李博宇， 王 然， 束伟农， 张连河， 隋 晓， 冯慧君， 曲 原， 郝淑敏

(1 北京市建筑设计研究院有限公司， 北京 100045； 2 广州容柏生建筑结构设计事务所， 广州 510170)

1 工程概况

重庆大悦城是大型商业综合体项目，位于重庆市渝北区，建设用地面积约4.6万m2，总建筑面积约35万m2。本项目地上部分为3栋高层办公楼和1栋商业裙房，地下部分连为一体，共有4层地下室。

本项目综合周边地形及建筑本身情况，判定嵌固部位为基础顶面，整体结构为大底盘多塔结构，地下室部分作为整体结构的大底盘，建筑±0.000m标高以上采用结构缝脱开,分为A，B，C塔楼及D裙房四个结构单体。A塔楼地下4层，地上27层，标准层层高3.4m，结构高度112.4m；B塔楼地下4层，地上27层，标准层层高4.8m，结构高度133.6m；C塔楼地下4层，地上44层，标准层层高3.4m，结构高度183.3m；D裙房地下4层，地上11层，标准层层高5.4～6m，结构高度57.7m。建筑效果图如图1所示。

图1 建筑效果图

本项目建筑结构设计使用年限为50年，安全等级为二级，结构重要性系数为1.0。抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g。商业裙房部分建筑抗震设防类别为乙类，其余部分为丙类，设计地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅲ类，特征周期为0.45s，结构阻尼比为5%。

本项目地上平面尺寸约为202m×215m。A，B，C塔楼结构体系均为钢筋混凝土框架-核心筒结构,外围框架柱为钢筋混凝土柱，局部采用型钢混凝土柱，核心筒墙为钢筋混凝土墙。D裙房结构体系为钢筋混凝土框架-剪力墙结构，地下室外墙和部分交通核墙体为钢筋混凝土墙。标准层结构平面如图2所示，结构剖面如图3所示。

图2 标准层结构平面图

图3 结构剖面图

2 结构主要特点及难点

2.1 场地地形对结构的影响

本项目所在场地为坡地，总体地势东北高、西南低，场地西南侧为河道，场地地坪最大高程差约61.60m，属于典型坡地建筑，场地南北向剖面示意见图4。

图4 场地南北向剖面示意

场地主要由人工抛填的素填土、残坡积成因的粉质黏土和强风化及中风化泥岩和砂岩组成。其中中央区域素填土厚度为0.5～46.0m，在场地广泛分布，土层厚度变化较大，回填时间均不足5年。

在项目前期，考虑技术可行性及经济性要求，明确场地边坡支护方案为：北侧采用架空+放坡的支护方案，西侧采用放坡的支护方案，东侧采用退阶+护坡桩的支护方案，南侧采用削坡的支护方案。整个场地除东南角局部采用永久支护，其余部分均为临时支护，在使用阶段需要主体结构地下室外墙承担土压力。

针对场地条件及支护方案，存在以下不利因素：1)由于南北侧高差较大，地下室南侧无侧限约束，在使用阶段北侧土压力直接作用于主体结构地下室外墙上，因此北侧土体对整体结构产生不平衡土压力。整体计算时须考虑不平衡土压力与地震作用叠加对整体结构的影响。2)由于场地内素填土厚度较厚且不均匀，因此基础设计应关注并解决素填土的不利影响。3)考虑临轨道侧支护技术难度及经济成本，东侧地下室逐层收进形成掉层。4)在西南侧由于场地标高降低，地下室部分存在吊脚区域。

考虑上述因素，本项目对地下室及地基基础部分采用了以下加强措施：1)对于建筑场地内的大片填土区域进行地基处理，减少土体沉降对基础的不利作用。同时加强土体水平约束作用，为后续桩基础施工做好准备。2)在地下室内部靠近北侧外墙区域设置扶壁墙，提高迎土侧的结构刚度，减小框架柱承担的水平力。3)通过底板将不平衡侧土压力分配到基础，在场地出露的基岩区域采用嵌岩短桩基础，在厚填土区域采用桩基础，基础持力层选为中风化泥岩。由于嵌岩短桩基础分担了大部分水平力，因此对短桩基础部分进行加强。4)在地下室东侧掉层区域设置斜底板，有效减少基础整体变形。5)在地下室西南侧吊脚部位增设混凝土墙体提高吊脚部位基础刚度，减小吊脚变形。6)在地下室北侧区域采用局部架空处理，减少不平衡侧土压力。

