济南恒隆广场结构设计研究93376906

济南恒隆广场结构设计研究
于定富
西安建筑科技大学建筑深圳设计分院，深圳(518000)
E-mail ：yudfu@
摘 要: 济南恒隆广场（泉城广场）项目是大底盘多塔连体结构,下部大面积地下室不设缝的复杂建筑.设计采用筏板基础,上部结构各部分设有防震缝,使上部结构单元变得简单规则.通过对左右塔楼的计算, 结构计算表明,结构震型,层间位移角,承载力均满足规范要求.由于设有防震缝,两塔楼不需要做为连体结构设计,可以独立计算,对于屋顶钢结构部分,笔者提出由于钢结构部分比较大而且布置在屋顶一侧,对整个结构造成扭转,故建议用STS 把钢结构和主体结构做为整体建模考虑计算,而不应只单独分开计算.供同类工程参考. 关键词: 大底盘多塔结构；防震缝；筏板基础；连体
1. 工程概况
济南恒隆广场（泉城广场）项目为大型的综合购物及娱乐商场。

由山东恒隆地产有限公司建设,位于山东省济南市泉城路南侧，天地墵街西侧，榜棚街东侧，虎泉西路北侧. 场地面积/地上建筑面积：52,569㎡/183,991㎡, 该项目由三部分组成，左右两橦是完全独立的大楼，长宽约为100m x 170m 。

左楼共六层、右楼共七层，主屋面约为45米，做为商铺，餐饮，停车库，服务大堂等用途。

采用钢筋混凝土框架结构体系。

中间为6层造型别致的巨型钢结构做为大型综合购物及娱乐商场。

三部分楼板互相连结, 各部分间设有抗震缝。

造型别致的巨型钢结做为廊桥，将左右两橦完全独立的大楼连接为一体.
1.1地下室概述
本工程地下室主要为停车库和机电、设备等用房，共二层，地下一层为停车库及机电房，地下二层为上落车处，机电房及泊车库。

平面形状近似矩形，总开挖深度约12m 。

采用框架结构体系 。

2. 设计规范和依据
所有的设计都必须遵守最新版本的标准规范及规定。

结构的设计使用年限为50年。

建筑结构的安全等级为二级。

结构重要性系数取1.0[1]。

图1整体分析模型
3. 地基与基础
根据山东正元建设工程有限责任公司提供的《岩土工程勘察报告(详勘) KSK306-039》地质资料表明，本场地地层分布主要有以下特点 :
拟建场区地貌单一，地形平坦，属地売稳定区，场区灰岩层的溶洞及裂隙溶蚀现象对地基稳定无不良影响。

场区地基土类型为中软场地土，场地类别为II 类，为可进行建设的一般场地。

本工程地基基础设计等级为甲级。

3. 1基础持力层选择
由于地下泉水对本工程地基基础设计的限制，拟建建筑物只可采用天然地基。

根据岩土 工程勘察报告,场地土由杂填土、素填土、粉质粘土、粗粒混合土、胶结砾岩和粘土及灰岩 层构成。

建筑物设2层地下室，预计基础埋深-12.00m ，杂填土、素填土和粉质粘土已挖除； 第5层粘土承载力高，厚度大，可作为基础持力层。

故拟建建筑物可采用片筏基础，箱型 基础，以第5层粘土作基础持力层。

3.2 基础为平板筏基形式。

根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）第5.2.4条，采用公式
)5.0()3(−+−+=d b f f m d b ak a γηγη［２］计算修正后的地基承载力特征值fa 。

采用筏板基础，基础埋深d=12.0m(自然地坪下)，假设基础宽度b=120.0m ，浮容重γm=11.1，修正系数ηb=0，ηd=1。

基础持力层计算的结果见表３.1
表3.1基础持力层计算的结果
基础持力层 修正后的地基承载力特征值fa （kPa ）
粘土层
348
3.3 基础筏板设计
本工程地下车库2层，设计开挖深度-12.00m ，地下车库开挖后应采取抗浮措施，但由于地下
泉水对本工程地基基础设计的限制，只能采取增加结构自重的抗浮措施。

采用1800mm 厚的筏板，采用中国建筑科学研究院PKPM 工程部的基础设计软件JCCAD,计模型采用左右两个塔联合的模型.计算结果表明沉降符合规范要求. 地下水位于地面以下约2.35米。

