天虹广场购物中心抗震超限及超长结构设计

黄玉屏

(中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌330031)

天虹广场购物中心抗震超限及超长结构设计

黄玉屏

(中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌330031)

天虹广场购物中心地下有3层，地上有5～7层，建筑高度28～39 m，钢筋混凝土框架结构，为复杂高层建筑。上部结构设计中同时遇到扭转不规则、凹凸不规则、楼板局部不连续、结构超长等问题，带来了抗震超限和超长结构设计的重大难题。通过结构抗震性能设计有效加强结构的薄弱点，验算温度的作用来采取相应的构造措施，使上述问题得到了有效的解决。

楼板开大洞；楼板局部不连续；抗震超限；抗震性能化设计；超长结构设计

九州天虹广场购物中心位于南昌市抚生南路与九洲大街交叉口，是集休闲娱乐、购物等于一体的商业综合体。该建筑地下共3层，建筑面积约1.2×105m2。地下1层层高6.0 m，为6 000㎡超市和7 379 m2零售商业及车库；地下2层、3层层高分别为3.8 m、3.9 m，为设备用房和地下车库，部分地下室战时为人防工事工程。地上大部有5～7层，局部8层，1层层高为6 m，2～7层层高为5.5 m，建筑形状呈L形，平面尺寸208.2×51.6～152 m2，屋面高度28～39 m，局部44.3 m，建筑面积约1.5×105m2。目前该项目正在施工建设中，建筑效果详见图1。

场地抗震设防烈度6度(0.05 g)，设计地震分组为第一组,建筑的场地类别为Ⅱ类，设计特征周期0.35 s。多遇小震的地震动参数[1]详见表1，中震和大震则采用规范反应谱。

图1 购物中心效果示意

表1 场地地表水平向设计地震动反应谱特征参数值

建筑两翼边长为208.2 m和152 m，属超长结构。此外，建筑中部设置了9个通至屋顶的中庭，中庭开大洞导致该部分楼板有效宽度减少，楼板不连续。因此，建筑平面凹凸变化、楼板局部的不连续、结构超长等是结构设计所要研究的主要问题。

1 结构体系确定

因购物中心使用功能多变，要求空间跨度大且能灵活分隔，适宜的结构体系主要有框架结构和框架-剪力墙结构。长矩形平面或平面有一部分较长的建筑中，框架—剪力墙结构的剪力墙间距需满足文献[2]表8.1.8中4.0 B和50 m的要求[2]，剪力墙的布置会影响购物中心的灵活使用。经计算分析及综合比选本工程采用了框架结构体系，能够提供较大的跨度，并便于空间灵活布置。

2 结构方案的抗震超限及超长判定

2.1 防震缝设置

因建筑平面不规则、结构超长、开大洞，防震缝的设置数量及位置既要考虑结构受力合理，又要兼顾建筑功能需要；既要合理划分建筑平面形状，又要均衡分布竖向交通。结合抗震规则性和建筑的功能，设置了4道防震缝兼做伸缩缝，将购物中心分为一、二、三、四4个独立的结构单元，其中一条防震缝将购物中心和办公塔楼（27层）脱开。有代表性的第3层平面详见图2。

图2 购物中心第3层平面

2.2 结构抗震等级

根据文献[3]第6.0.5条，购物中心各结构单元为重点设防类，应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施,同时应按本地区抗震设防烈度确定其地震作用[3]。根据文献[2]第3.9.1、3.9.3条，框架结构抗震等级为二级。

2.3 各结构单元平面、竖向不规则判定

经PKPM-SATWE计算，各结构单元平面、竖向不规则判定详见表2。由表2可知，结构单元一、二、四有两项不规则，不属于抗震超限结构，抗震措施为采用双向地震扭转效应进行计算，并在计算上严格控制其楼层竖向构件最大弹性水平位移和层间位移。结构单元三同时有三项不规则，属于抗震超限结构，需进行抗震超限设计。

2.4 结构单元超长判定

购物中心设置防震缝兼做伸缩缝后，4个结构单元中的最大平面尺寸：结构单元二95.15×82.76 m2，结构单元三97.65×82.65 m2，均超过文献[4]伸缩缝间距55 m的限值[4]，属超长结构，需考虑温差效应对结构的不利影响。

