紫金城市广场1#商业楼结构设计重点与难点

紫金城市广场1#商业楼结构设计重点与难点

汪星星

南京市给排水工程设计院有限公司  南京  210000

摘要：本文介绍了南京市栖霞区紫金城市广场1#商业楼的结构设计重点与难点。该建筑为地上7层框架结构，存在大跨度转换结构、斜柱、中庭边柱等不规则因素，需进行超限设计。针对转换结构、中庭边柱和斜柱等薄弱部位，采取加强措施，确保其满足抗震性能要求。多遇地震下弹性时程分析表明，结构体系无明显薄弱层，满足规范要求该项目采用的设计方法和加强措施可为类似工程提供有益参考。

关键词：商业建筑；结构设计；转换结构；斜柱；弹性时程分析

1. 工程概况

本工程位于南京市栖霞区，其西侧为原府军卫路，东侧为在建高架桥，场地西侧、南侧为规划道路，北侧为中山门大街和2号线马群地铁站（高架）。用地东西长约 240米，南北长约150米，建筑面积约22.8万平方米，地上建筑面积13.6万平方米。该项目地下三层，地上由5栋塔楼组成，包括1栋7层商业（1#）、1栋9层公寓楼（2#）、1栋8层办公楼（3#）、2栋10层公寓楼（4#、5#）。建筑在2层设有一室外平台，结构在平台上设置抗震缝把各单体分开，如图1所示。

图1  建筑总平面布置图

1#商业，地面以上7层（不包括屋面局部突出小塔楼），局部屋面6层，结构高度36.8米；其中1层为 公交站场，2～5层为商业及餐饮，6层为电影院、商业及餐饮，局部7层为电影院上空及商业，3～7层楼面局部有中庭，结构体系采用框架结构体系，结构高宽比0.50。

2. 1#商业工程特点及结构设计重点与难点

按照《建筑抗震设计规范》GB50011-2010，工程设计基准期为50年,根据《建筑工程抗震设防分类标准》，公交场站和商业属于人流密集场所，抗震设防类别为重点设防类,南京地区抗震设防烈度为7度（0.1g），设计地震分组为第一组,设计特征周期为0.35s，场地类别为Ⅱ类，框架结构抗震等级为一级，抗震构造措施按8度（0.2g）采用。

1#商业，因1层公交站场的原因，建筑层高7.9米，比2层、3层要高；同时因公交车通行的要求，存在大面积的抽柱子的情况，最大柱距17.6米，而2层及以上为标准柱网，因此2层楼面存在大跨转换结构构件。应对1层的转换梁、柱采取加强措施，避免其成为结构刚度和承载力的薄弱部位。3层~7层存在开洞的中庭，尤其7层为电影院上空部分，开洞较多，需要进行地震下的楼板应力分析，连接开洞的楼板应采取加厚处理，提高薄弱部位的连接能力。同时，因1#商业东西向长度178.35米，南北向长度74.4米，需要进行温度作用下的楼板应力分析。

3. 1#商业超限判定

根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》（建质[2015]67号），逐条对结构不规则性的条文进行核查，共有4项不规则项，需要进行超限审查，不规则项如下：

（1）扭转不规则：最大扭转位移比：Y+偶然偏心方向 1.44（7 层）>1.2，但<1.5；扭转 周期比：Tt/T1=0.85<0.90；

（2）楼板不连续：影院上空部分存在大面积开洞，开洞率经核算为33.7%，大于技术要点中30%的要求，楼板有效宽度为17%，远小于50%的要求。

（3）构件间断：在2层楼面处进行竖向构件转换（钢桁架、型钢梁），竖向构件不连续

（4）竖向构件有斜柱

4. 1#商业抗震性能化设计

参照《高规》，1#商业抗震性能目标设定为C级，对项目中主要不规则项进行重点设计，对中庭边柱、转换梁、柱3类特别构件进行性能化设计。

中庭边柱要求在小震作用时达到完全弹性，中震作用时放松对正截面承载能力的要求（承载力不屈服），对抗剪能力要求继续是完全弹性，大震作用时允许边柱进入塑性状态，边柱截面大小必须要剪压比要求，在弹塑性状态下，层间位移角要求小于 1/50。

