上于建筑分区功能影响较小区域，沿宽度方向设置一道结构缝，分成独立的两个单塔，地下室仍为一个整体，如图2所示。在上述内容的基础上，对建筑基本结构参数进行描述，相关内容如表1所示，本文主要分析右塔。2 结构超限分析及抗震性能设计2.1超限分析某复杂商业裙房结构设计苏 恒(福建众合开发建筑设计院有限公司)【摘要】福州某商业裙房为大体量超长复杂结构，结构的不规则性较为显著，存在扭转不规则、楼板不连续、构件间断等多项不规则项，属于A级高度超限建筑。工程左塔采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构，右塔采用钢筋混凝土框架结构。使用YJK、SATWE和Midas Building等多种计算软件对结构整体进行了弹性分析、结构抗震性能化设计和各专项分析。采取了多种方法，如预应力混凝土梁、转换框架、结构分缝等，在保证结构承载能力和正常使用的条件下，完成了本工程结构设计。设计结果和实际使用情况表明，结构整体能满足预定的抗震性能目标，具有良好的抗震性能，在实际应用中效果良好，结构安全合理。【关键词】商业裙房；超长结构；抗震性能目标；整体计算；楼板应力分析；大跨度和长悬挑图2 典型地上结构图和分缝表示图1 项目效果图设计与装饰-67广东建材2023年第8期依据 高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）2第3.3.1 条规定，高度方面不超限。根据 超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点 相关规定，本项目超限分析详见表 2，存在三项以上一般不规则项，无特别不规则项，是超限工程。2.2抗震性能设计根据 建筑抗震设计规范（GB 50011-2010）3第1.0.1 条对结构提出的“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设防目标，对本项目进行了结构抗震性能化设计。本项目建筑高度为A级，结构中仅有部分区域结构布置比较复杂，选定 C级作为本结构的抗震性能目标，对于关键构件中涉及到的转换框架、长短柱、长悬挑构件等，设防地震下的性能目标提高一级，如表3所示。3 结构计算分析3.1多遇地震弹性分析本工程弹性分析选用YJK和Midas Building两款软件进行计算对比分析，地震作用考虑偶然偏心，考虑双向地震，考虑扭转耦联。水平工况包括地震作用、温度作用和风荷载；竖向工况主要包括结构构件自重、附件恒载及使用活载，个别大悬挑处考虑竖向地震。右塔模型主要计算结果详见表4。从表中可以得到，YJK与Midas Building 两款软件的主要整体指标差别不大，计算结果可信，符合相关规范，计算模型能够真实反应出结构的真实条件。3.2多遇地震弹性时程分析根据场地特征，采用7条地震波，其中5条天然地震波及2条人工波3，多组地震波的平均地震影响系数曲线与振型分解反应谱法相比，在结构主要振型的周期点表1 商业裙房基本结构参数序号项目计划应用寿命/年构造安全等级/级建设抗震布防类型/类地基基本计划等级/级抗震设防烈度/计划基础地震加速度/g设计地震分组地方类别/类地方特征周期/s地面粗糙度类别/类风载体型系数50年重现期风压/kN/参数50一重点设防类（乙）甲70.10第三组0.65B1.40.70序号1a1b2a2b34a4b567不规则类别扭转不规则偏心设置高低不规则整合平面承重不相连刚度变化规格突变构件中断承重力变化部分不规则简要含义研究偶然偏心的扭转位移比高于1.2偏心率高0.15或者相近层质心高边长15%平面长度高于相对长的约30%细腰形、角部交叉形部分可用宽低50%，开洞平面高30%，错层高于梁高相对层面刚度调整高70%（根据高为准虑层大改正，数值开始修正）或连续三层变化高于80%竖向构件收进位置高于结构高度20%且收进高于25%,或外挑高于10%与4m,多塔上下墙、柱、承载不重复，含巩固层、结合等连接层遭剪承重力转化高80%像部分的穿层柱、偏柱、个体组合错层或变更，个体层旋转比约高1.2超限判定计划值左塔：1.36右塔：1.28没有没有没有左塔：裙房Y向有效宽度46%右塔：五层夹层开洞面积高于30%左塔：一层（底部嵌固层）和二层侧向刚度比低于1.5右塔：没有左塔：多塔右塔：没有左塔：没有右塔：局部转换柱没有左塔：没有右塔：夹层，穿层柱判定是是否否否是是是否是否否是否否是表2 本建筑超标壮况说明设计与装饰-68广东建材2023年第8期结构主要结构普通竖向结构耗能结构楼板底下巩固区剪力墙1.