陳衛(wèi)峰

(南京威新房地開發(fā)有限公司第一分公司,江蘇 南京 210016)

0 引言

通過某商業(yè)綜合體設(shè)計(jì)的實(shí)際案例,從安全及技術(shù)角度考慮,針對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中斜柱構(gòu)件的專項(xiàng)分析,介紹了斜柱位置及分析方法,與斜柱相連的框架梁受力分析、配筋及裂縫驗(yàn)算,斜柱相關(guān)范圍樓板應(yīng)力分析,驗(yàn)證了模型預(yù)設(shè)的斜柱設(shè)計(jì)和計(jì)算措施的正確性、斜柱傳力的可靠性;本工程斜柱所采用的分析方法與設(shè)計(jì)手段可為類似工程提供參考。

1 工程概況

該項(xiàng)目位于秦淮區(qū)南部新城區(qū)域,北鄰城市道路機(jī)場路,西南至明匙路,南側(cè)面向跑道公園及三角公園,東側(cè)鄰接特色街巷。項(xiàng)目總用地面積約3.32萬m2,規(guī)劃總建筑面積28.05萬m2,地上建筑面積18.26萬m2,地下建筑面積9.79萬m2,地塊建筑限高150 m,見圖1。

本項(xiàng)目地下4層,主要功能為商業(yè)、車庫及設(shè)備用房。地面以上為商業(yè)綜合體,通過設(shè)置L形抗震縫,由T1號塔樓和T2號塔樓兩棟獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元組成。

T1號塔樓地上39層(不包括屋面局部凸出小塔樓及構(gòu)架),結(jié)構(gòu)高度146.44 m(含室內(nèi)外高差0.1 m),7層及以下為商業(yè),8層—39層為公寓(11層、26層為避難層)[1]。

T2號塔樓地上共15層(不包括屋面局部凸出小塔樓及構(gòu)架),結(jié)構(gòu)高度74.35 m(含室內(nèi)外高差0.1 m),其中1層—8層屬于商業(yè)裙房(以下簡稱T2號塔樓裙房部分),9層及以上為辦公塔樓(以下簡稱 T2號塔樓辦公部分)。T1號塔樓與T2號塔樓之間的L形抗震縫寬度均為200 mm[2],如圖2所示。

根據(jù)GB 50223—2008建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)[3]第6.0.5條、第6.0.11條及其條文說明規(guī)定:T1號塔樓1層—7層及 T2號塔樓1層—8層抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)均為重點(diǎn)設(shè)防類(乙類);T1號塔樓 8 層及以上部分、T2號塔樓辦公部分抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類(丙類)。

2 斜柱位置及分析方法

由于建筑內(nèi)部空間需要,T1號塔樓存在1根斜柱XZ,其中XZ位于1層—8層(結(jié)構(gòu)標(biāo)高-0.100 m～38.940 m),平面位于T1-A軸交T1-12軸;T2號塔樓在商業(yè)裙房部分存在3根斜XZ1—XZ3,其中XZ1位于3層(結(jié)構(gòu)標(biāo)高 11.43 m～16.93 m),平面位于28軸交H軸;XZ2位于8層(結(jié)構(gòu)標(biāo)高39.43 m～44.85 m),平面位于20軸交J軸;XZ3位于7層—8層(結(jié)構(gòu)標(biāo)高33.43 m～44.85 m),平面位于12軸交J軸,如圖3—圖8所示。

為確保斜柱傳力可靠,需要對斜柱及周邊構(gòu)件受力進(jìn)行分析。斜柱端部的水平力較大,其端部水平力主要由與斜柱相連框架梁的軸向力平衡,首先不考慮樓板剛度的有利貢獻(xiàn)(即樓板厚度為 0),考察與斜柱相連框架梁的受力情況;其次對斜柱頂、底樓層樓板進(jìn)行應(yīng)力分析,并根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行加強(qiáng),確保樓板能夠作為框架梁承受水平荷載的有效二道防線。

