富興世界金融中心西裙房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究

文/袁晟、廖明皓 湖南省建筑設(shè)計(jì)院有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410000

1、工程概況

富興世界金融中心項(xiàng)目位于長(zhǎng)沙市開福區(qū)湘雅路與芙蓉中路交匯處東北角（原長(zhǎng)沙老火車北站內(nèi)）。項(xiàng)目分為三期進(jìn)行開發(fā)。本次開發(fā)的是富興世界金融中心一期工程，用地面積為35，412平方米，總建筑面積約491，723平方米，其中地上計(jì)容建筑面積303,850平方米，地下建筑面積約181，234平方米。富興世界金融中心一期工程由三座塔樓和東、西裙樓構(gòu)成。三座塔樓高度分別為199.7米(T2辦公)、185.0米(T3辦公)、145.3米(T4辦公)，東裙房高度為23.3m，西裙房高度為36.7m。三座塔樓與裙房在地下室頂板以上均以結(jié)構(gòu)縫脫開，在地下室頂板連成整體。建筑立面效果圖如圖1。

圖1 建筑立面效果圖

本工程建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限為50年。抗震設(shè)防烈度6度（0.05g），抗震設(shè)防類別為乙類，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，建筑場(chǎng)地類別為II 類，根據(jù)地震安評(píng)報(bào)告本項(xiàng)目多遇地震影響系數(shù)最大值取0.05，特征周期取0.35s?；撅L(fēng)壓取0.35kN/m2，地面粗糙度為C類。

2、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

本工程地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)，根據(jù)地勘建議及場(chǎng)地巖土工程條件，基礎(chǔ)擬采用筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)持力層為中風(fēng)化巖，巖石承載力特征值為1500kPa。由于抗浮水位為39.0m，水頭達(dá)到18.1米，采用抗浮錨桿抵抗水浮力。

3、結(jié)構(gòu)體系

地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位，結(jié)合西裙房的特點(diǎn)與建筑功能要求，采用了鋼筋混凝土（部分型鋼混凝土）框架結(jié)構(gòu)體系。典型結(jié)構(gòu)平面布置圖如3、4所示。

樓蓋均采用鋼筋混凝土梁板體系，樓板厚度不小于110mm。

圖2 西裙房典型結(jié)構(gòu)平面布置圖

4、超限分析

4.1 高度及高寬比

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)》，本工程結(jié)構(gòu)高度為36.7m，6度區(qū)規(guī)范限制60m，屬于不超限。

4.2 一般不規(guī)則檢查

具有下述三項(xiàng)一般規(guī)則性超限：

（1）扭轉(zhuǎn)不規(guī)則：根據(jù)計(jì)算結(jié)果位移比大于1.2、小于1.4。

（2）樓板不連續(xù)：建筑中庭空間要求大開洞，樓層開洞面積超過50 %。

（3）其他不規(guī)則：結(jié)構(gòu)因中庭開洞形成部分柱不連續(xù)。

4.3 超限類型判定

綜上所述本工程屬于超限高層建筑結(jié)構(gòu)，同時(shí)具有三項(xiàng)一般規(guī)則性超限，無嚴(yán)重不規(guī)則項(xiàng)。

4.4 結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施

本工程為存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、樓板不連續(xù)、構(gòu)件間斷等不規(guī)則的超限高層建筑。結(jié)合計(jì)算分析結(jié)果和本工程的不規(guī)則性，主要采取以下抗震加強(qiáng)措施。

4.4.1 針對(duì)轉(zhuǎn)換梁、柱的加強(qiáng)措施

（1）嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)換柱地震作用下的軸壓比，大震作用下轉(zhuǎn)換柱的軸壓比也控制在0.75以下；控制轉(zhuǎn)換梁、柱截面的剪應(yīng)力水平，任何情況下不允許發(fā)生剪切破壞；

（2）受力較大的轉(zhuǎn)換梁、柱采用型鋼混凝土，以盡可能提高轉(zhuǎn)換梁、柱的延性。

4.4.2 針對(duì)大懸挑與大跨度梁的加強(qiáng)措施

（1）主要大懸挑、大跨度梁均采用型鋼混凝土梁，盡可能提高梁的延性，同時(shí)與之相鄰的框架柱也采用型鋼混凝土柱；

（2）嚴(yán)格控制梁截面的剪切應(yīng)力，任何情況下均需滿足梁截面的受剪截面驗(yàn)算；

（3）嚴(yán)格控制大懸挑梁的撓度與裂縫。

4.4.3 針對(duì)樓板開洞的加強(qiáng)措施

（1）樓板均采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土板，樓板厚度均不小于110mm；

（2）開大洞的周邊樓板板厚均取為150mm，配筋雙層雙向拉通，且洞口周邊框架梁梁高均不小于1米。

5、彈性分析結(jié)果

小震彈性分析軟件采用PKPM之SATWE（2010 V.2.1），并采用MIDAS BUILDING（2013）計(jì)算對(duì)比。

5.1 周期與振型

根據(jù)兩種軟件計(jì)算結(jié)果，SATWE、MIDAS的計(jì)算結(jié)果基本一致，計(jì)算程序的可靠性可以保證。前三個(gè)振型依次是約X方向平動(dòng)、Y方向平動(dòng)和繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng),左單元第一扭轉(zhuǎn)周期與第一平動(dòng)周期的比值Tt/T1，SATWE的計(jì)算結(jié)果為1.4577/1.6391=0.89＜0.90，MIDAS的計(jì)算結(jié)果為1.4645/1.6284=0.899＜0.90，滿足規(guī)范要求小于0.9的規(guī)定。右單元第一扭轉(zhuǎn)周期與第一平動(dòng)周期的比值Tt/T1，SATWE的計(jì)算結(jié)果為 1.7594/1.9736=0.89＜0.90，MIDAS 的 計(jì)算結(jié)果為1.5196/1.7035=0.892＜0.90，滿足規(guī)范要求小于0.9的規(guī)定

