運(yùn)達(dá)中央廣場(chǎng)中間裙房整體結(jié)構(gòu)分析

楊承超

（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

長(zhǎng)沙運(yùn)達(dá)中央廣場(chǎng)東西長(zhǎng)約197m，南北寬約53m，地上建筑面積23萬m2，地下建筑面積6萬m2。

本工程地上結(jié)構(gòu)通過防震縫將建筑分為四部分。其中中部裙房地上六層，四、五、六層為約2000m2宴會(huì)廳，屋面設(shè)有屋頂花園，建筑高度30.8m，屬高層建筑。工程結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為二級(jí)，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限為50年，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年。建筑抗震設(shè)防類別為乙類。建筑地基基礎(chǔ)等級(jí)為甲級(jí)，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)安全等級(jí)為一級(jí)。建筑物耐火等級(jí)為一級(jí)。地下工程的防水等級(jí)為二級(jí)。

圖1 中部裙房縱向剖面圖

2 設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題

長(zhǎng)沙運(yùn)達(dá)廣場(chǎng)中部裙房主體采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，框架跨度一般都在12m左右，而且樓板開洞比較大，屋頂花園采用鋼筋混凝土柱與鋼桁架組成的框架結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，主要面臨以下問題：

2.1 大跨度、重荷載屋蓋

第四層宴會(huì)廳周邊最大柱距為12.95m×35.2m，布置在第四層的宴會(huì)廳高度15.2m，占結(jié)構(gòu)三層層高。屋頂活荷載標(biāo)準(zhǔn)值按種植屋面取3.0kN/m2，由于屋面有園林水系，綠化部分覆土厚度為600mm，加上屋頂保溫隔熱層，屋頂恒載標(biāo)準(zhǔn)值約16.5kN/m2，考慮到宴會(huì)廳頂部的裝修和分隔，還考慮3kN/m2的裝修恒載。

2.2 樓板局部大開洞

由于中部裙房布置有商場(chǎng)中庭、自動(dòng)扶梯以及2000m2的大宴會(huì)廳，整個(gè)結(jié)構(gòu)開洞部位比較多，開洞面積比較大，而且開洞很不規(guī)則，特別是第五層和第六層的宴會(huì)廳，開洞面積達(dá)到了本層樓面面積的80%左右，這將導(dǎo)致洞口周邊的樓板受力比較復(fù)雜，需做專門的分析研究。

2.3 結(jié)構(gòu)整體性比較差

由于結(jié)構(gòu)開洞部位較多，且開洞面積較大，直接導(dǎo)致樓板對(duì)樓面梁和框架柱的連系作用減弱，結(jié)構(gòu)的整體性變差，對(duì)承受風(fēng)荷載、地震荷載等橫向荷載不利。

3 屋蓋結(jié)構(gòu)形式的選擇

屋蓋最大柱網(wǎng)為12.95m×35.2m，而且布置有屋頂花園，結(jié)構(gòu)荷載大，變形要求控制較嚴(yán)。考慮屋蓋下面宴會(huì)廳對(duì)使用空間的要求，建筑留給結(jié)構(gòu)的高度只有4m。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，如果僅在框架柱上布置橫向受力構(gòu)件，由于受荷面積較大，滿足不了建筑凈高的要求，所以在相鄰兩榀框架柱之間也布置了鋼桁架，采用混凝土梁進(jìn)行轉(zhuǎn)換。為了選出更安全、更經(jīng)濟(jì)、更合理的結(jié)構(gòu)方案，在設(shè)計(jì)過程中對(duì)鋼桁架、鋼板梁、型鋼混凝土梁以及鋼筋混凝土梁四種方案進(jìn)行了比較，最終考慮到建筑使用，管線布置、施工以及造價(jià)等方面的因素，最終采用鋼桁架方案。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施

考慮本工程結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，本工程首先采用不同軟件分別建立結(jié)構(gòu)整體模型，對(duì)結(jié)構(gòu)的部分重要設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了分析比較；其次采用MIDASGEN對(duì)樓板洞口周圍的樓板進(jìn)行了詳細(xì)分析；最后采用MIDAS BUILLDING對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜力彈塑性分析。