表2 平面、竖向不规则性判定

3 结构方案的抗震超限及超长设计

根据上述的综合判定，结构单元三属抗震超限结构，结构单元二、三属超长结构。

3.1 结构单元三抗震性能设计

3.1.1 结构抗震性能设计目标

综合考虑结构单元三超限条件、抗震设防类别、设防烈度、场地条件、建造费用、震后损失和修复难易程度等各项因素，结构单元三抗震性能目标采用C级，其结构抗震性能水准按文献[2]要求，分别为多遇地震性能水准1（满足弹性设计的要求）、设防烈度地震性能水准3（结构轻微损坏）、罕遇地震性能水准4（结构中度损坏），结构以此进行抗震性能设计。

3.1.2 设防烈度地震计算分析

采用SATWE进行中震弹性和不屈服计算，利用屈服判别法进行设防烈度地震（中震）作用下结构构件的屈服验算。计算分析结果详见表3。

表3 中震不屈服和中震弹性计算分析结果

结果分析表明，在设防烈度地震作用下，关键部位构件和普通竖向构件（框架柱）的正截面承载力、受剪承载力均满足中震弹性的要求；水平长悬臂结构（悬臂梁及其相连的框架柱）、大跨度结构（框架梁及其相连的框架柱）的正截面承载力、受剪承载力均满足中震弹性的要求；耗能构件局部框架梁正截面承载力满足中震不屈服的要求，受剪承载力满足中震弹性的要求。结构在设防烈度地震（中震）作用下能达到预期的性能目标。表3中，结构的最大层间位移角为X向1/675，Y向1/586，层间位移变形值均小于2倍弹性位移限值，说明结构可以满足“中震可修”的设防目标。

3.1.3 罕遇地震下静力弹塑性分析

采用PKPM(Pushover)计算,通过静力弹塑性分析方法验算罕遇地震（大震）作用下的弹塑性层间位移角等指标，对结构的损伤程度进行分析，提出结构抗震加强措施。计算结果见表4。

表4 罕遇地震静力弹塑性分析数据汇总

从表4可以看出，罕遇地震下在X、Y两个方向上结构弹塑性层间位移角包络值分别为 1/404、1/356，均小于1/100，满足规范规定的结构薄弱层弹塑性层间位移角限值规定。推覆过程中，首先是较低楼层处框架梁开裂，接着框架梁出现塑性铰。随着较低楼层处梁塑性铰的发展，较高楼层梁逐渐开裂，接着出现塑性铰，性能点时，仅局部柱进入屈服。总体来看，结构没有明显的薄弱层，结构的出铰位置、出铰顺序合理。结构满足“大震不倒”的抗震设防目标。

3.2 建筑物平面不规则楼板开大洞设计

3.2.1 楼板应力分析

以有代表性的结构单元三为例，在下列三种工况下，对其地面以上所有楼层进行了楼板应力计算分析，水平地震作用由多遇地震下振型分解反应谱计算得到地震力。

工况一：正常使用状态下多遇地震作用工况组合，即1.0恒荷载+0.5活荷载+1.0水平地震作用；工况二：正常使用状态下非地震作用工况组合，即1.0恒荷载+0.7活荷载+1.0风荷载；工况三：按中震不屈服验算下荷载工况组合，即1.0恒荷载+0.5活荷载+ 3.0水平地震作用。

各层X向、Y向地震作用下正应力分布计算结果详见表5，得知：

表5 各楼层超越混凝土轴心抗拉强度标准值比例

1）楼板开洞处、楼板在与梁、柱相交的地方板面拉应力较大，部分超过了混凝土抗拉强度，楼板开裂卸载后，板面受力由板面钢筋承担，其余部分楼板均不会出现开裂。

2）各种工况下所出现的局部拉压应力，主要是在重力作用下的弯曲应力造成的，楼板的平均拉应力水平仍较低。

3.2.2 设计处理措施

设计处理措施如下：1）据工况三计算结果，为保证楼板钢筋中震下不屈服，在楼板局部应力较大的区域，设置双层双向板钢筋满足3倍的混凝土抗拉强度值。2）加厚洞口附近楼板，采用双层双向配筋，提高楼板的配筋率。3）洞口边缘设置边梁，洞口角部集中配置斜向钢筋。