3 與斜柱相連的框架梁受力分析

3.1 T1號塔樓2層—8層與斜柱相連的框架梁受力分析

不考慮樓板剛度的有利貢獻(xiàn)(即樓板厚度為0),采用Midas Gen[4]對與斜柱相連框架梁進(jìn)行內(nèi)力分析,表1詳細(xì)給出了2層—8層與斜柱相連框架梁在D+L,EX,EY,WX,WY作用下的軸力,以考查其受力大小及各工況下受力性能。

表1 T1號塔樓與XZ相連框架梁軸力

從以上各工況下內(nèi)力可以看出:

1)2層—8層與斜柱相連框架梁的軸力,豎向荷載作用為控制工況,與水平荷載作用(地震作用為控制工況)相比,梁內(nèi)軸力相對較大。2)水平荷載作用下(風(fēng)荷載、地震作用),地震作用為控制工況。3)連接斜柱與剪力墻框架梁軸力加大,剪力墻連接處設(shè)置雙向暗梁平衡水平力。

3.2 T2號塔樓與斜柱相連的框架梁受力分析

不考慮樓板剛度的有利貢獻(xiàn)(即樓板厚度為 0),采用 Midas Gen對與斜柱相連的框架梁進(jìn)行內(nèi)力分析,表2—表4詳細(xì)給出了T2號塔樓各斜柱相連框架梁在D+L,EX,EY,WX,WY作用下的軸力,以考查其受力大小及各工況下受力性能。

表2 T2號塔樓與XZ1相連框架梁軸力

表3 T2號塔樓與XZ2相連框架梁軸力

表4 T2號塔樓與XZ3相連框架梁軸力

從以上各工況下內(nèi)力可以看出:1)與斜柱相連框架梁的軸力以豎向荷載作用為主,水平荷載作用下,內(nèi)力相對較小。2)水平荷載作用下(風(fēng)荷載、地震作用),地震作用為控制工況。

4 與斜柱相連的框架梁配筋及裂縫驗(yàn)算

4.1 T1號塔樓7層—8層與斜柱相連的框架梁配筋及裂縫驗(yàn)算

根據(jù)計(jì)算的結(jié)果,7層—8層與斜柱相連框架梁,不考慮樓板作用進(jìn)行分析,只考慮框架梁承受軸力,配筋結(jié)果如表5所示。

表5 T1號塔樓7層—8層與斜柱相連框架梁受拉驗(yàn)算結(jié)果

7層—8層與斜柱相連框架梁,不考慮樓板作用進(jìn)行分析,已考慮框架梁裂縫分布情況,裂縫驗(yàn)算結(jié)果如表5所示。根據(jù)GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(2015 年版)[5]第 3.4.5條要求,一類(室內(nèi)正常環(huán)境)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫控制等級為三級,最大裂縫寬度的限值為0.3 mm;從表5中結(jié)果可以看出,與斜柱相連框架梁的裂縫小于0.3 mm,滿足規(guī)范要求。

4.2 T2號塔樓與斜柱相連的框架梁配筋及裂縫驗(yàn)算

與斜柱相連的框架梁,不考慮樓板作用進(jìn)行分析,只考慮框架梁承受軸力,配筋結(jié)果如表6所示,后續(xù)施工圖中將據(jù)此進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。

表6 T2號塔樓與斜柱相連框架梁受拉驗(yàn)算結(jié)果

與斜柱相連的框架梁,不考慮樓板作用進(jìn)行分析,已考慮框架梁裂縫分布情況,裂縫驗(yàn)算結(jié)果如表6所示;根據(jù)GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(2015 年版)第3.4.5條要求,一類(室內(nèi)正常環(huán)境)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫控制等級為三級,最大裂縫寬度的限值為0.3 mm;從表6中結(jié)果可以看出,與斜柱相連框架梁裂縫小于0.3 mm,滿足規(guī)范要求。

