某商业综合体斜柱分析

陈卫峰

(南京威新房地开发有限公司第一分公司,江苏 南京 210016)

0 引言

通过某商业综合体设计的实际案例,从安全及技术角度考虑,针对结构设计中斜柱构件的专项分析,介绍了斜柱位置及分析方法,与斜柱相连的框架梁受力分析、配筋及裂缝验算,斜柱相关范围楼板应力分析,验证了模型预设的斜柱设计和计算措施的正确性、斜柱传力的可靠性;本工程斜柱所采用的分析方法与设计手段可为类似工程提供参考。

1 工程概况

该项目位于秦淮区南部新城区域,北邻城市道路机场路,西南至明匙路,南侧面向跑道公园及三角公园,东侧邻接特色街巷。项目总用地面积约3.32万m2,规划总建筑面积28.05万m2,地上建筑面积18.26万m2,地下建筑面积9.79万m2,地块建筑限高150 m,见图1。

本项目地下4层,主要功能为商业、车库及设备用房。地面以上为商业综合体,通过设置L形抗震缝,由T1号塔楼和T2号塔楼两栋独立结构单元组成。

T1号塔楼地上39层(不包括屋面局部凸出小塔楼及构架),结构高度146.44 m(含室内外高差0.1 m),7层及以下为商业,8层—39层为公寓(11层、26层为避难层)[1]。

T2号塔楼地上共15层(不包括屋面局部凸出小塔楼及构架),结构高度74.35 m(含室内外高差0.1 m),其中1层—8层属于商业裙房(以下简称T2号塔楼裙房部分),9层及以上为办公塔楼(以下简称 T2号塔楼办公部分)。T1号塔楼与T2号塔楼之间的L形抗震缝宽度均为200 mm[2],如图2所示。

根据GB 50223—2008建筑工程抗震设防分类标准[3]第6.0.5条、第6.0.11条及其条文说明规定:T1号塔楼1层—7层及 T2号塔楼1层—8层抗震设防标准均为重点设防类(乙类);T1号塔楼 8 层及以上部分、T2号塔楼办公部分抗震设防标准为标准设防类(丙类)。

2 斜柱位置及分析方法

由于建筑内部空间需要,T1号塔楼存在1根斜柱XZ,其中XZ位于1层—8层(结构标高-0.100 m～38.940 m),平面位于T1-A轴交T1-12轴;T2号塔楼在商业裙房部分存在3根斜XZ1—XZ3,其中XZ1位于3层(结构标高 11.43 m～16.93 m),平面位于28轴交H轴;XZ2位于8层(结构标高39.43 m～44.85 m),平面位于20轴交J轴;XZ3位于7层—8层(结构标高33.43 m～44.85 m),平面位于12轴交J轴,如图3—图8所示。

为确保斜柱传力可靠,需要对斜柱及周边构件受力进行分析。斜柱端部的水平力较大,其端部水平力主要由与斜柱相连框架梁的轴向力平衡,首先不考虑楼板刚度的有利贡献(即楼板厚度为 0),考察与斜柱相连框架梁的受力情况;其次对斜柱顶、底楼层楼板进行应力分析,并根据计算结果进行加强,确保楼板能够作为框架梁承受水平荷载的有效二道防线。

3 与斜柱相连的框架梁受力分析

3.1 T1号塔楼2层—8层与斜柱相连的框架梁受力分析

不考虑楼板刚度的有利贡献(即楼板厚度为0),采用Midas Gen[4]对与斜柱相连框架梁进行内力分析,表1详细给出了2层—8层与斜柱相连框架梁在D+L,EX,EY,WX,WY作用下的轴力,以考查其受力大小及各工况下受力性能。

表1 T1号塔楼与XZ相连框架梁轴力

从以上各工况下内力可以看出:

1)2层—8层与斜柱相连框架梁的轴力,竖向荷载作用为控制工况,与水平荷载作用(地震作用为控制工况)相比,梁内轴力相对较大。2)水平荷载作用下(风荷载、地震作用),地震作用为控制工况。3)连接斜柱与剪力墙框架梁轴力加大,剪力墙连接处设置双向暗梁平衡水平力。

3.2 T2号塔楼与斜柱相连的框架梁受力分析

不考虑楼板刚度的有利贡献(即楼板厚度为 0),采用 Midas Gen对与斜柱相连的框架梁进行内力分析,表2—表4详细给出了T2号塔楼各斜柱相连框架梁在D+L,EX,EY,WX,WY作用下的轴力,以考查其受力大小及各工况下受力性能。

表2 T2号塔楼与XZ1相连框架梁轴力

表3 T2号塔楼与XZ2相连框架梁轴力

表4 T2号塔楼与XZ3相连框架梁轴力

从以上各工况下内力可以看出:1)与斜柱相连框架梁的轴力以竖向荷载作用为主,水平荷载作用下,内力相对较小。2)水平荷载作用下(风荷载、地震作用),地震作用为控制工况。