在施工后浇带未封堵完成之前，需进行降水工程。

4. 结构整体分析
本楼不同于一般的大地盘多塔连体结构,它可以单独分析.理由如下,本项目由三部分组成，左右两橦是完全独立的大楼，长宽约为100m x 170m 。

左楼共六层、右楼共七层，主层面约为35米，采用钢筋混凝土框架结构体系。

中间为6层巨型钢结构做为大型综合购物及娱乐商场。

三部分楼板互相连结, 各部分间设有抗震缝。

巨型钢结构做为廊桥，将左右两橦完全独立的大楼连接为一体。

结构上采用了钢-混凝土混合结构体系。

中间部分独立的巨型钢结构为单跨门式框架，其跨度约为40米，共三层，总高约50米。

结构上由箱形钢柱及箱形钢梁组成，形成一个大跨度的廊桥与左右塔楼连为一体。

门式框架在各楼层面均设置了一道纵向连续梁以提高巨型门式框架的侧移刚度，并在中间层及底层用一弧形梁加强横
梁与柱的连接，对钢柱与钢梁的连接接点，设计上采用刚性节点：即钢柱贯穿钢梁。

为了
确保巨型钢结构的稳定性。

在各榀单跨门式框架间均设置了必要的支撑系统，而支撑门式
框架的箱形分肢钢柱直接伸入地下室筏板中，并保证箱形分肢钢柱脚埋置深度，设置必要
的拴钉保证箱形分肢钢柱与基础混凝土能共同工作。

地下室为二层，。

本工程各塔楼之间在
首层±0.000楼面以上设防震缝，使其完全独立。

首层以下与整个地下室大底盘相连，施工
阶段设置后浇带以减低沉降差异及施工期间混凝土的温度应力。

由于对首层楼板做了全面
加厚(200mm厚)处理，并对首层楼板开洞处四周另作特别加强，使楼板平面内刚度足够将
塔楼底层的基底剪力传递至较大范围直至四周的地下室侧墙，进而作用在四周的土体中。

层等效剪切刚度大于塔楼首层等效剪切刚度的2倍。

整体模型分析见图一。

抗震缝、沉降缝、温度缝本工程各单体之间抗震缝的宽度满足抗震规范的要求，塔楼
地下室之间不设沉降缝。

施工中沿塔楼周边设沉降后浇带解决沉降差基础整体分析模型
4.1风荷载
按国家规范，济南的设计风荷按50年重现期之基本风压为0.45N/m2。

4.2地震作用
<1> 地震设防烈度为6度，设计地震分组为第二组（设计的地震加速度值为0.05g），
场地特征周期为0.4s，场地类别为II类。

地震影响系数最大值采用0.04。

<2> 计算地震作用时，结构阻尼比取0.05。

<3> 本项目的抗震设防类别为乙类建筑。

抗震等级按A类高度建筑、设防烈度按7度确定。

左右两橦钢筋混凝土塔楼抗震等级：框架抗震等级：均为二级,地下部分：（塔楼范围外）均
为三级。

钢结构部分按设防烈度为6度计算水平地震作用，按7度确定钢结构构件的
抗震措施。

<4> 抗震计算采用考虑扭转耦连作用的振型分解反应谱法，选用15振型进行计
算。

保证质量参与系数大于90%。

〈5〉计算地震作用时，采用的重力荷载值为：100%恒载
+50%活载（对于局部按实际情况计算活载的设备机房，活载按100%取［１］
5. 结构材料
5.1 钢筋
受力钢筋采用HRB400，（fy=360 N/mm2）；构造,分布钢筋及箍筋采用HPB235，（fy=210 N/mm2）。

5.2 混凝土
梁、板、柱、地下室側墙混凝土强度等级见表3.2［３］
表3.2梁、板、柱、地下室側墙混凝土强度等级
所有的柱、C40
所有的梁、板C30
地下室侧墙及地下室底板(设计抗渗等级1.2Mpa) C35
6. 结构超限情况
依照现行《建筑抗震设计规范》、《高层建筑混凝土结构技术规程》针对建筑结构的平面和竖向规则性有具体规定，对照本工程进行以下方面超限判断：
（1）根据SATWE计算结果，在考虑偶然偏心（+5%）的地震作用下，左右塔楼的楼层竖向构件的最大层间位移与该楼层层间位移均大于1.2，但小于1.5，属于扭转不规则。