5 斜柱相關(guān)范圍樓板應(yīng)力分析

5.1 T1號塔樓7層—8層斜柱頂、底樓層相關(guān)范圍樓板應(yīng)力分析

7層—8層與斜柱相連框架梁直接承受來自斜柱的水平荷載,樓板與框架梁相連,亦起到傳遞水平力的作用,為確保樓板能夠有效傳遞分配到自身的水平力,并能作為框架梁承受水平荷載的二道防線,采用Midas Gen對7層—8層斜柱相關(guān)范圍樓板進(jìn)行應(yīng)力分析,以考察其受力大小及各工況下受力性能,7層—8層斜柱相關(guān)范圍樓板應(yīng)力如表7所示。

表7 T1號塔樓7層—8層斜柱相關(guān)范圍樓板應(yīng)力 N/mm2

從各工況下7層—8層斜柱相關(guān)范圍樓板應(yīng)力結(jié)果可以看出:1)7層—8層斜柱相關(guān)范圍的樓板與框架梁受力機(jī)理和規(guī)律基本相同;2)7層—8層斜柱相關(guān)范圍樓板受到的水平拉力值,以D+L作用下為主;3)水平荷載作用引起的拉力值相對較小,同時在水平荷載作用中地震工況占主導(dǎo)地位;4)7層—8層斜柱相關(guān)范圍樓板在與剪力墻連接處應(yīng)力較大,施工圖設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)樓板應(yīng)力結(jié)果配筋;5)7層—8層斜柱相關(guān)范圍樓板拉應(yīng)力除剪力墻根部外相對較小,施工圖設(shè)計(jì)中根據(jù)樓板應(yīng)力分析結(jié)果局部加強(qiáng)樓板配筋即可,剪力墻與框架梁連接處設(shè)置雙向暗梁平衡水平力。

5.2 T2號塔樓斜柱頂、底樓層相關(guān)范圍樓板應(yīng)力分析

斜柱頂、底樓層與之相連的框架梁直接承受來自斜柱的水平荷載,樓板與框架梁相連,亦起到傳遞水平力的作用,為確保樓板能夠有效傳遞分配到自身的水平力,并能作為框架梁承受水平荷載的二道防線,采用與5.1節(jié)相同的分析原理及軟件 Midas Gen對斜柱頂、底樓層相關(guān)范圍樓板進(jìn)行應(yīng)力分析,以考察其受力大小及各工況下受力性能,計(jì)算結(jié)果表明:

1)斜柱頂、底樓層與之相連的樓板與框架梁受力機(jī)理和規(guī)律基本相同;2)斜柱頂、底樓層樓板受到的水平拉力值,以D+L作用下為主;3)水平荷載作用引起的拉力值相對較小,同時在水平荷載作用中地震工況占主導(dǎo)地位;4)斜柱頂、底樓層相關(guān)范圍樓板拉應(yīng)力相對較小,施工圖設(shè)計(jì)中根據(jù)樓板應(yīng)力分析結(jié)果局部加強(qiáng)樓板配筋即可。

6 結(jié)論

通過上述分析和計(jì)算,可以得到以下結(jié)論:1)斜柱傳力過程中,豎向荷載為主導(dǎo)荷載,相較于水平荷載占比較大,與斜柱相連框架梁軸力豎向荷載作用占近 80%以上,樓板受力亦有相同規(guī)律;2)水平風(fēng)荷載、地震作用中,地震作用為控制工況;3)斜柱頂、底及中間樓層相關(guān)范圍樓板拉應(yīng)力相對較小,施工圖中根據(jù)樓板應(yīng)力分析結(jié)果進(jìn)行配筋加強(qiáng);4)以上分析結(jié)果表明,項(xiàng)目預(yù)設(shè)的斜柱設(shè)計(jì)和計(jì)算措施是正確的,通過對斜柱頂、底及中間樓層與之相連的框架梁、板進(jìn)行加強(qiáng),斜柱傳力是可靠的。