4.1 不同軟件計(jì)算參數(shù)比較

考慮鋼桁架的實(shí)際作用，分別采用SATWE、MIDASBUILLDIGN、MIDASGEN三種軟件進(jìn)行整體建模分析。各計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)如表1所示，從表中可以看出，三種不同軟件計(jì)算出來的各參數(shù)值相差都比較小。

表1 各計(jì)算程序的整體計(jì)算參數(shù)比較

4.2 樓板詳細(xì)分析

在MIDASGEN中采用板單元，對(duì)有樓板大開洞樓層的樓板進(jìn)行單元剖分，板厚120mm，單元尺寸控制為1m，并對(duì)這些樓層取消剛性樓板假定；而對(duì)沒有樓板大開洞的樓層則采用剛性樓板假定。同時(shí)考慮風(fēng)荷載作用和地震荷載作用對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析。

通過分析發(fā)現(xiàn)，第二層和第三層的商場(chǎng)中庭周圍樓板的最大等效應(yīng)力為5.2MPa，第五層和第六層大宴會(huì)廳周圍的樓板的最大等效應(yīng)力為7.7MPa，最大等效應(yīng)力點(diǎn)一般出現(xiàn)在洞口的轉(zhuǎn)角處。在設(shè)計(jì)中，樓板混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C35，對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)應(yīng)力為16.7MPa，遠(yuǎn)大于最大等效應(yīng)力，所以，洞口周圍的樓板在承載力方面有一定的安全儲(chǔ)備。

4.3 靜力彈塑性分析

采用MIDASBUILLDING中的ATC40進(jìn)行靜力彈塑性分析。為得到結(jié)構(gòu)在不同地震烈度下的能力譜曲線與性能點(diǎn)，并和前面線性計(jì)算做對(duì)比分析，分別在X，Y方向設(shè)置了Ⅵ度小震、中震、大震3種需求曲線。

在罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，結(jié)構(gòu)的自振周期和慣性力大小以及分布方式也因之變化。因此，采用以下兩種側(cè)向力加載模式進(jìn)行靜力彈塑性分析。工況1：側(cè)向力振型分布形式——以相應(yīng)方向的一階主振型得到的慣性力分布；工況2：側(cè)向力層剪力分布形式——按地震作用下各樓層的剪力得到的慣性力的分布。

（1）X向分析結(jié)果

通過分析發(fā)現(xiàn)，在小震作用下結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài)，沒有進(jìn)入彈塑性耗能；中震作用下結(jié)構(gòu)的等效周期和等效阻尼比分別只增大了0.031s和0.005，說明結(jié)構(gòu)大部分構(gòu)件仍處于彈性狀態(tài)；大震作用下結(jié)構(gòu)的等效周期和等效阻尼比都顯著增加，說明結(jié)構(gòu)大部分構(gòu)件都進(jìn)入了塑性狀態(tài)。大震作用下的靜力彈塑性曲線如圖2所示，從圖中可以看出，兩種工況下結(jié)構(gòu)均有性能點(diǎn)，滿足大震不倒的要求。

圖2 X向地震作用下靜力彈塑性曲線

（2）Y向分析結(jié)果

通過分析發(fā)現(xiàn)，在小震作用下結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài)，沒有進(jìn)入彈塑性耗能；中震作用下和大震作用下結(jié)構(gòu)的等效周期和等效阻尼比都顯著增加，結(jié)構(gòu)顯現(xiàn)出了較強(qiáng)的塑性性能。大震作用下的靜力彈塑性曲線如圖3所示，從圖中可以看出，兩種工況下結(jié)構(gòu)均有性能點(diǎn)，而且兩種工況下結(jié)構(gòu)的性能點(diǎn)都處于能力曲線的上升階段，能較好的滿足大震不倒的要求。

圖3 Y向地震作用下靜力彈塑性曲線

5 結(jié)論

通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，中部裙房雖然存在多項(xiàng)不規(guī)則，但是能滿足小震不壞，中震可修和大震不倒的抗震性能要求。