東陽銀泰城項目結(jié)構(gòu)設計分析

肖 南，時 丹

（杭州市建筑設計研究院有限公司，浙江杭州 310001）

1 工程概況

本工程位于浙江省東陽市世貿(mào)大道和興平路交界處，工程總建筑面積418 540 m2，其中計容總面積為295 000 m2，不計容部分107 770 m2。上部建筑由以下幾部分組成：8層銀泰購物中心、1?！?＃樓高層塔樓（28～32層）及其6層裙房（室外風情街）。建筑效果圖見圖1。

圖1 建筑效果

8層銀泰購物中心的使用功能主要為商鋪、超市、餐飲、健身、電影院等，主要層高為5.10、5.40、5.95、6.60 m，建筑高度為44.60 m，主要柱網(wǎng)尺寸為8.70 m×8.40 m。

1＃、7＃高層塔樓地上29、28層，標準層使用功能為酒店式公寓及商務酒店，建筑高度分別為98.15、99.65 m，主要柱網(wǎng)尺寸為8.80 m×8.40 m。

2?！?＃高層塔樓地上28～32層，使用功能為高層住宅，建筑高度最高為98.55 m。

1?！?＃高層塔樓的裙房（室外風情街）的使用功能主要為商鋪及餐飲，主要層高為5.10、5.40 m，建筑高度為32.60 m，主要柱網(wǎng)尺寸為8.70 m×8.40 m。

銀泰購物中心與室外風情街每層樓面之間均由多條架空連廊相連，使銀泰購物中心與室外風情街在使用功能上連為一體。

地塊設置二層地下室，地下室底板面建筑標高為－7.80 m。地下室平面尺寸約為150 m×320 m。地下室的使用功能主要為設備用房及汽車停車庫等。

2 結(jié)構(gòu)概況

2.1 設計條件和參數(shù)

本工程設計使用年限為50年；建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級；建筑樁基（地基基礎(chǔ)）的設計等級為甲級；基本風壓為0.35 kPa（50年重現(xiàn)期）（高度大于60 m的高層建筑承載力設計時采用基本風壓的1.1倍），地面粗糙類別為B類；基本雪壓為0.55 kPa（50年重現(xiàn)期）［1］；本工程設計完成于2015年3月，按《建筑抗震設計規(guī)范（GB 50011—2010）》［2］的規(guī)定，東陽市為非抗震設防區(qū)，本工程結(jié)構(gòu)設計不考慮抗震設防，按非抗震設計。

2.2 結(jié)構(gòu)設計概況

2.2.1 變形縫

本工程上部結(jié)構(gòu)平面超長且平面布置復雜，銀泰購物中心的中庭樓面開有多個大洞，銀泰購物中心與室外風情街之間僅通過寬度很窄的架空連廊相連，受力復雜且極易在連廊內(nèi)產(chǎn)生溫度及收縮裂縫。根據(jù)建筑平面布置，上部結(jié)構(gòu)在下列部位設置變形縫：1）銀泰購物中心沿東西方向設置一條變形縫；2）室外風情街內(nèi)設置多條變形縫；3）銀泰購物中心與室外風情街之間的架空連廊采用鋼結(jié)構(gòu)，其與兩側(cè)主體結(jié)構(gòu)的連接及設縫做法詳見本文第3.1節(jié)。1?！?＃高層塔樓的標準層平面尺寸較小，標準層平面內(nèi)不設變形縫。地下室連為一體不設縫。典型的上部結(jié)構(gòu)平面布置圖及變形縫設置見圖2。

圖2 5層結(jié)構(gòu)平面布置及變形縫示意

2.2.2 結(jié)構(gòu)設計

銀泰購物中心采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，樓面結(jié)構(gòu)采用普通梁板結(jié)構(gòu)。部分樓面梁、屋面梁（框架梁及次梁）及懸挑梁跨度較大，采用后張有粘結(jié)預應力混凝土梁。平面南端的電影院樓面最大外挑尺寸約9.63 m，采用跨層型鋼混凝土懸挑桁架結(jié)構(gòu)。

1＃、7＃高層塔樓采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架－核心筒結(jié)構(gòu)，樓面結(jié)構(gòu)采用普通梁板結(jié)構(gòu)。

2?！?＃高層塔樓采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)，部分剪力墻在6層樓面轉(zhuǎn)換，采用鋼筋混凝土框支梁、柱轉(zhuǎn)換。樓面結(jié)構(gòu)采用普通梁板結(jié)構(gòu)。

高層塔樓的裙房（室外風情街）的結(jié)構(gòu)體系同高層塔樓，樓面結(jié)構(gòu)采用普通梁板結(jié)構(gòu)。

主體結(jié)構(gòu)采用PKPM、SATWE及YJK等軟件進行計算分析。

根據(jù)地勘報告，結(jié)合上部結(jié)構(gòu)特點及荷載大小，本工程采用旋挖成孔擴底灌注樁基礎(chǔ)，以⑦－2中風化粉砂巖為樁端持力層。上部建筑荷載較小區(qū)域及純地下室部分，采用旋挖成孔擴底灌注樁用于抗浮，以⑦－2中風化粉砂巖為樁端持力層，樁端進入持力層的深度以滿足抗浮要求為準。樁基承臺采用獨立承臺，底板采用無梁筏板，樁基承臺兼作無梁筏板的下柱墩。

