石家莊華潤中心城市綜合體結(jié)構(gòu)設計關鍵點
張國彥， 李剛強， 楊 勇， 陳彬磊
（1華潤置地（北京）股份有限公司，北京100035；2北京市建筑設計研究院有限公司，北京100045）
[摘要] 石家莊華潤中心屬華潤置地萬象城系列城市高端綜合體項目，裙房單元尺寸約143m×250m，7層裙房上設置4個超高層塔樓。為滿足建筑使用功能及立面美觀，未設置永久伸縮縫、防震縫，形成多塔樓超長結(jié)構(gòu)。從地震扭轉(zhuǎn)控制、塔樓地震力評估、超長結(jié)構(gòu)裂縫控制角度，結(jié)合SATWE和ETABS程序分析結(jié)果，闡述了石家莊華潤中心城市綜合體設計中三個關鍵性問題，并給出了相關的解決措施。
1 工程概況
石家莊華潤中心屬華潤置地萬象城系列城市高端綜合體項目，位于河北石家莊市橋西區(qū)，市中心主干道中華大街和中山西路的交口東南角。是華潤持有并經(jīng)營的集零售、餐飲、娛樂、辦公等諸多業(yè)態(tài)于一體的大規(guī)模、現(xiàn)代化、高品質(zhì)的商業(yè)綜合體。該工程地下4層，地上為1個綜合體結(jié)構(gòu)單體，出裙房有4棟塔樓。A塔地上37層，主要屋面高度為158. 8m；B塔地上35層，主要屋面高度為150. 7m；C塔地上40層，主要屋面高度為138. 4m；D塔地上40層，主要屋面高度為138. 4m。裙房地上7層，主要屋面高度為40.3~45m。石家莊華潤中心建筑效果圖如圖1所示。裙房與4個塔樓之間未設置永久伸縮縫、防震縫，工程結(jié)構(gòu)單元尺寸為143m×250m。結(jié)構(gòu)整體平面布置如圖2所示。
基本結(jié)構(gòu)設計參數(shù)為：結(jié)構(gòu)安全等級二級；結(jié)構(gòu)設計使用年限為50年；結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)Yo=1.0；抗震設防烈度為7度；基本地震加速度為0. lOg；小震地震影響系數(shù)0.08；設計地震分組為第二組；建筑場地類別為Ⅲ類；基礎設計等級為甲級。根據(jù)《建筑工程抗震設防分類標準》( GB 50223-2008)，商業(yè)裙房按照重點設防類建筑進行設計。
主要材料如下：墻柱采用C40~C60混凝土，梁板采用C30混凝土；縱向鋼筋為HRB400，橫向箍筋為HPB300，HRB400；鋼材采用Q345C，Q345B。塔樓主要豎向構(gòu)件尺寸如表1所示。
2 整體結(jié)構(gòu)體系
本工程塔樓和商業(yè)裙房之間不設置永久伸縮縫、防震縫，整體結(jié)構(gòu)形成多塔樓超長不設縫結(jié)構(gòu)體系。
A，B塔樓均為辦公樓，采用全現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架一核心筒結(jié)構(gòu)體系。標準層樓蓋采用主次梁樓蓋體系，跨中設置兩道次梁，走廊內(nèi)梁截面300×700，走廊外梁截面300×800，核心筒內(nèi)板厚120mm，其余板厚均為100mm。A，B塔樓的標準層平面布置分別如圖3，4所示。
C，D塔樓為公寓，采用全現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架一剪力墻結(jié)構(gòu)體系。標準層樓蓋采用主次梁體系，跨中設置兩道次梁，走廊次梁截面200×700，室內(nèi)次梁截面200×980，外框梁截面300×1 000，板厚llOmm。標準層平面布置圖見圖5，6。
商業(yè)裙房為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架·剪力墻結(jié)構(gòu)體系。地下4層為6級人防，采用主梁+大板體系，整體結(jié)構(gòu)為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系；地下3層采用無梁樓蓋體系；地下2層采用主次梁樓蓋體系；地下1層采用主梁+大板樓蓋體系。
3 大底盤扭轉(zhuǎn)控制
大底盤多塔整體結(jié)構(gòu)成立與否的關鍵是能否控制大底盤的扭轉(zhuǎn)位移比，也就是說，大底盤是否具備足夠的抗扭剛度。大底盤的抗扭剛度影響因素如下：