4 与斜柱相连的框架梁配筋及裂缝验算

4.1 T1号塔楼7层—8层与斜柱相连的框架梁配筋及裂缝验算

根据计算的结果,7层—8层与斜柱相连框架梁,不考虑楼板作用进行分析,只考虑框架梁承受轴力,配筋结果如表5所示。

表5 T1号塔楼7层—8层与斜柱相连框架梁受拉验算结果

7层—8层与斜柱相连框架梁,不考虑楼板作用进行分析,已考虑框架梁裂缝分布情况,裂缝验算结果如表5所示。根据GB 50010—2010混凝土结构设计规范(2015 年版)[5]第 3.4.5条要求,一类(室内正常环境)混凝土结构构件的裂缝控制等级为三级,最大裂缝宽度的限值为0.3 mm;从表5中结果可以看出,与斜柱相连框架梁的裂缝小于0.3 mm,满足规范要求。

4.2 T2号塔楼与斜柱相连的框架梁配筋及裂缝验算

与斜柱相连的框架梁,不考虑楼板作用进行分析,只考虑框架梁承受轴力,配筋结果如表6所示,后续施工图中将据此进行配筋设计。

表6 T2号塔楼与斜柱相连框架梁受拉验算结果

与斜柱相连的框架梁,不考虑楼板作用进行分析,已考虑框架梁裂缝分布情况,裂缝验算结果如表6所示;根据GB 50010—2010混凝土结构设计规范(2015 年版)第3.4.5条要求,一类(室内正常环境)混凝土结构构件的裂缝控制等级为三级,最大裂缝宽度的限值为0.3 mm;从表6中结果可以看出,与斜柱相连框架梁裂缝小于0.3 mm,满足规范要求。

5 斜柱相关范围楼板应力分析

5.1 T1号塔楼7层—8层斜柱顶、底楼层相关范围楼板应力分析

7层—8层与斜柱相连框架梁直接承受来自斜柱的水平荷载,楼板与框架梁相连,亦起到传递水平力的作用,为确保楼板能够有效传递分配到自身的水平力,并能作为框架梁承受水平荷载的二道防线,采用Midas Gen对7层—8层斜柱相关范围楼板进行应力分析,以考察其受力大小及各工况下受力性能,7层—8层斜柱相关范围楼板应力如表7所示。

表7 T1号塔楼7层—8层斜柱相关范围楼板应力 N/mm2

从各工况下7层—8层斜柱相关范围楼板应力结果可以看出:1)7层—8层斜柱相关范围的楼板与框架梁受力机理和规律基本相同;2)7层—8层斜柱相关范围楼板受到的水平拉力值,以D+L作用下为主;3)水平荷载作用引起的拉力值相对较小,同时在水平荷载作用中地震工况占主导地位;4)7层—8层斜柱相关范围楼板在与剪力墙连接处应力较大,施工图设计中应根据楼板应力结果配筋;5)7层—8层斜柱相关范围楼板拉应力除剪力墙根部外相对较小,施工图设计中根据楼板应力分析结果局部加强楼板配筋即可,剪力墙与框架梁连接处设置双向暗梁平衡水平力。

5.2 T2号塔楼斜柱顶、底楼层相关范围楼板应力分析

斜柱顶、底楼层与之相连的框架梁直接承受来自斜柱的水平荷载,楼板与框架梁相连,亦起到传递水平力的作用,为确保楼板能够有效传递分配到自身的水平力,并能作为框架梁承受水平荷载的二道防线,采用与5.1节相同的分析原理及软件 Midas Gen对斜柱顶、底楼层相关范围楼板进行应力分析,以考察其受力大小及各工况下受力性能,计算结果表明:

1)斜柱顶、底楼层与之相连的楼板与框架梁受力机理和规律基本相同;2)斜柱顶、底楼层楼板受到的水平拉力值,以D+L作用下为主;3)水平荷载作用引起的拉力值相对较小,同时在水平荷载作用中地震工况占主导地位;4)斜柱顶、底楼层相关范围楼板拉应力相对较小,施工图设计中根据楼板应力分析结果局部加强楼板配筋即可。

6 结论

通过上述分析和计算,可以得到以下结论:1)斜柱传力过程中,竖向荷载为主导荷载,相较于水平荷载占比较大,与斜柱相连框架梁轴力竖向荷载作用占近 80%以上,楼板受力亦有相同规律;2)水平风荷载、地震作用中,地震作用为控制工况;3)斜柱顶、底及中间楼层相关范围楼板拉应力相对较小,施工图中根据楼板应力分析结果进行配筋加强;4)以上分析结果表明,项目预设的斜柱设计和计算措施是正确的,通过对斜柱顶、底及中间楼层与之相连的框架梁、板进行加强,斜柱传力是可靠的。