进行基础稳定性分析的模型假定，采用水平刚度法分别定义嵌岩短桩基础和桩基础两种基础的水平刚度，并将基础+上部结构整合为一个整体模型，在地下室外墙部位不施加土的侧限约束，考虑不平衡侧土压力、地震作用、风荷载等工况，进行结构整体分析。在模型分析中，考虑场地内填土的不均匀性，因此桩基础长度按实际桩长输入，并考虑两种桩分别起控制作用的包络设计方法进行桩基础设计。基础水平力计算简图见图5。

图5 基础水平力计算简图

采用上部结构与桩基础协同的方式进行整体结构计算[1]。采用有限元软件MIDAS/Gen建立整体结构模型，见图6。

图6 整体结构模型

本项目基础稳定性验算的计算内容及控制指标见表1。从表1可得，桩顶水平最大位移3.9mm小于6mm，基岩最大应力与基岩强度比值0.92小于1，X向单桩水平承载力特征值(Rhax)乘以桩数与基础水平力的比值大于1.3。大震作用下，X向单桩水平抗震承载力特征值(1.25Rhax)乘以桩数与基础水平力的比值大于1.3。抗倾覆力矩与倾覆力矩比值为2.38大于1.6，均满足《建筑地基基础设计规范》(DBJ50-047-2016)[2]限值，结构的稳定性和基础设计均满足控制要求。

基础稳定性验算指标 表1

2.2 结构连体问题

本项目商业裙房部分，以三道连廊将南北两侧结构单体贯通，南北两侧结构单体体量基本接近，因此裙房整体为连体结构，裙房3层至顶层设置东西两道弧形连廊及中部斜向连廊。连廊部分均采用钢筋混凝土梁板结构，局部采用型钢梁。进行商业裙房的设计时，按照整体和分塔楼两种情况取包络进行分析，小震作用下有无连廊的裙房结构指标对比结果见表2。从表2可得，结构整体模型及分塔楼模型均满足规范要求，结构安全可靠。

有无连廊的裙房结构指标对比 表2

对于连体部分的计算分析，由于连廊两侧的连接方式属于刚性连接，因此按照两侧裙房+连廊整体建模的方式进行受力研究，由于裙房部分通过连廊连接后各层平面均为超长结构，因此在分析时需考虑地震作用及温度荷载等工况下的受力和变形。通过有限元软件分析裙房部分在温度荷载和中震作用下的楼板应力，温度荷载作用下地下1层顶板楼板应力见图7。对连廊部分在中震作用下的受力进行分析，中震作用下2层顶板楼板应力见图8。从图7,8可得，在各层楼板开大洞周边、剪力墙周边以及连廊两侧根部区域出现应力集中区域，应力最大约为5.5MPa。实际设计中根据分析结果并考虑混凝土受拉强度进行配筋，对应力较大区域，通过加大板厚、加强配筋等手段进行加强，裙房楼板均可满足受力要求。

图7 温度荷载作用下地下1层顶板楼板应力/MPa

图8 中震作用下2层顶板楼板应力/MPa

为保证连廊在构造上可有效传递两侧结构的水平地震作用，按照两侧结构的地震剪力复核连廊各层构件的受剪承载力。根据计算结果加大连廊部分的板厚，并加强配筋，使连廊的构造满足结构受力分析的需求。

2.3 中部通廊设计问题

中部通廊(Tube)为本项目的建筑亮点之一，为一条贯通南北单塔楼的矩形管廊，管廊立面高宽约16m，平面全长约200m，南北两端根据建筑立面要求悬挑26m。

为保证建筑的使用需求及整体效果，Tube在6层以上与周边建筑脱开，作为独立的结构单体进行设计。Tube结构单体为管状超长结构，中部采用型钢混凝土结构，两侧大悬挑为两榀钢桁架。