(1)塔樓及核心筒的分布。當塔樓高度大大超過裙房時，塔樓的質(zhì)量非常大，對大底盤的影響大，塔樓及核心筒的分布位置對大底盤整體抗扭剛度的影響十分明顯。比較理想的情況是塔樓對稱均勻地分布于大底盤的周邊。本項目塔樓的分布位置如圖2所示，位置雖然不是十分理想，但是，除C塔基本分布于裙房中心位置外，A，B，D塔均分布于裙房周圍，塔樓總體分布位置尚可。
(2)裙房剪力墻或支撐。一般來說，如果塔樓的分布位置不太理想，就需要在裙房中設置足夠的剪力墻或支撐來提高整體抗扭剛度。
設計中，為了保證大底盤多塔結(jié)構(gòu)方案可行，利用商業(yè)裙房中豎向交通盒設置一定數(shù)量的剪力墻，控制大底盤的扭轉(zhuǎn)位移比。裙房剪力墻分布見圖7。
4 整體結(jié)構(gòu)方案分析
分別采用SATWE及ETASB兩種軟件對4棟塔樓及整體結(jié)構(gòu)進行分析。圖8為整體結(jié)構(gòu)計算模型。整體結(jié)構(gòu)計算統(tǒng)計結(jié)果見表1和表2，各樓層的層間位移角和扭轉(zhuǎn)位移比曲線如圖9～12所示。層間位移角、扭轉(zhuǎn)位移比均在可控制范圍內(nèi)，整體結(jié)構(gòu)方案可行。
5 塔樓地震力評價
為了進一步評估塔樓地震力，建立整體模型與獨立單塔模型并分別進行計算，8層以上樓層剪力比較結(jié)果如圖13～16所示。由圖可以看出：相對獨立模型，整體模型地震力對各塔樓弱軸均有不同程度的放大作用；而對強軸放大效應不明顯，甚至出現(xiàn)不同程度的減小現(xiàn)象。同時，底盤周邊的塔樓（A塔和B塔）的地震力放大作用較為明顯。8層基底剪力對比結(jié)果見表3。在設計過程中，應采用獨立單塔模型及整體模型包絡設計方法。
6 樓板應力分析
考慮到正常運行時，裙房有外幕墻和屋頂保溫，并有空調(diào)運行，因此，在正常運行時，可以認為裙房室內(nèi)溫差非常小。裙房樓板合攏溫度為15℃，溫度荷載分別按升溫15℃和降溫15℃考慮。采用ETABS軟件進行分析。
升溫工況下樓板壓應力分布如圖17，18所示，由圖可以看出，樓板壓應力大部分處于0~2. SMPa之間，最大壓應力為5～6MPa，小于混凝土抗壓強度標準值。降溫工況下樓板拉應力分布如圖19，20所示，由圖可以看出，樓板拉應力大部分處于0～2MPa之間，在樓梯、電梯筒口周圍區(qū)域及樓板有效寬度較小區(qū)域易產(chǎn)生應力集中現(xiàn)象。
通過樓板應力分析可知，在正常使用階段，溫度變化不大的情況下，樓板應力均在可接受范圍內(nèi)。
7 超長控制措施
本工程屬于超長建筑結(jié)構(gòu)，為避免混凝土收縮裂縫及溫度裂縫的產(chǎn)生，采取如下措施：
1)嚴格控制水灰比、選用水化熱低和凝結(jié)時間長的水泥、選用含泥量小且級配良好的骨料。2）梁板構(gòu)件摻入適量粉煤灰和緩凝型外加劑。3）每隔35m左右，交替設置膨脹加強帶和施工后澆帶，其中，膨脹加強帶寬2m，混凝土內(nèi)摻入膨脹劑，施工時隨樓板一同澆筑；施工后澆帶寬0. 8m，混凝土內(nèi)摻入膨脹劑，周邊樓板施工60d后澆筑。施工后澆帶及膨脹加強帶設置位置見圖21。4）對于溫度裂縫的控制，通過數(shù)值分析，主要采取了增加長向梁構(gòu)件的腰筋、拉通長向樓板上鐵等措施。5）加強屋頂和外墻保溫措施。6）盡可能控制結(jié)構(gòu)合攏溫度，在低溫下合攏。7）在施工工藝方面，采用跳倉工藝澆筑，并采用二次振搗工藝，且嚴格控制現(xiàn)澆混凝土的入模溫度、嚴格控制現(xiàn)場澆筑混凝土構(gòu)件的內(nèi)外溫差及嚴格按施工驗收規(guī)范的要求做好混凝土養(yǎng)護工作。
8 結(jié)論
(1)對整體結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果表明，整體結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)在可控制范圍內(nèi)，扭轉(zhuǎn)位移比及層間位移角等指標均滿足規(guī)范限值要求，整體結(jié)構(gòu)方案可行。
(2)獨立單塔模型及整體結(jié)構(gòu)模型的地震力分析結(jié)果表明，相對獨立模型而言，整體模型地震力對各塔樓弱軸均有不同程度的放大作用；而對強軸放大效應不明顯，甚至出現(xiàn)不同程度的減小現(xiàn)象。設計時，水平位移指標和承載力設計均按整體分析和獨立分析的包絡結(jié)果控制為宜。
(3)通過樓板應力數(shù)值分析和一系列裂縫控制措施來解決結(jié)構(gòu)超長問題是可行的。
