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1、大型购物中心结构设计分析摘要：本文主要介绍大型购物中心建筑的抗震设计研究。对购物中心业态特有 的结构特性进行分析，并针对特有的超限项进行分析和采取加强措施。关键词：大型购物中心；抗震设计；设计要点引言随着人民生活水平的发展，购物中心项目正在大量建设，体型也越来越大和 复杂。体型的复杂导致结构产生各种薄弱，抗震超限项较多。同时购物中心也是 大量人员的活动场所，势必购物中心抗震安全对社会人员财产、生命安全非常关 键。本文以一大型购物中心为例，简述购物中心抗震设计的一些方法。1 概述本项目位于上海市嘉定区陈翔路与古漪园路十字西南角，地处城市区域中心 项目地块东临古漪园路，西临德园路，南面临三老园路，
2、北临陈翔公路，东北处 规划有轨道交通 11 号线陈翔路站（预留站）。本项目为高层商业综合性建筑， 包含三层地下室，地上六层商业综合楼。地面一至六层主要为商业零售、影院、 餐饮，屋面建筑高度为 36.275 米。项目总建筑面积约33.7 万平方米，其中地下 室部分建筑面积约为 14 万平方米，地上约为 19.7 万平方米。标准层布置图根据结构情况及规范要求，主要参数如下：层数（结构主屋面）：6；混凝土容重（kN/m3）： 26；嵌固位置：地下室顶 板；抗震设防类别：乙类；结构类型：框架 -钢筋混凝土；设防烈度： 7 度，8 度 抗震措施；场地土类别 IV 类；设计地震分组：第二组；结构阻尼比：
3、0.05；周期 折减系数：0.85；抗震等级：嵌固层以上一级，B1、B2、B3层分别为一、二、三 级；楼层刚度算法：等效剪切刚度。本项目地震主要根据规范反应谱进行计算，采用规范在小震、中镇及大震情 况下的反应谱。2.3 超限判断备注：e为构件杆端塑性转角值。可接受限制（CP），生命安全值（LS）和结构可正常使用限值（10）进行比 较。对于其中重要的构件，比如转换框架，将采用中震弹性设计这一更高要求的 性能目标。3 结构抗震设计计算分析3.1 小震情况下弹性计算结构计算采用 YJK 系列软件及 ETABS 等计算结果显示如下：3.1.1 周期YJK： T1=1.22 （Y 向平动）；T2=1.2
4、1（X 向平动）；T3=1.09 （扭转）； T3/T1=0.890.9ETABS： T1=1.21（Y 向平动）；T2=1.21（X 向平动）；T3=1.07 （扭转）； T3/T1=0.890.9YJK和EATBS计算的周期基本一致，T3/T1=0.89，满足规范要求。3.1.2 位移比及位移角 计算显示，最大位移角为1/570，满足规范不大于1/550的要求。最大位移比为 X 向 1.28， Y 向 1.23，超过1.2，但不超过 1.4。3.1.4 层间刚度分析结构 X 方向剪切刚度比和 Y 方向侧向刚度比本楼层号/相邻上一层号最小为L1/L2： X向0.76； Y向：0.77本楼层号
5、/相邻上三层层号最小为L1/（L2+L3+L4）/3： X向0.86； Y向：0.86 从计算结果来看，购物中心的X向和Y向层侧移刚度均满足与上层刚度比大 于 70%，与相邻上三层刚度比大于 80%的要求。楼层抗剪承载力：X向：； Y向：；购物中心层间受剪承载 力均大于相邻层的 75%，结构无薄弱层。各楼层剪重比：X向最小：6.12%； Y向最小：6.20%； X和Y向剪重比均满足 规范大于1.6%的要求。各楼层刚重比：X向：38.516； Y向：38.195；均大于2.7的稳定要求。弹性验算小结：在小震作用下，结构总体性能是满足要求的。总体结构的竖 向刚度，扭转效应，扭转周期等计算指标能控制
