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1、银川大阅城商业综合体结构设计 段永飞 王鑫 尹洋 何正建 李季 中国建筑设计院有限公司 摘 要： 银川大阅城是在大底盘上建造的有高层办公、酒店和小高层商业的综合体建筑。小高层商业平面内设置步行天街、阳光大厅, 造成平面开洞较多, 结构形式选用抗震性能较好的钢筋混凝土框架-抗震墙结构体系。高层建筑结构形式选用钢筋混凝土框架-核心筒结构体系。大跨度不上人屋盖采用钢结构轻质屋面和单层网壳结构。上人屋盖采用钢梁和钢筋桁架楼承板屋盖体系。同时进行高低建筑之间沉降差的分析和处理及超长地下室结构的无缝设计。关键词： 结构体系; 空旷结构; 弹塑性时程分析; 基础设计; 超长地下室; 作者简介：段永飞, 硕士
2、, 教授级高级工程师, 一级注册结构工程师, Email:。Structural design of Yinchuan Dayuecheng commercial multifunctional buildingsDuan Yongfei Wang Xin Yin Yang He Zhengjian Li Ji China Architecture Design Group; Abstract： Yinchuan Dayuecheng commercial complex include combination buildings with a high-rise office, a hote
3、l and a multi-floor commercial building.The structural system of multi-floor commercial building was designed as reinforced frame-wall structure with better performance of seismic design, because of large-opening floor.The high-rise build was designed as reinforced frame-core wall structure.The larg
4、e-span people-accessible roof was designed as single-layer latticed shell structure with light-weight steel floor.The non-people roof was designed as steel beam and steel truss roof.The difference settlement of foundation between the high-rise and multi-floor building was analyzed and dealing with c
5、ertain way.The seamless of super-long basement was designed in this project.Keyword： structure system; large-opening; elastic-plastic time-history analysis; foundation design; super-long basement; 1 工程概况银川大阅城商业综合体项目位于银川市北部阅海新区, 西邻正源北街, 南侧为自治区人民医院。本项目是集商业、餐饮、影院、剧院、酒店、办公于一体的大型商业文化娱乐综合体, 总建筑面积 31.35 万