转换框架；2.中庭连桥及其支承柱；3.长短柱在同一楼层且数量相当时该层各个长短柱；4.长悬挑的主要悬挑构件1.低于18m跨度框架梁的支承框架柱2.非加强区剪力墙1.收进上、下各两层周边的竖向结构构件2.超过18m大跨度框架梁的支承柱低于18m跨的架构梁、连梁高于18m幅度架构梁中庭连桥其余楼板地震水平多见地震韧性韧性韧性韧性韧性韧性韧性韧性设防地震受弯不折服，抗剪弹性韧性受弯不折服，受剪弹性韧性部分受弯屈服，受剪不折服受弯不折服，受剪弹性无损坏（韧性）很小损坏（抗弯不折服，抗剪韧性）罕见地震受弯不屈服，抗剪不折服，满足受剪截面要求受弯不屈服，抗剪不屈服，满足受剪截面要求满足受剪截面要求受弯不屈服，受剪不屈服，满足受剪截面要求大部分屈服，片面很大破坏受弯部分屈服，受剪不屈服轻度破坏中度破坏，部分比较损表3 抗震性能方向运算指标有效质量系数结构总重量平均重量底层地震剪力楼层最小剪重比底层地震力倾覆力矩结构自振周期第一扭转周期/第一平动周期地震最大方向角最大柱轴压比稳定性验算最大层间位移角X向刚重比Y向刚重比X风Y风X震Y震运算结果YJK94.10%416722.11kN14.85 kN/m2Qox=24399.98 kNQoy=24769.28 kN6.17%Mox=408292.30 kN.mMoy=415183.31 kN.mT1=1.0047（X向）T2=0.9816（Y向）T3=0.8852（扭转）T3/T1=0.88137.537度0.5344.41145.9441/9999（5F）1/9726（5F）1/707（4F）1/750（5F）Midas Building99.50%395769.53kN14.10 kN/m2Qox=24445.38 kNQoy=23980.07 kN5.87%Mox=406522.12 kN.mMoy=398936.78 kN.mT1=1.1252（X向）T2=1.0904（Y向）T3=0.9895（扭转）T3/T1=0.88-60.034度0.5841.0138.701/9999（6F）1/8263（6F）1/665（4F）1/644（4F）规范限值90%1.60%0.90一级0.65101/550表4 右塔模型设计与装饰-69广东建材2023年第8期运算指标最大顶点位移(mm)楼层最大层间位移与该楼层平均值的最大比值楼层最大水平位移与该楼层平均值的最大比值最小楼层侧移刚度比最小楼层受剪承载力比X风Y风X震Y震X震Y震X震Y震X向Y向X向Y向运算结果YJK2.312.5728.6329.031.161.281.151.151.01.01.01.0Midas Building2.432.9130.7932.841.151.261.151.141.01.01.01.0规范限值1.41.40.70.8(续表4)上相差不小于0.8，不大于1.2，如图3。计算结果详见图4和表5。可以得出，每条地震波输入的计算结果所得结构底部剪力大于振型分解反应谱法计算结果的0.65，且不大于1.35；七条地震波输入的计算结果所得结构底部剪力的平均值大于振型分解反应谱法计算结果的0.8，且不大于1.2；振型分解反应谱法地震作用效应计算结果大于七条时程曲线计算结果的平均值；同时从层间位移角计算结果看出，七条地震波在X向和Y向的层间位移角计算结果的平均值均小于振型分解反应谱法，且均满足规范限值1/550的要求。综上所述，本工程按照反应谱结果进行设计是安全的，符合规范要求的。4 专项分析4.1楼板应力分析图3 规范谱与反应谱对比图设计与装饰-70广东建材2023年第8期本工程超长，有楼板大开洞且平面凹凸尺度较大，上述部位楼板温度变化大且受力复杂，可能产生较大应力集中，对此进行复杂楼板应力分析。