6、在合理范围，结构的刚度和抗剪 承载力满足规范要求。3.2 结构弹性时程分析 选用八条天然波和三条人工波。地震波的持续时间均大于结构基本周期的 5倍和15s，布距、阻尼比等参数均满足规范要求，其与规范反应谱的对比如下：L3层小震X向楼板应力由图可见，小震工况下楼板大部分区域应力较小，应力集中发生在框架柱周 边及楼板开洞形成的楼板弱连接区域。弱连接区域由于楼板有效宽度较小，为保 证地震水平力的有效传递，均加强混凝土板厚。由应力云图可见，该区域楼板最 大主拉应力约1.5Mpa，小于混凝土的抗拉强度标准值，满足小震弹性要求满足要 求。温度应力：由于该结构地上设缝断开，各单体平面尺度小于 140 米；地
7、下室为一个整体 最大平面长度约 280 米，因此重点对地下室顶板进行整体温度应力分析。根据气象资料，上海的平均最高气温为31.6C，平均最低气温为0.5C。另外 根据GB 50009-2012建筑结构荷载规范所列，50年一遇月平均最高气温（最 高基本气温）为36C，50年一遇月平均最低气温（最低基本气温）为-4C。由于 后浇带的封闭时间及封闭时的保温措施都是可控制的，暂考虑于平均气温较适中 的月份合拢，即封闭时室外温度约9C 27C之间。另外，考虑到后浇带里拟采 用膨胀混凝土以控制混凝土的收缩，收缩效应较小。由于使用阶段时已完成建筑 保温，使用阶段室内温度取10C25C。综合温差与混凝土收缩当
8、量温差，分析 时取地面以上结构升温20C、降温20C，地下室部分为升温10C、降温10C。 荷载分项系数按GB 50009-2012建筑结构荷载规范取1.4。由于季节温差以及混凝土收缩均是随时间变化缓慢发生的作用，其效应是长 期形成的。混凝土材料会由于徐变的影响而产生应力松弛，而使构件中的实际应 力小于弹性分析的结果。基于上述考虑，本次分析中采取了考虑收缩徐变的温度 效应折减系数，该系数取值为 0.3。同时，由于混凝土构件会在拉力下开裂，造 成弹性刚度的折减，考虑混凝土构件的刚度折减系数取值为 0.85。地下室顶板在温度荷载下主要受到地下室外墙及其他竖向构件的约束，应力 集中在这些区域尤其角部
9、较为明显。其中，各参数的取值。行人密度（人/m2）： 0.5 （行人较多）人群步行荷载频率（Hz）： 2.3单人行走作用力：280N （竖向）35N （横向） 等效人群密度 ： 0.054荷载折减系数： 1.0（竖向） 0（横向） 模型的假定可设置如下：楼面荷载：1. 不计入活荷载2. 楼板附加荷载1.7 kPa （考虑75mm面层、吊顶及管线荷载）3. 楼板自重阻尼比： 0.01 可确定考虑人群效应的行走激励荷载，其时程曲线为周期荷载可得到天桥前四阶竖向振动的基本频率和模态，为方便显示，其中最小频率 为3.23Hz，满足规范对第一阶竖向自振频率不宜小于3Hz的要求第一阶振型时程分析时考虑计算
10、持时为10s，在图9?14中的黄色阴影区域内施加如图 9?15中所定义的人群荷载，同时布置B1B6六个测点，主要位于钢桥跨中以及 1/4 跨位置的两侧区域根据建筑楼盖结构振动舒适度技术规范的建议，对于室内天桥，其竖向 加速度峰值限值为150mm/s2。计算结果显示，天桥上各测点的最大竖向加速度 为54.7mm/s2，满足规范要求。3.4 超限及非荷载作用下的针对措施 根据购物中心的特性及超限判断的结果，针对结构薄弱部位，我们采取了针 对性措施加强薄弱部位。主要如下：3.4.1 楼板开洞 ?加厚洞口周边楼板，对这些范围的楼板采用双层双向拉通配筋，以利于水平 力传递。?对有效宽度较小的楼板进行地震
11、作用下楼板应力分析，结合计算情况进行加 强。斜柱示意 转换梁柱，除了按照规范要求的措施进行加强，我们还对这些部位按照中震 弹性进行设计。3.4.3 大跨度梁舒适性L6冰场部位有24m大跨梁，回廊部分有23m大跨梁等。对于大跨度梁主要针对性加强措施为：? 考虑起拱 L/500L/400 以满足使用过程和施工过程中的变形的要求。? 对楼板做震动分析。对不满足的位置进行改善，避免产生不舒适情况。 结语购物中心建筑，作为重要的人员活动场所，结构的破坏，对社会、经济及人 员损失将非常巨大，购物中心的抗震设计将极其关键。所以在设计时，要专项处 理抗震设计，根据购物中心的特点选取合适的性能化目标，经科学的计算和分析 加强薄弱部位，保证购物中心的结构安全。