6、m, 地上 23.81 万 m, 地下7.54 万 m。地上包括一栋 25 层 99.3m 高的办公楼和一栋 19 层 84.1m 高的酒店及 6 层 30.9m 高的商业餐饮娱乐建筑。地下室平面尺寸为 123m290m, 共 2 层, 其中地下 2 层层高 4m, 地下 1 层层高 6m, 主要功能为车库、设备用房和超市, 地下室属于超长无缝地下结构。建筑效果图见图 1。工程设计基准期为 50 年, 结构耐久性年限为 50 年, 抗震设防烈度为 8 度, 设计基本地震加速度值为 0.20g, 地震分组为第二组, 建筑场地类别为类, 抗震设防类别商业为乙类, 其余为丙类, 建筑结构安全等级为二
7、级。银川市的基本风压 50 年一遇的为 0.65k N/m, 酒店及办公楼按基本风压的 1.1倍采用, 地面粗糙度为 C 类。拟建场地属于建筑抗震一般地段, 基础设计等级为乙级, 建筑0.000 绝对标高为 1111.300m, 抗浮设防水位按 1107.00m 考虑, 相对于0.000 为-4.3m。图 1 建筑效果图 下载原图2 结构体系2.1 结构抗侧力体系本项目为大底盘地下室建筑, 地下室平面尺寸为 123m290m, 地面以上由 25层办公楼、19 层酒店和 6 层商业不同高度的建筑组成, 建筑平面连为一体, 造成结构的平面、立面不规则, 为简化结构单元和结构计算分析, 满足规范的要
8、求, 在两个塔楼与其周边的 6 层建筑之间设置两条防震缝, 把塔楼与商业分开, 分成三个结构单元:25 层办公楼、19 层酒店带部分 6 层裙房、6 层商业;由于 6层商业平面尺寸为 97m204m, 所以又在 6 层商业平面设置三道防震缝, 把 6层商业分成四个结构单元。总平面见图 2。图 2 总平面图 下载原图(1) 25 层办公楼平面形状呈方形, 平面尺寸为 40m40m, 层高 3.6m, 结构平面及竖向体型规则, 建筑高度为 99.3m, 结构水平抗侧力体系利用中央的竖向交通核布置抗震墙核心筒, 形成钢筋混凝土框架-核心筒结构的抗侧力结构体系。(2) 19 层酒店平面形状呈长方形,
9、标准层平面尺寸为 106m30m, 层高 3.75m, 建筑高度为 84.1m。长边一侧带 4 跨 6 层裙房, 裙房高度为 30.9m, 建筑立面有竖向收进。主楼利用楼梯、电梯井筒布置两个抗震墙筒体, 裙房利用楼梯、电梯井筒及建筑隔墙布置结构抗震墙, 形成钢筋混凝土框架-抗震墙结构抗侧力结构体系。(3) 6 层商业建筑高度为 30.9m, 带影院的商业楼建筑高度为 40.8m, 属于高层建筑, 1 层层高 5.4m, 26 层层高 5.1m。当采用框架结构体系时, 框架梁、柱截面尺寸较大, 配筋也较大, 不够经济, 而且只有一道抗震防线, 抗震性能较低。另按照商业面积, 此部分为重点设防类,
10、 乙类建筑, 抗震措施按 9 度考虑, 不允许采用框架结构体系。商业建筑内有一条通长的步行商业街, 造成每个单体平面连接较弱, 把抗震墙尽量布置在洞口两侧, 保证水平力的传递, 选用抗震性能较好的钢筋混凝土框架-抗震墙结构体系。2.2 水平结构体系(1) 普通楼盖、屋盖体系:采用单向主次梁结构, 楼板厚 120mm。(2) 首层楼板考虑嵌固作用, 采用主梁和大板结构, 楼板厚 230mm。(3) 影院、宴会厅采用钢结构主次梁和钢筋桁架楼承板屋盖, 主梁跨度 27m。(4) 溜冰场屋盖采用单向钢结构密梁和轻质屋顶, 主梁跨度 26m。(5) 椭圆形阳光大厅, 平面尺寸 33m42m, 圆形步行商
11、业街, 平面尺寸29m34m, 屋盖均采用单层网壳结构。(6) 其余步行商业街屋盖采用单向钢结构密梁和玻璃屋顶, 主梁跨度 18m。(7) 屋盖钢梁放置于柱顶之上, 与柱顶埋板焊接连接, 钢梁与混凝土柱连接按铰接设计, 柱内不设钢骨, 减小柱底内力, 方便施工。3 计算分析首先对每个结构单元进行整体计算分析, 计算指标满足规范要求, 此外, 还进行如下补充分析。(1) 酒店平面较长, 考虑温度作用, 温度应力会加大首层端部梁内力。(2) 主入口商业有多个穿层柱, 按中震弹性计算。(3) 商业建筑内有一条通长的步行商业街, 造成每个商业单体平面连接较弱, 影响结构的整体性, 进行整体和分块结构模