結(jié)合本項目特點，本文將著重介紹銀泰購物中心的結(jié)構(gòu)設計。

3 銀泰購物中心結(jié)構(gòu)設計

3.1 結(jié)構(gòu)特點

銀泰購物中心地上8層，平面尺寸約為100 m×220 m，主要層高為5.10、5.40、5.95、6.60 m，建筑高度44.60 m，主要柱網(wǎng)尺寸為8.70 m×8.40 m。采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，樓面采用普通梁板結(jié)構(gòu)。

樓面中部沿南北方向布置長條形中庭，由于建筑使用功能要求，中庭內(nèi)不能布置框架柱，中庭兩側(cè)東西方向的框架柱之間的距離為17.40～43.80 m不等。中庭內(nèi)樓面開有數(shù)個大洞形成多個寬度較窄的連廊，樓面削弱較多。中庭區(qū)域樓面梁（包括框架梁及次梁）的最大跨度為25.0 m，懸挑梁的最大懸挑長度為7.60 m，大跨度樓面梁及懸挑梁采用后張有粘結(jié)預應力混凝土梁。

建筑頂部電影院屋面的跨度為28.60 m，采用普通梁板結(jié)構(gòu)，大跨度屋面框架梁采用后張有粘結(jié)預應力混凝土梁。

7～9層平面南端的電影院樓面最大外挑尺寸約9.63 m，采用跨層型鋼混凝土懸挑桁架結(jié)構(gòu)，梁柱內(nèi)埋設的型鋼均采用H型鋼。

銀泰購物中心與室外風情街之間的架空連廊采用鋼結(jié)構(gòu)，樓面梁采用鋼梁，樓板采用現(xiàn)澆混凝土鋼筋桁架樓承板，鋼梁的一端與主體結(jié)構(gòu)鉸接連接，另一端采用滑動支座擱置在另一側(cè)主體結(jié)構(gòu)的牛腿上，鋼筋桁架樓承板的一端與主體結(jié)構(gòu)樓板整澆，另一端（鋼梁設滑動支座端）設變形縫與主體結(jié)構(gòu)樓板分離，以釋放溫度及收縮應力?；瑒又ё捎贸善非蜚q支座，其允許滑移量取兩側(cè)主體結(jié)構(gòu)在風荷載作用下的位移值及樓面溫度變形位移的大值，并留有一定的余量。

中庭中部橢圓形樓面孔洞的頂部設置玻璃頂屋面，東西向跨度最大約為40.60 m，南北向跨度最大約為32.60 m，采用圓鋼管桁架結(jié)構(gòu)。

結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件信息如下。1）構(gòu)件主要尺寸：框架柱尺寸為1 200 mm×1 200 mm～600 mm×600 mm；梁尺寸為300 mm×800 mm～400 mm×1 000 mm（框架梁）、250 mm ×600 mm（次梁）、550 mm ×1 000 mm～600 mm×1 700 mm（預應力混凝土大梁）。樓板厚度為120～160 mm。2）混凝土強度等級：柱C45～C35；梁板C35（預應力混凝土梁為C40）。

3.2 預應力混凝土梁設計

購物中心中庭內(nèi)3～9層樓面及屋面局部梁跨度較大，為滿足梁承載力及正常使用要求，大跨梁（跨度大于19 m）及懸挑尺寸較大（懸挑尺寸大于5.6 m）的梁采用后張有粘結(jié)預應力混凝土梁，混凝土強度等級為C40，預應力筋為高強低松弛鋼絞線fptk＝1 860 N／mm2，錨具采用OVM系列錨具。大跨度梁預應力筋采用拋物線形，懸挑梁預應力筋采用半拋物線型。預應力筋孔道位置按圖3中所注位置定位，大梁鋼筋骨架綁扎就位后即應將金屬波紋管隨之綁扎就位，綁扎中不得損壞波紋管并保證波紋管連接部位密實，防止混凝土澆灌時漏漿進入管內(nèi)。管道灌漿的水泥砂漿強度等級不低于M30，水灰比控制在0.35～0.4。壓漿工作應在張拉結(jié)束，靜止12 h后在24 h內(nèi)進行，灌漿壓力控制為0.5～1.0 MPa，采用真空輔助灌漿。預應力大梁的張拉應在混凝土強度達到設計強度的100%方可進行，待孔道灌漿達到設計強度后才可拆模。預應力大梁的張拉應力為0.75fptk＝1 395 N／mm2，超張拉3%。預應力梁的裂縫控制等級為三級。預應力梁與框架柱斜交時，為滿足梁端張拉施工條件，在柱端設置梁頭，預應力梁及梁頭大樣見圖3。

