泰安萬達廣場商業裙房結構設計

田維洲

悉地國際設計顧問(深圳)有限公司上海楊浦分公司 上海 200438

1 工程概況

泰安萬達商業裙房南北總長度約226m，東西總寬度約150m，地上建筑面積約85000m2，主要結構面26.1m，層高分別為：地下一層5.7m，一層5.7m，二、三、四、五層均為5.1m。其中四、五層相對大屋面在立面內收，主要功能為影廳，其中IMAX廳屋頂32.2m，為不規則項超限項目，已通過抗震專項評審。

2 場地條件

結構設計使用年限為50年，抗震設防類別為乙類，設計地震分組為第三組，抗震設防烈度為6度，場地類別為Ⅱ類。基本風壓ω0=0.40kN/m2，地面粗糙度為B類，嵌固端為±0.000。商業裙房及兩棟辦公樓均以⑤層中風化石灰巖（fak=1800kPa）、⑥層中風化泥灰巖（fak=1200kPa）為持力層，巖溶發育程度屬中等發育，基底下5m范圍內的淺層巖溶對地基強度有消弱作用。抗浮水位設計標高為室外坪標高下0.50m。

3 地基基礎設計

商業裙房采用獨立基礎+防水板+抗浮錨桿基礎，獨立基礎持力層為⑤層中風化石灰巖或⑥層中風化泥灰巖。防水板厚500mm，典型獨立基礎平面尺寸3.0m×3.0m，獨立基礎厚1000mm。

采用錨桿抗浮，錨桿直徑150mm，抗拔承載力特征值根據地勘報告計算取為310kN，分別錨入⑤層中風化石灰巖3.5m，或⑥層中風化泥灰巖4.5m，施工前需進行現場抗拔實驗。基底下已揭露溶洞清除換填毛石混凝土，基底下5m范圍內的淺層巖溶采用補償收縮水泥漿注漿。

4 結構布置

4.1 結構形式

本工程在樓梯間設剪力墻（剪力墻厚300mm），形成多個均勻分布的筒體，成為框架-剪力墻結構（框架三級、剪力墻二級），相比于框架結構（二級框架）形成了多道設防，且由于框架部分抗震等級降低了一級，成本并沒有大的增加。商業裙房不設縫，僅將兩棟塔樓設縫脫開，避免了大地盤多塔樓及塔樓偏置的不利結構形式，如圖1。樓面采用梁板體系，典型柱截面為800mmx800mm，典型梁截面高700-800mm，中庭周圈懸挑梁高度為800-1000mm，地下室頂板為嵌固端，采用主梁加大板，室內區域板厚180mm，二、三層長條形中庭連廊及內伸一跨相關區域處板厚150mm，并保證至少有一根框架梁拉結，連廊設2m寬膨脹加強帶，按0.25%配筋率加強樓板配筋。

圖1 二層結構平面圖

4.2 影院部分

影院主要分布在四、五層，影院座位的斜板從第四層起連接至第五層，第五層在影院上空為開洞，模型計算時本層設為彈性板以考慮實際面內剛度變化，影院結構四周和主體脫開，以消除影院斜板對主體結構剛度的影響。此外由于第五層開洞較多，將影院周圈框架柱做成SRC柱，并下插一層以增加框架柱的延性。

4.3 IMAX廳桁架轉換

IMAX廳相對于普通影院，要求三層通高，因此在第六層也為開洞。因建筑功能要求，IMAX廳角部柱需轉換，由于轉換梁跨度較大，若采取一般轉換梁做法，轉換梁柱截面較大，故采取SRC桁架轉換，桁架鋼骨上下弦桿為H800×400×14×22，腹桿為H500×400×14×22，桁架鋼骨部分采用SAP2000進行分析，外包混凝土及鋼筋構造加強。

4.4 大跨、懸挑扶梯等處梁柱加強措施

本項目在商場入口、中庭處有多根跨度20m-26m的大跨梁，條形內庭兩側有7m-8m懸挑扶梯梁，本工程對此類構件采取預應力，且這些位置的柱承受較大荷載和彎矩，對這些框柱采取芯柱+鋼板箍，使其具有良好的延性和耗能能力，有效改善其在高軸壓比情況下的抗震性能，這些部位梁縱筋根數較多，梁柱結點處鋼筋交錯復雜，若做成SRC柱，極易造成混凝土澆筑不實，因此芯柱是較好的解決方法。

