石家庄万达广场商业综合体结构设计

摘　要　本文详细阐述了石家庄裕华万达广场商业综合体的结构设计，包括地基基础设计、结构设计，大底盘多塔结构体系的设计、计算分析。

关键词　地基基础设计；结构设计；大底盘多塔；框架－核心筒结构；时程分析

1　工程概况

图1 建筑首层平面图

石家庄裕华万达广场商业综合体位于石家庄市裕华区，为尖岭村改造项目，地块范围东临建华大街，西邻民心河，南侧为槐安东路，北侧为槐中路。工程总建筑面积32.6万m2，其中地上建筑面积为27.25万m2，地下建筑面积为5.35万m2；主要功能为4栋商务楼、1栋商务酒店及商业裙楼；商业裙楼由娱乐楼、超市楼、综合楼、百货楼、室内步行街等部分组成。本工程结构地上设抗震缝分为五个区，地下室连为一体，建筑首层平面图见图1，结构分区示意图见图2。一区商务楼地上29层，结构主体高度为97.75m，裙楼4层，为大底盘单塔高层建筑，采用现浇钢筋砼框架－核心筒结构，4层以下建筑抗震设防类别为乙类，5层以上建筑抗震设防类别为丙类。二区商务楼地上29层，结构主体高度为95.65m，采用现浇钢筋砼框架－核心筒结构，二区商务酒店地上10层，结构主体高度为40.80m，采用现浇钢筋砼框架－剪力墙结构，裙楼3层，为大底盘多塔高层建筑；3层以下建筑抗震设防类别为乙类，4层以上建筑抗震设防类别为丙类。三区2个商务楼均为地上29层，结构主体高度分别为97.75m、96.85m，采用现浇钢筋砼框架－核心筒结构，裙楼5层，为大底盘多塔高层建筑；5层以下建筑抗震设防类别为乙类，6层以上建筑抗震设防类别为丙类。四区、五区步行街地上3层，结构主体高度为15.7m，采用现浇钢筋砼框架结构，建筑抗震设防类别为乙类。

图2 结构分区示意图

本工程于2010年7月完成施工图设计并开工建设，现已竣工并投入使用。

2　地基基础设计

2.1　工程地质概况

石家庄市地处太行山隆起东麓，冀中坳陷之西南端。在勘探最大深度55m范围内，主要地层为第四系冲洪积成因的黄土状黏性土、粉土及砂类土。根据本工程岩土工程勘察报告，依据场地地层时代、成因类型、岩性特征及物理力学性质等，将勘察孔控制深度内地基土划分为14个工程地质层及3个亚层，基底以下各土层的分布规律及岩性特征见表1。

表1 土层分布和岩性特征

本场地地下水位埋深约48.0m，可不考虑地下水的影响；场地液化判定为非液化场地；场地稳定性评价的结论为本场地处于相对稳定的地带；地基均匀性评价的结论为不均匀地基，设计时应进行变形验算。

2.2　地基基础设计

本工程由商业裙房、1～4＃商务楼及商务酒店组成，1～4＃商务楼基础底相对标高均为－8.50m，商务酒店基础底相对标高为－7.10m，商业裙房基础底相对标高为－7.00m，各部分的基础均连为一体。由于各部分之间层数、重量差异较大，这将导致建筑产生不均匀沉降。如何减少不均匀沉降对基础底板及上部结构的不利影响，既能够满足地基的承载力和建筑物容许变形要求，且需满足施工工期要求，并具有较好的经济性，是地基基础设计的关键。

根据上部结构荷载分布特征结合地质情况，对地基基础方案进行选型如下。

1～4＃商务楼采用平板式筏板基础，主楼筏板厚度2000mm，核心筒处筏板厚度2600mm。基础持力层为5层黄土状粉质黏土层。天然地基不能满足承载力要求，故采用复合地基。