依据 建筑结构荷载规范（GB 50009-2012）4表E.5，福州的最低基本气温3，最高基本气温37，结构的最高、最低初始平均温度根据整体结构的合拢或形成约束的时间确定，结构考虑最低平均温度与最高初始温度的温差和混凝土收缩徐变等因素，降温温差取19。采用YJK进行楼板应力分析，楼板采用弹性板单元，典型楼板温度应力分布如图5、图6所示。局部区域楼板应力约为 1.5MPa，楼板厚度 120mm，双面双向通长筋10200，楼板单面配筋率0.33%，大约平衡约2.5MPa的楼板拉应力，绝大多数的楼板应力满足要求。对于边缘部位楼板及不规则大开洞处的楼板出现应力集中，采取加厚楼板厚度至150mm，楼板面筋底筋局部加密为12150，并对周圈梁通长筋进行加强。在此基础上，提出针对复杂商业裙房超长结构的加强措施。在施工过程中设置后浇带，应尽可能地延长后浇带的闭锁时间，并在混凝土浇筑60天后进行现场闭锁。在此过程中，应积极采取各种措施，以达到有效控制温度应力的目的。按照上述方式，完成结构选型与超地震波CQC法Chi-Chi,Taiwan_NO_1208,Tg(0.66)Coalinga-01_NO_355,Tg(0.65)Hector Mine_NO_1776,Tg(0.69)Chi-Chi,Taiwan-03_NO_2479,Tg(0.65)Loma Prieta_NO_735,Tg(0.62)ArtWave-RH4TG065,Tg(0.65)ArtWave-RH2TG065,Tg(0.65)时程平均值底部剪力/kNx向24505.87219624.53520912.78121701.74020364.03123468.49517541.40316781.55520056.363y向24873.59720531.32720933.40521872.34421233.27024213.26518059.08917326.54920595.607与反应谱结果比值x向80%85%88%83%95%71%68%81%y向82%84%87%85%97%72%69%82%表5 时程分析计算结果图4 层间位移角计算结果图5 二层X向楼板气温应力图图6 二层Y向楼板中震应力图设计与装饰-71广东建材2023年第8期长结构应用。4.2大跨度框架梁和长悬挑梁本工程裙房商业为了满足建筑功能需求，大跨度梁的跨度从18m24m不等，内走廊处设置了长悬挑梁，悬挑尺度由6m8m不等。为满足构件承载力和变形舒适度要求，对部分梁设计采用预应力，见图7、图8。对长悬臂梁补充竖向地震作用计算，采用反应谱法进行竖向地震作用验算，地震影响系数与水平地震影响系数的比值为0.65，特征周期按第一组采用。考虑荷载长期作用的影响计算的最大挠度值远小于在使用上对挠度有较高要求的悬挑构件限值1/125。最大位移所对应的振动频率约4Hz，不小于3Hz，竖向振动的加速度峰值 0.037m/s20.15m/s2，能够满足正常使用的设计基本要求5。图7 悬挑预应力梁图8 框架预应力梁5 结论本工程为A级高度建筑，具有多项一般不规则超限，经过合理的设计和分析，符合预定的抗震设防目标和使用要求。使用不同软件计算程序进行了计算分析，确保结构在多遇地震、设防地震及罕遇地震下均能满足不同地震动水准下的抗震性能目标。且针对不同地震动的计算分析结果，对结构采取了相对应的补强措施。本项目伸缩缝间距超过了规范要求且局部区域楼板间连接复杂，通过楼板的应力分析，对薄弱部位板厚及其钢筋增强从而达到预期使用要求。【参考文献】1 GB50010-2010 混凝土结构设计规范S.2 JGJ3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程S.3 GB50011-2010建筑抗震设计规范S.4 GB50009-2012 建筑结构荷载规范S.5 JGJ/T441-2019 建筑楼盖结构振动舒适度技术标准S.作者简介苏恒（1990.09），男，汉族，硕士研究生，福建福州，中级工程师，主要研究方向：建筑结构设计.设计与装饰-72