（2）本工程左右塔楼楼板开洞面积较大，但均小于该楼层面积的30%，满足规范要求，（3）本工程左右塔楼部分梁要转换①、②巨型钢结构的局部柱力，属竖向抗侧构件内力不连续。

针对扭转不规则所采取的概念设计及构造措施加厚两端墙体，增强建筑物周围刚度，控制扭转。

在梁高受限的情况下，采用较大梁宽来增大结构的刚度，以增强结构抗扭刚度。

针对楼板开洞采取的概念设计及构造措施
z洞口处楼板在计算模型中考虑按弹性板假定进行整体计算，并对洞口边相应梁进行了压弯及拉弯构件验算.
z洞口边楼板厚度取为200mm厚，双层双向通长配筋。

针对恒隆广场结构体系特点所采取的其它措施
z通过抗震性能目标确定法，有针对性的性能指标进行设计。

对支撑门式框架的箱形分肢钢柱在中震作用下，柱及柱脚保持弹性，在罕遇地震下允许进入弹塑性，但控制不屈服。

z必须严格控制钢柱的长细比、重视钢柱与钢梁节点连接性能设计。

z由于左右塔楼要与巨型钢结构①、②协同工作，但两者的振动频率不一致，钢柱脚节点对①、②巨型钢结构整体是至关重要的部位，要重视钢柱脚节点连接性能设计。

7. 结构计算及主要分析结果汇总
7.1地震下的结构反应谱分析计算
左右塔楼分析计算采用SATWE和PMSP二个程序。

巨型钢结构分析计算采用SAP2000 及3D3S 软件二个程序。

结构设计的动力反应谱分析运用业主提供的反应谱进行。

分析包括了足够的振型，使建筑物质量的参与度超过90%；每一振型的峰值反映均采用CQC方法组合。

分析考虑了多方向的水平.地震作用的影响位移控制值多遇地震作用及 50 年一遇风荷载作用下最大层间位移应小于楼层高度的 1/550。

7.2右塔结构计算分析结果汇总,由于两个塔类似故不把左塔结构计算分析列出; （1） 周期及扭转系数表见如下表7.1
表7.1周期及扭转系数表
周期扭转系数 (%)
SATWE SATWE
T1 1.17570.03
T2 1.12060.02
T3 1.02380.92
T4 0.42250.08
周期扭转系数 (%)
SATWE SATWE
T5 0.39340.03
T6 0.36710.89
T7 0.24730.55
T8 0.24430.04
T9 0.22080.41
T10 0.18530.40
T11 0.16880.11
T12 0.16350.45
T13 0.14140.54
T14 0.12980.12
T15 0.12720.41
(2) 风、地震作用下的顶部、层间位移发生位置(层)指结构模型里的标准层号见表7.2
表7.2风、地震作用下的顶部、层间位移
SATWE
规范限值
最大层间位
移X方向地震位移(mm)
2.57 -
位移(mm) 2.57 -
发生位置(层) 4 - X方向地震
位移/层高1/2141 1/550
位移(mm) 2.07 -
发生位置(层) 4 -
Y方向地震
位移/层高1/2662 1/550
位移(mm) 0.29 -
发生位置(层) 4 -
X方向风
位移/层高1/18966 1/550
位移(mm) 0.17 -
发生位置(层) 4 -
最大层间位
移
Y方向风
位移/层高1/32353 1/550
位移(mm) 12.62 -
X方向地震
位移/总高1/2932
位移(mm) 10.55 -
Y方向地震
位移/总高1/3507 顶部位移
X方向风位移(mm) 1.38 -
SATWE
规范限值
位移/总高1/26812
位移(mm) 0.82 -
Y方向风
位移/总高1/45121
位移少于规范限值1/550之要求。