商务酒店采用平板式筏板基础，筏板厚度1000mm。基础持力层为5层黄土状粉质黏土层。天然地基不能满足承载力要求，故采用复合地基。

商业裙楼采用平板式筏板基础，筏板厚度1000～600mm。基础持力层为5层黄土状粉质黏土层，采用天然地基。基础计算时考虑上部结构刚度的有利影响，使基础方案更加经济、合理。

为减少主楼与裙楼间的基础差异沉降并采取如下措施：在主裙楼连接处设置沉降后浇带，待主楼施工完成沉降稳定后根据沉降观测结果确定浇注时间；对后浇带浇注后主裙楼沉降差产生的内力进行计算，加强主裙楼交界处配筋，提高结构抵抗不均匀沉降的能力。

经计算1～4＃商务楼最大沉降量为25mm；商务酒店最大沉降量为18mm；商业裙楼最大沉降量为9mm，无沉降突变。

3　结构设计

3.1　结构设计基本概况

本工程结构设计基准期为50年，设计使用年限为50年，建筑安全等级为二级，建筑抗震设防类别为丙类（其中商业裙房部分均为重点设防类），地基基础设计等级为甲级。

石家庄市地震安全性评价所2006年2月10日提供了“安评报告”，报告结论为：①场址位于华北地震区内的华北平原地震带内的中南部，其主要的地震危险来自于华北平原地震带内的地震活动。②华北平原地震带目前处于地震活动期内的大释放阶段后的应力调整阶段，未来百年的地震活动水平较低。③场地地震动参数为：50年超越概率10%的地震动峰值加速度为0.10g，反应谱特征周期（Tg）0.40s。④根据岩土工程勘察结果，实际建筑场地类型为Ⅲ类，地震动反应谱特征周期（Tg）应调整。⑤建议在设计时严格按提供的地震动参数进行设防，并严把工程质量关。

结合“安评报告”以及《建筑抗震设计规范》GB50011，本工程抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度值为0.10g；场地类别为Ⅲ类，第一组，场地特征周期值Tg＝0.45s。在多遇地震作用下结构阻尼比取0.05。

基本风压值结构一区、二区、三区为ω0＝0.40kN／m2（100年一遇），结构四区、五区ω0＝0.35kN／m2，地面粗糙度为C类。

楼面主要活荷载标准值：超市取10.0kN／m2；酒楼取6.0kN／m2；酒店客房取2.0kN／m2；百货、娱乐楼、健身等取4.0kN／m2；餐饮取4.5kN／m2；厨房取4.0kN／m2；走廊、门厅取2.5kN／m2；设备机房、电梯机房取7.0kN／m2；上人屋面取2.0kN／m2；不上人屋面取0.5kN／m2。

3.2　结构体系

结构一区、二区、三区各区主楼和裙楼连为一体，下面仅以二区为例具体说明。图3、图4分别为二区二层平面布置图和标准层平面布置图。

商务楼主体结构采用现浇钢筋混凝土框架－核心筒结构体系，属A级高度钢筋混凝土高层建筑。楼盖体系为现浇梁板结构。钢筋混凝土核心筒作为主要抗侧力结构体系，外围框架作为抗震第二道防线，形成双重抗侧力结构体系。核心筒为矩形，平面尺寸为12.1m×12.5m，核心筒短轴方向宽度为12.1m，其高宽比97.75／12.1＝8，满足《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3中内筒高宽比不宜大于12的要求。

主楼竖向构件上下连续贯通，楼板局部开洞，但开洞面积不大于相应楼层面积的30%，楼板连续无错层。

图3 二区二层平面布置图

图4 二区标准层平面布置图

3.3　主要构件断面

核心筒是本工程主要抗侧力结构构件，承担主要的水平荷载，核心筒外墙底层厚度为400mm，13层以上厚度变为300mm；筒体内墙厚度为200mm，250mm，300mm不等。底层框架角柱及中柱截面分别为1200mm× 1200mm，1300mm×1300mm，上部各层分段逐步减少至750mm×750mm。现浇混凝土框架柱的混凝土强度等级由C60沿竖向分三次变化至C30，核心筒墙体的混凝土强度等级由C50沿竖向分两次变化至C30，与构件截面变化相协调，使结构竖向刚度均匀、连续无突变。