12、型计算分析, 强度采用包络设计。(4) 南端商业建筑内有九个影院, 其中一个是 IMAX 影院, 层高错落, 形成空旷结构, 补充以下计算:1) 采用弹性时程分析方法进行多遇地震作用下的抗震变形验算, 并根据计算结果对反应谱地震力进行调整。采用盈建科软件, 根据程序自身所提供的地震波, 选取两组天然波和一组人工波进行多遇地震下的弹性时程分析, 本工程两个方向时程分析得到的基底剪力均小于反应谱结果, 结构的楼层变形沿结构全高没有出现突变, 说明结构在小震弹性状态下楼层的抗侧力刚度沿竖向布置均匀, 没有明显的薄弱层。2) 采用静力弹塑性分析方法进行罕遇地震作用下薄弱层的弹塑性变形验算。采用 Pus
13、hover 的方法, 用倒三角形荷载分布模式, 作用在纵横两个方向, 进行两个工况 (重力+X 向振型, 重力+Y向振型) 静力弹塑性推覆分析, 验证结构在大震作用下的性能。根据我国规范反应谱生成的 X 向和 Y 向地震需求谱曲线分别如图 3、图 4 所示。图 3 X 向地震需求谱曲线 下载原图图 4 Y 向地震需求谱曲线 下载原图从图 4 可以看出, X 向和 Y 向最大层间位移角分别为 1/169 和 1/181, 均未超出规范 1/100 的限值要求。结构的能力曲线可以穿越需求谱线且能力曲线光滑饱满未出现下降段, 表明结构在罕遇地震作用下具有较好的抗倒塌能力。在推覆过程中, 结构中的底层
14、连梁首先出现弯曲塑性铰, 随着推覆过程的增加, 连梁塑性铰增加并向上部延伸, 连梁弯曲塑性铰发展较为充分, 起到了良好的耗能作用, 此外连梁未出现脆性破坏的剪力铰。随后, 底部个别墙肢出现弯曲塑性铰, 仅少数出现剪力铰, 且剪力铰发展程度较轻。结构中的框架柱均未出现塑性铰, 说明第二道抗震防线是可靠的。由结构构件的塑性铰分布和出现顺序可知, 本工程的屈服机制符合结构设计的预期要求且结构具有较好的延性。(5) 本项目由于建筑立面和空间需要, 有长悬臂和大跨度结构, 计算时考虑竖向地震作用。4 抗震概念设计及措施4.1 办公楼抗震构造措施办公楼层高 3.6m, 为满足建筑净高要求, 结构梁高受到限
15、制, 设计采用单向加密次梁的方案, 降低梁截面高度。4.2 酒店抗震构造措施酒店采取下面构造措施, 提高结构抗震性能, 满足规范对整体计算指标的要求。(1) 平面规则性的措施:如图 5 所示, 标准层平面尺寸 106m30m, 核心筒宽度7.9m, 小于建筑总宽度的 1/3, 筒体尺寸偏小, 筒体抗扭转刚度较弱;另外平面长宽比较大, 造成水平和垂直方向的刚度相差较大, 所以对结构的扭转位移比和周期比影响较大, 不能满足规范的要求。设计通过以下的措施调整。1) 提高结构的抗扭转刚度, 通过加强结构的周边刚度, 弱化结构的内部刚度来实施。加大周边框架梁的截面, 提高刚度;在筒体外侧靠近建筑两端增设
16、纵向抗震墙;加厚筒体外侧的纵向墙体, 减薄中间墙体;减小靠外墙体间距, 增加中间墙体间距。2) 调整结构两个方向的竖向刚度, 使两个方向受力均匀。由于水平方向较长, 刚度较大, 所以减薄减短水平方向的墙体, 墙厚取 400mm;垂直方向较短, 刚度较小, 所以加厚加长垂直方向的墙体, 墙厚取 500mm;另结构周边框架柱截面设计为长方形。图 5 酒店结构平面图 (半边) 下载原图(2) 竖向规则性的措施:1) 相邻楼层层高相差较大, 引起竖向刚度突变:酒店 7层层高 5.1m, 其上是层高 2.2m 设备层, 816 层是层高 3.75m 的客房层, 7 层和设备层相邻楼层层高相差较大, 竖向刚度突变, 并产生超短柱, 对结构抗震不利。设计中将设备层与 8 层合并, 层高变为 5.95m, 在设备层梁上起小柱支承 8 层楼板, 其水平构件与结构主体竖向构件设 30mm 宽缝脱开;对于层高5.95m 层与层高 3.75m 层由于层高变化引起的上下层楼层刚度差异, 通过调