注 : 表中层数为模型建模层数
扭转周期、平动周期及其比值见表7.3
表7.3扭转周期、平动周期及其比值
扭转周期SATWE 规范限值
第一平动周期 1.1757 - 扭转周期 1.0238 扭转周期/平动周期0.871 小于0.9
(4) 最大角部位移与质心位移比值见表7.4
表7.4最大角部位移与质心位移比值
SATWE
X方向地震 1.44
(偶然偏心)
Y方向地震 1.17（双向地震）
(5) SATWE 各层地震剪力与各层总重力荷载代表值见表7.5
表7.5SATWE各层地震剪力与各层总重力荷载代表值
地震剪力地震剪力/重力荷载代表值
楼层
X方向地震 (kN) Y方向地震 (kN)重力荷载代表值
(kN)
X方向地震Y方向地震
/ / / / /
/ 7F 4506.16 4682.81 118278 3.81% 3.96%
6F 11471.46 11972.51 241197 4.76% 4.96%
5F 18245.64 19304.33 315761 5.78% 6.11%
4F 23050.95 24340.52 2920597.89%8.33%
3F 27074.66 28544.63 2818089.61%10.13%
2F 30983.34 32471.79 3247439.54%10.00%
1F 33013.11 34546.32 28405211.62%12.16%
B1/F 33013.38 34546.78 714794 4.62% 4.83%
B2/F 33013.36 34546.74 4330487.62%7.98%
位移比值小于1.5规范之要求。

均满足规范要求.
7.3 计算结果分析结论
本工程左右塔楼通过用SATWE及PMSAP二种程序计算:结果相差不大，结构动力特性基本吻合,分别计算的周期、层间位移角及位移比值接近，各类指标均在合理范围内，且满足现行规范的要求，说明计算所选程序合适，计算结果可靠。

左右塔楼扭转位移及侧向位移不大，具备足够的刚度和承载力，能保证巨型钢结构的整体稳定性。

地震作用下的结构层剪力沿竖向无明显突变,满足规范要求。

没有显示明显的结构薄弱层。

由于左右塔上均有局部的钢结构塔楼,在计算分析时把它们作为独立的荷载输入主体结构时发觉对大楼有明显的扭转.由于主体结构高度约为37米,突出屋面的钢结构塔楼有13米高,超过了主体结构高度的1/4.对于这类结构,<<抗震规范>>第5.2.4条规定,采用基底剪力法时,突出屋面的屋顶间,女儿墙等的地震作用效应,宜乘以增大系数3,此增大系数不应往下传递,但与该突出部分相连的构件应予计入;采用振型分解法时,突出屋面部分可以作为一个质点.<<高规>>第 3..3.10和好.3..3.11条建议,小塔楼宜每层作为一个质点参与计算.
8. 结论与建议建议
用STS把突出屋面的钢结构塔楼作为结构的一部分输入,在采用振型分解法计算地震作用时,计算振型数应适当多取一些,使有效质量系数在90%以上,此时计算的地震作用无需放大.同时建议连接左右塔的钢结构桥与主体结构连接时采用GPZ盆式橡胶隔震支座进行弱连接处理［４］。

参考文献
[1]建筑抗震设计规范(GB5011-2001)[s].北京:中国建筑工业出版社,2001
[2]建筑地基基础设计规范(GB50007－2002)[s]. 北京:中国建筑工业出版社,2002
[3]混凝土结构设计规范(GB50010－2002)[s]. 北京:中国建筑工业出版社,2002
[4]李永华,李思明.武进金融大厦结构设计.建筑结构.2008(4)
Hang Lung Plaza Jinan structural design study
Yu Dingfu
Xi'an University of Science and Technology Building construction of the Shenzhen Branch of the
design, ShenZHen (518000)
Abstract
Hang Lung Plaza Jinan (Springs Plaza) project is the largest multi-tower chassis structure of the Siamese, the lower part of a large area in the basement with no joints of the building complex. Designed raft foundation, the upper part of the structure of the joints with shock, so that the upper part of the structure of the unit easy Rules. By about the calculation of the tower, the structure shows that the structure earthquake-story drift angle, carrying capacity to meet all regulatory requirements. Joints due to the earthquake there, the two towers do not need as Siamese structural design, calculation can be independent, For some of the steel roof, the author expressed the view that a greater part of the steel structure and layout of the side of the roof, the entire structure of the reverse, it is suggested that the use of STS and the main structure of the steel structure as a whole to consider modeling calculations, and should not be separate Separately. Reference for similar projects
Key words：large multi-tower; chassis structure of the earthquake-based crack; raft; Siamese。