3.4　结构计算分析

本工程除采用SATWE（墙元模型）计算分析外采用PMSAP进行了复核计算，并进行了弹性时程分析。现将SATWE计算分析结果和时程分析结果分别介绍如下。

3.4.1　SATWE计算分析结果

该工程计算程序采用“高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE（墙元模型）”进行结构分析，计算采用扭转耦联振型分解法，并考虑双向地震作用和偶然偏心，结构嵌固在地下一层顶板。

表2为结构考虑扭转耦联时分别采用SATWE及PMSAP程序计算的周期（s）、X与Y方向的平动系数、扭转系数、有效质量系数。表3为结构考虑扭转耦联时分别采用SATWE及PMSAP程序计算的位移角、位移比、剪重比等。

表2 SATWE及PMSAP计算的周期和振型

表3 SATWE及PMSAP计算的位移、剪重比

结构设计地震力振型组合数取36个，第一振型为Y向平动，第二振型为X向平动，第三振型为扭转，结果显示框架－核心筒体系具有较好的抗侧刚度。扭转周期比满足要求，有效质量系数满足要求。

通过计算，X方向、Y方向楼层侧移刚度与上一层侧移刚度70%的比值或上三层平均侧移刚度80%的比值中之较小者Ratx1，Raty1均大于1.0，楼层抗剪承载力本层与上一层之比均大于0.9。结构侧移刚度沿竖向规则。

经过PMSAP复核计算，结构主要振型、周期、位移角等指标均相近，结构采用不同力学模型分析对比，结构分析计算结果合理、有效。

3.4.2　弹性动力时程分析

弹性时程分析所取地面运动最大加速度为35.0gal，选取1条人工波，2条自然波共3条波进行地震加速度时程分析。3条波的波形人工波1（RH3TG045）、天然波1（TH2TG045）、天然波2（TH3TG045）如图5所示。

图5 波形图

计算结果表明，塔楼结构无明显的软弱层，竖向刚度均匀，每条时程曲线计算所得结构底部剪力不小于振型分解反应谱法计算结果的65%，三条时程曲线计算所得结构底部剪力平均值不小于振型分解反应谱法计算结果的80%。弹性时程分析计算得到的计算结果见图6、图7、图8。

图6 整体结构位移曲线对比

图7 整体结构层间位移角曲线对比

图8 整体结构楼层剪力曲线对比

弹性动力时程分析法计算结果与振型分解反应谱法计算结果基本吻合。设计与分析结果表明，该结构体系具有较好的抗侧力、抗扭转刚度，利于扩大建筑空间的使用、布置，是高层建筑结构比较经济、合理、可行的一种结构体系。

4　结构措施及新技术应用

4.1　结构措施

结构一区、二区、三区为大底盘多塔楼结构，底盘屋面及底盘屋面上下层采取楼板加厚、配筋适当加强，塔楼之间裙房连接体的屋面梁适当加强，塔楼中与裙房连接体相连的外围柱和剪力墙从固定端至裙房屋面上一层高度范围内，柱纵筋和箍筋配筋率提高、剪力墙设置约束边缘构件等措施；结构四区、五区的2层、3层、顶层楼板开洞较大，设计中采取了增加洞边梁断面，加大洞边及上下层板厚，板内设通长配筋等加强措施，确保结构整体安全。结构超长较多部位，采取设后浇带、设通长钢筋、掺加抗裂剂等构造措施。裙房屋面采用结构找坡，减轻了屋面重量，节约了材料。

4.2　新技术应用

基础、框架柱、梁、板配筋均采用HRB400高强度钢筋，粗直径钢筋采用直螺纹机械连接技术，地基处理采用素混凝土桩复合地基成套技术。