承托桁架和型钢转换梁的转换柱要求比中庭边柱高，要求在中震作用时正截面承载力弹性，其他要求同中庭边柱。

转换梁要求达到小震弹性，中震正截面承载力弹性、抗剪弹性，大震允许进入塑性，但应满足截面剪压比要求。

5. 多遇地震弹性时程分析

5.1地震波的选择

按照《抗震设计规范》GB50011-2010规定，本工程共选取了7条地震波，其中5条地震波为实际强震记录（Oroville-02_NO_107、Northridge-01_NO_968、Imperial Valley-06_NO_162、Chi-Chi, Taiwan-05_NO_2959、Duzce, Turkey_NO_1614），2条地震波为人工模拟的加速度时程曲（ArtWave-RH4TG035、ArtWave-RH1TG035），地震波的持续时间为12～84秒。

5.2多遇地震弹性时程分析结果与规范CQC比较

计算所取7组反应谱与规范谱曲线对比结果如图2所示，平均谱与规范谱拟合度较好，各组反应谱与CQC法计算X、Y方向基底剪力表1所示，且每条时程曲线计算所得结构底部剪力达到CQC法67%～～95%之间，均大于65%，，七条时程曲线计算所得的底部剪力平均值为CQC法的80%，均满足规范要求，结构体系无明显薄弱层，

七条时程曲线层间剪力平均值与CQC法计算结果如表2所示，Y向楼层层间剪力平均值在第7层是CQC法计算的层间剪力的1.047倍；参考动力分析的结果，在施工图设计过程中，按比例调整放大楼层剪力。

图2各组反应谱与规范谱曲线对比

表1  1#商业基底剪力

表2  1#商业时程法7条波层间剪力平均值与CQC法计算结果比较

6. 1#商业结构超限项专项分析

6.1转换结构

1#商业二层楼面有型钢混凝土梁和钢桁架转换结构，如图3所示。转换型钢梁（钢桁架）、转换型钢柱根据性能化设计分析，按正截面承载力中震弹性、抗剪中震弹性计算，计算结果显示型钢构件大部分为构造配筋、极少部分存在计算配筋，钢构件应力比不超过0.90，能满足抗震设计性能目标要求，在转换桁架设计时，转换桁架的下弦杆在主体封顶之前不与型钢柱连接，减少结构自重对型钢柱受力的影响，待主体封顶后，下弦杆与柱铰接连接。

图3 首层转换结构布置示意图

6.2中庭边柱

1#商业三层~七层建筑功能有中庭开大洞，中庭边柱位置如图4所示。中庭边柱按正截面承载力中震不屈服、抗剪中震弹性计算，计算结果显示框架柱为构造配筋，能满足抗震设计性能目标要求。

图4  中庭边柱位置示意图

6.3斜柱及相关水平构件

1#商业结构中含有部分斜柱，二层（模型中为第1层）4根斜柱，三层2根斜柱。斜柱与水平面角度最小77.34度。斜柱受力最大处为二层右上角，具体位置如图5所示，该斜柱与水平面角度84.2度，梁柱编号如图6所示。

图5 二层（模型中第 1 层）斜柱受力最大部位

图6 斜柱及周边梁柱示意图

为达到斜柱在水平方向的水平力分量全部由梁承受的假设，在计算模型中采取处理措施，将斜柱周边一跨范围内的楼板定义为弹性膜（板厚按0考虑），板厚自重按附加恒载额外输入，摘取部分构件在恒活等工况下的轴向力如表1所示，从表3可以看出，未考虑楼板作用时，斜柱在转折点处的水平分量大部分由框架梁L1承担，为偏拉构件，L1梁靠近斜柱端设计值为：M=2359KNm，N=1067KN。L1及Z1为型钢混凝土构件。后续施工图在梁的两端及跨中配置钢筋仍需按偏拉构件验算裂缝满足要求。其余部位斜柱大部分均为构造配筋，仅个别为计算配筋，且配筋量较小。周边梁也出现偏拉现象，后续施工图配筋将考虑裂缝等因素配置钢筋。

表3结构构件在各工况作用下的轴力标准值（KN）(负值为压，正值为拉)

参考文献：

[1]施骏,彭定超.某大型商业楼结构设计[J].中国建筑金属结构,2022,(06):77-79.

[2]聂其林.某综合体商业楼上部结构设计[C]//同济大学,同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司,中国建设科技集团股份有限公司,上海市建筑学会地下空间与工程专业委员会,《建筑结构》杂志社.2015城市地下空间综合开发技术交流会论文集.北京三磊建筑设计有限公司;,2015:7.

[3]黄均亮.某超限高层商业建筑结构设计[J].江西建材,2015,(11):46+52.

[4]纪哲.某框架商业楼结构加固设计[J].黑龙江科技信息,2014,(19):187.