5 結構分析計算

5.1 多遇地震彈性分析

結構彈性階段采用SATWE計算，同時用Midas/Building進行校核對比，地震影響系數最大值αmax取安評報告[1]值0.082，主要計算結果如下表1：

表1 主要結構指標

計算結果表明兩種軟件分析的各項指標基本一致，表明使用的軟件是可行的。

此外還需要進行彈性動力時程補充計算，采用PKPM軟件選取2組天然波和1組人工波，各條波滿足頻譜、峰值、持續時間要求，且與規范譜在統計意義上相符，如圖2，每條時程曲線的底部剪力不小于CQC計算結果的65%，且多條時程曲線底部剪力的平均值不小于CQC計算結果的80%，結構地震作用取時程法計算結果的包絡值與振型分解反應譜法CQC計算結果的較大值。

圖2 規范普與地震波普對比

5.2 中、大震彈塑性分析

本項目性能目標定為C級[2]，需進行設防地震和罕遇地震的靜力彈塑性分析，根據抗震審查意見要求，地震影響系數最大值αmax取規范值（設防地震0.12，罕遇地震0.28）和安評報告（設防地震0.25，罕遇地震0.44）的中間值。本工程采取EPDA&PUSH程序中規定水平力作為側向荷載，分別進行兩個水平方向的Push-Over分析。

設防地震下，X、Y向位移分別為19.2mm和21.2mm，位移角分別為1/511和1/613，少數連梁鋼筋出現屈服，少數非底部墻肢上出現了豎向或橫向塑性鉸，而作為第二道防線的框架結構部分所有構件在中震作用下均保持良好的彈性勢態。

罕遇地震下，X、Y向位移分別為48.1mm和54.6mm，位移角分別為1/250和1/258，性能點出現時，多處連梁形成剪切破壞而開裂，說明連梁剛度明顯退化；部分剪力墻上的高斯點出現了拉壓破壞，少數剪力墻上發生斜向破壞的高斯點數目還不至于使得剪力墻發生整體破壞，大震作用下剪力墻滿足抗剪不屈服的要求。框架部分僅少數框架梁因截面剛度破壞程度指數達到0.7而出現了塑性鉸，而框架柱在此時因截面剛度破壞程度指數均小于0.7而未出現塑性鉸，形成了較好的強柱弱梁的受力狀態，并使得框架符合作為整體結構的抗震第二道防線的功能要求。

對于罕遇地震作用下發生剛度明顯退化的連梁和出現高斯點破壞較多的少數剪力墻及其邊框柱、邊框梁，配筋進行加強。

5.3 樓板溫度應力分析

本工程裙房主要樓板X向約226m，Y向約150m，兩向均超出了規范規定的伸縮縫最大間距。但為了建筑效果及功能上的考慮，決定不設伸縮縫。因此對樓板進行溫度應力分析，同時考慮混凝土徐變收縮當量溫差。計算溫差的取值和結構計算原理參考傅學怡《實用高層建筑結構設計》（第二版）[3],混凝土收縮當量溫差按下式計算：

由于混凝土收縮應變的形成和發展與混凝土齡期密切相關，混凝土前期收縮應變發展較快，絕大多數收縮變形在早期就已完成。本工程以90天齡期計算混凝土收縮當量溫差。即：

升溫時混凝土受壓，與混凝土收縮溫差作用相反；降溫時混凝土受拉，且與混凝土收縮溫差作用相同。因此降溫時需考慮混凝土收縮溫差的不利作用。根據泰安當地的氣象資料，考慮季節溫差和混凝土收縮當量溫差后，綜合計算溫差△T：升溫△T=16℃，降溫△T=-12.1-19.4=-31.5℃。

混凝土的收縮應力是一個長期的作用過程。混凝土的徐變特性對于收縮應力以及溫度應力均有一定的有利影響，為簡化計算，本工程中混凝土的徐變應力松弛系數取0.3。

本工程采用Midas/Gen軟件進行空間結構的溫度應力分析，不計入重力荷載和外荷載的影響，分析結果表明，僅一層局部凹角角部部位混凝土主拉應力略超過2.01Mpa，但分布區域較小，施工圖配筋計算時增加配筋考慮溫度影響，二層~屋面層混凝土樓板主拉應力均很小，在樓板開洞角部、樓梯間周邊和連廊兩端出現了局部應力集中，但樓板應力均基本小于C30混凝土的抗拉強度標準值。結構一層樓面溫度應力效應最大，并隨層數增加應力效應減弱，結構各層樓面應力效應均由降溫工況起控制作用。對此采取以下措施以減小溫差影響：1）設后澆帶，2）混凝土低溫入模，3）降低水泥用量，減小水灰比，4）鋼筋雙層雙向拉通，5）對局部應力較大區域提高配筋率。

6 結語

本文簡要闡述了泰安萬達廣場商業裙房項目的主要設計思路，及對該項目的技術難點采用如SRC柱、芯柱、預應力梁、轉換桁架等加強措施，為以后類似項目提供解決方法，此外本項目的性能目標定為C級，對其中的部分構件按性能化要求復核和加強，本文受限于篇幅在此不做過多說明。