圖3 預應力混凝土梁大樣

由計算可知，各預應力梁均能滿足承載力和正常使用要求。以5層平面YKL1～5為例，預應力梁撓度、裂縫計算結(jié)果見表1，由表1可知，施加預應力后，梁的裂縫寬度、撓度均有明顯減小，且均滿足規(guī)范要求。

表1 5層樓面YKL1～5裂縫寬度、撓度計算結(jié)果

3.3 跨層型鋼混凝土懸挑桁架設計

為實現(xiàn)建筑使用功能及建筑效果，平面南端的電影院7～9層外挑樓面采用跨層型鋼混凝土懸挑桁架結(jié)構(gòu)，共布置兩榀跨層懸挑桁架，分別位于⑦軸和⑤軸，編號為HJ1、HJ2。

跨層懸挑桁架的做法如下：7～9層樓面梁（標高分別為32.60、38.00、44.60 m）兼作跨層懸挑桁架的弦桿，采用型鋼混凝土梁，梁截面尺寸主要為700 mm×1 100 mm，600 mm×1 100 mm，梁內(nèi)型鋼采用H型鋼，規(guī)格主要為H800×450×25×25、H700×450×25×25、H700×350×25×25、H700×300×20×20，型鋼內(nèi)伸一跨。與型鋼混凝土梁相連的柱采用型鋼混凝土柱，柱截面尺寸主要為1 200 mm×1 200 mm、1 100 mm×1 100 mm，柱內(nèi)型鋼采用H型鋼，規(guī)格主要為H500×600×25×25。桁架斜腹桿采用H型鋼（HJ1頂部斜桿采用型鋼混凝土斜桿），型鋼規(guī)格主要為H700×450×25×25，H500×250×25×25，H700×350×25×25。型鋼混凝土梁、柱的混凝土強度等級分別為C35、C40，所有型鋼的鋼材牌號為Q345B?？鐚討姨翳旒艿牧⒚嬉妶D4。

圖4 跨層懸挑桁架大樣

為加強與型鋼混凝土柱的連接，在與懸挑桁架垂直方向的框架梁內(nèi)設置一定長度的型鋼，型鋼長度為1／3梁跨。

對跨層懸挑桁架進行內(nèi)力、應力及變形分析，由計算結(jié)果可知，⑤軸型鋼斜腹桿最大應力比為0.77，⑦軸型鋼斜腹桿最大應力比為0.36。兩片懸挑桁架承載力均滿足規(guī)范要求。⑤軸懸挑桁架HJ2撓度為4.0 mm，裂縫寬度最大為0.22 mm；⑦軸懸挑桁架HJ1撓度為0.2 mm，裂縫寬度最大為0.11 mm，均滿足規(guī)范要求。

3.4 中庭樓板溫度應力分析

中庭內(nèi)樓面開有數(shù)個大洞形成多個寬度較窄的連廊，溫度應力集中。采用軟件計算分析了樓板溫度應力，采取的參數(shù)如下：施工階段購物中心后澆帶合攏溫度取20℃，根據(jù)《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范（GB 50736—2012）》［3］，商場冬季供熱溫度一般維持在18℃～24℃，夏季供冷溫度一般維持在24℃～28℃?？紤]到實際使用過程中的偏差，溫度變化范圍取13℃～30℃，即升溫?。?0℃，降溫?。?℃。采用北京盈建科軟件YJK對洞口周邊樓板進行溫度應力分析，將全樓樓板定義為彈性板6（考慮樓板面內(nèi)面外剛度）。由計算可得：升溫荷載下各樓層中庭樓板最大溫度應力為－4.2 MPa（壓），降溫荷載下各樓層中庭最大溫度應力為2.9 MPa（拉）。計算樓板配筋如下，X向頂筋最大為616 mm2／m，Y向頂筋最大為684 mm2／m，X向底筋最大為968 mm2／m，Y向底筋最大為816 mm2／m。

根據(jù)以上計算結(jié)果，針對中庭樓板開洞采取以下加強措施：1）中庭樓板厚度取150 mm，配筋板面10＠100雙向，板底12＠100雙向。2）超長樓面設置后澆帶，后澆帶間距取30～50 m。

本工程目前已經(jīng)竣工并投入使用，使用效果良好。

4 結(jié) 語

1）銀泰購物中心中庭區(qū)域的大跨度梁及屋面大跨度梁采用后張有粘結(jié)預應力混凝土梁，計算分析了承載力、撓度及裂縫寬度，均滿足規(guī)范要求。預應力混凝土梁構(gòu)造及施工比較簡單，適用于購物中心類建筑跨度較大的中庭。

2）銀泰購物中心平面南端的電影院外挑樓面采用跨層型鋼混凝土懸挑桁架結(jié)構(gòu)，混凝土梁柱內(nèi)設置H型鋼，可減小樓面梁的截面高度，減小外挑樓面的撓度。

3）中庭內(nèi)樓面開有數(shù)個大洞形成多個寬度較窄的連廊，溫度應力集中，采用軟件計算分析了樓板溫度應力，根據(jù)計算結(jié)果，對樓板采取加強措施，適當加大了樓板厚度及配筋。