5.2 豎向不規(guī)則判定

根據(jù)《高規(guī)》3.5.2條，框架結(jié)構(gòu)樓層與其相鄰上層的側(cè)向剛度比不宜小于0.7；與相鄰上部三層剛度平均值的比值不宜小于0.8?！陡咭?guī)》-3.5.3條，A級(jí)高度高層建筑的樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力不宜小于其相鄰上一層受剪承載力的80%，不應(yīng)小于其相鄰上一層受剪承載力的65%。根據(jù)PKPM之SATWE兩種軟件計(jì)算得到的計(jì)算結(jié)果，本工程左右結(jié)構(gòu)單元均滿足規(guī)范要求，且無軟弱層，且無薄弱層。。

5.3 樓層剪重比

圖3 樓層剪重比

本工程水平地震影響系數(shù)最大值αmax=0.050，根據(jù)《高規(guī)》4.3.12條，樓層最小剪力系數(shù)=0.2αmax=0.2×0.05=1.0%。SATWE和MIDAS兩種軟件計(jì)算結(jié)果表明，左單元結(jié)構(gòu)樓層在X、Y向的最小剪重比分別為1.55%與1.63%，均大于規(guī)范限值1.0%，滿足規(guī)范要求。右單元結(jié)構(gòu)樓層在X、Y向的最小剪重比分別為1.30%與1.27%，均大于規(guī)范限值1.0%，滿足規(guī)范要求。

5.4 樓層扭轉(zhuǎn)比

根據(jù)《高規(guī)》-3.4.5條中的要求，在考慮偶然偏心影響的規(guī)定水平地震力作用下，復(fù)雜高層建筑的豎向構(gòu)件最大水平位移和層間位移，不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應(yīng)大于該樓層平均值的1.4倍。結(jié)合《高規(guī)》3.4.5條的條文說明，計(jì)算樓層扭轉(zhuǎn)比時(shí)，取“規(guī)定水平力地震力”計(jì)算，并考慮5%的偶然偏心。

SATWE和MIDAS兩種軟件計(jì)算結(jié)果表明，左單元結(jié)構(gòu)除個(gè)別樓層大于1.2且小于1.4外，其余樓層均小于1.2，滿足規(guī)范要求。右單元結(jié)構(gòu)除個(gè)別樓層大于1.2且小于1.4外，其余樓層均小于1.2，滿足規(guī)范要求。

5.5 層間位移

根據(jù)《高規(guī)》中4.6.3條的要求，樓層層間位移角限值為1/550。SATWE和MIDAS兩種軟件計(jì)算結(jié)果表明，左右單元小震作用下的最大層間位移角，結(jié)果均小于規(guī)范限值1/550，滿足規(guī)范要求。

6、溫度應(yīng)力分析

本工程采用MIDAS Building進(jìn)行樓板溫度應(yīng)力分析。對(duì)該結(jié)構(gòu)做以下處理及假定：

（1）僅考慮梁、板、柱在溫度荷載作用下的應(yīng)力和變形。

（2）本工程有四層全埋地下室，地下室與土體接觸，溫度變化小，因此不考慮溫度變化對(duì)地下室樓板影響。將在地下室車庫(kù)頂板處的上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行固定約束。

（3）根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》9.1.2條混凝土的線膨脹系數(shù)取1×10-5/℃，鋼材的線膨脹系數(shù)取1.2×10-5/℃。

從樓板應(yīng)力分布圖得出結(jié)論：

1）溫度收縮主要發(fā)生在底部幾層及屋面層，二層最嚴(yán)重。從這點(diǎn)可以看出越靠近底部的樓層受基礎(chǔ)約束越大，受溫度影響越大。而屋面層因溫差大，溫度應(yīng)力也較大。

2）從各層溫度應(yīng)力分布來看，因本工程為框架結(jié)構(gòu)，平面剛度相差不大，樓板溫度應(yīng)力除開大洞周邊局部樓板及中部連廊薄弱部分樓板外分布比較均勻。

3）除二層及屋面層局部樓板溫度應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（C35，ftk=2.2N/mm2），其他樓層均能滿足溫差作用要求。

結(jié)論：

根據(jù)上述分析，小結(jié)如下：

（1）采用SATWE 、MIDAS對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比計(jì)算分析，各項(xiàng)指標(biāo)基本接近，均滿足規(guī)范要求。結(jié)構(gòu)構(gòu)件在多遇地震下均處于彈性工作狀態(tài)，可保證小震不壞。

（2）通過采用彈性時(shí)程分析方法進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充計(jì)算，可認(rèn)為采用規(guī)范振型分解反應(yīng)譜法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是合理可靠的。