3.3 结构单元二、三超长设计

结构单元二、三平面超长，需考虑温差效应对结构的不利影响。

3.3.1 温差分析

根据施工、使用阶段的不同情况，采用四种工况对结构温差收缩效应进行分析:工况一、二分别为施工阶段出现的不同负和正温差的情况;工况三、四分别为使用阶段出现的不同负和正温差的情况。

本工程温差分析主要考虑后浇带封闭主体合拢后的情况，整个区域作为一个整体进行剩余的收缩变形和抵抗温差作用。因此，将后浇带浇筑时的温度作为构件温差的基准温度。为降低最大负温差，根据南昌市气象资料（年平均气温17.5℃）确定后浇带施工时间，将后浇带合拢温度定为15℃。

3.3.2 施工阶段结构温差

主体结构施工过程中均完全暴露在室外，根据文献[5]表E.5，重现期50年南昌月平均最低气温为－3℃、最高气温为38℃，则结构构件的最大负温差为－18℃（－3－15=－18），最大正温差为+23℃（38－15=23）。

3.3.3 使用阶段结构温差

建筑主体结构外墙已设有一定的保温隔热措施。在使用过程中，考虑室内空调年常设温度26℃，可能达到最低温度8℃（年最低月平均温度），则主体结构相应的最大负温差－18℃，最大正温差+10℃（25－15=10）。

3.3.4 温度作用计算

对于混凝土现浇楼板的应力分析，主要考察的是负温差产生的最大拉应力，根据混凝土两阶段四工况的温差分析结果，取－18℃来计算。

采用PKPM2010（PMSAP）结构计算软件对结构单元二、三进行了验算。特别是边梁、柱受弯和受剪和中梁的受拉验算。

3.3.5 构造措施

构造措施：1）在建筑物端部及楼板局部开大洞周围的板设置双层双向通长钢筋，并适当加大配筋率至0.25%。2）合理布置伸缩后浇带，作为结构合拢温度，选择日平均气温为15℃左右的一天一次性浇筑。3）改善混凝土性能，减小混凝土收缩应变，限制膨胀率。4）加强建筑屋面及外墙的保温隔热措施。5）增加结构超长方向连续腰筋配筋量。

4 结语

1）天虹广场购物中心建筑虽然层数不多，但其建筑平面不规则、超长、开大洞，需首先对其抗震超限进行判定，必要时进行超限设计，且防震缝的数量和设置尤为重要，需同时满足结构抗震规则性和建筑功能的要求。

2）对建筑物平面不规则楼板、开大洞的楼板弱连接部位，应进行重点分析处理，以充分保证楼板的构造能够满足楼面的整体受力需求。

3）对于超长结构，需根据当地的气象资料，按建筑施工阶段和使用阶段的不同情况分别对温差和收缩效应进行分析，并在结构计算时考虑混凝土温度变化效应和徐变收缩时效特性。

[1] 江西省防震减灾工程研究所.九洲天虹广场项目工程场地地震安全性评价报告[R].南昌：江西省防震减灾工程研究所，2014.

[2] JGJ 3—2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[3] GB50223-2008，建筑工程抗震设防分类标准[S].

[4] GB50010-2010,混凝土结构设计规范[S].

[5] GB50009-2012,建筑结构荷载规范[S].

Seismic Overrun and Super-long Structure Design of Tianhong Plaza

HUANG Yuping
(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

Tianhong Plaza is a complex high-rise building with 3 floors underground,5~7 overground floors,building height of 28~39m,and steel reinforced concrete frame structure.Such problems as torsional irregularity,concave convex irregularity,partial floor slab discontinuity and super-long structure are encountered simultaneously during the design of upper structure,which is a major problem for seismic overrun and super-long structure design.In this paper,the abovementioned problems have been effectively solved by adopting structure seismic-resistant performance design to enhance the weak pocket of structure and check on temperature,and take corresponding structure measures.

big hole opening in floor slab;partial floor slab discontinuity;seismic overrun;seismic performance-based design; super-long structure design

TU973+.15；TU973+.31

B

1004-4345(2015)05-0039-04

2014-03-20

黄玉屏(1972—)，女，高级工程师，主要从事工业与民用建筑工程设计工作。