Tube结构单体超长，设计中重点要解决温度荷载对结构的影响。通过采用三维有限元软件对温度应力进行分析，Tube结构单体中段弦杆温度应力较集中，因此在中部弦杆部位通过设置型钢来加强结构抵抗温度应力的作用。在构件的布置方面，尽量均匀布置竖向构件，在满足结构受力的前提下减少斜撑等刚度较大的结构杆件，减少温度应力集中。

Tube两端的悬挑部位，在分析时考虑竖向地震作用影响，根据设定的性能目标要求，对悬挑结构的杆件及节点进行中震和大震分析，同时进行大震弹塑性时程分析。为保证悬挑部位安全性，采用“拆杆法”进行结构防倒塌分析。在构造方面，对钢结构与混凝土结构的交接节点进行适当加强，保证“强节点弱构件”的设计原则。经计算分析及构造加强，悬挑部位结构可以满足预设的性能目标，结构可以满足受力及构造要求。Tube的结构布置见图9。

图9 Tube的结构布置

3 计算分析

3.1 抗震性能目标

针对本项目的超限项及重要部位，采用《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010)[4](简称高规)中抗震性能化设计的方法对结构中的关键部位进行加强。以裙房为例，存在位移比超限、楼板不连续、竖向构件悬挑大于4m、竖向构件不连续、连体结构等不规则项，裙房在多遇地震和罕遇地震作用下的层间位移角限值分别为1/800，1/100。综合考虑建筑的功能规模和不规则程度，设定的地下室及裙房的性能目标见表3。

3.2 小震弹性分析及中大震等效弹性分析

本项目计算分析中，采用基于加速度反应谱的振型分解反应谱法进行小震作用下的抗震分析，不同软件计算的整体指标结果基本相似，裙房整体指标对比见表4。从表4中可得，裙房整体指标均满足高规要求。

裙房整体指标对比 表4

在构件分析中，考虑按多塔与单塔，天然嵌固部位(地下室顶板)与实际嵌固部位(基础顶)等不同计算状态下取包络的方式，对构件进行计算分析。针对中大震的性能目标，采用等效弹性算法对关键构件进行复核计算，计算结果可满足预设的性能目标。

3.3 弹性和弹塑性时程分析

小震作用下，除采用振型分解反应谱法进行分析外，对各结构单体还进行了小震弹性时程分析补充计算，根据分析结果放大了小震作用下各楼层的地震剪力。以裙房为例，小震弹性时程分析的地震剪力放大系数各层均为1.0。本项目的大震弹塑性时程分析采用SAUSAGE软件建模分析，裙房部分SAUSAGE有限元模型见图10。

地下室及裙房性能目标 表3

图10 裙房部分SAUSAGE有限元模型

根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)(2016年版)[5](简称抗规)第5.1.2条的规定，选择2组天然波和1组人工波进行计算分析，地震波加速度时程曲线见图11。在罕遇地震作用下，对结构进行分析时，地震波的幅值调整到罕遇地震水平，同时考虑抗震不利地段的地震作用放大影响，并取3组地震波作用下结构反应的最大值作为时程分析的代表值。

图11 人工波与天然波加速度时程曲线

每条时程曲线计算所得的结构基底剪力均超过振型分解反应谱法计算结果的65%，3条时程曲线计算所得的结构基底剪力平均值大于振型分解反应谱法计算结果的80%，满足抗规的要求。

大震作用下，裙房部分X向最大顶点位移为0.165m，最大层间位移角为1/126，Y向最大顶点位移为0.223m，最大层间位移角为1/109，均满足预设的性能目标要求。对连体部分楼板进行混凝土受压损伤分析，见图12。由图12可以看出，在大震作用下，楼板基本处于轻度损伤以下状态。可见连体部分楼板能可靠传递水平力，满足性能目标要求。

图12 连体部分楼板混凝土受压损伤

4 结语

(1)对坡地类型项目，应重点考虑不平衡土压力对结构的不利影响；对场地内填土厚度不均匀、局部存在吊脚及掉层的问题，建立整体协同模型进行分析研究。

(2)对结构连体问题，应采用单塔、多塔包络原则进行整体结构设计，对连体部分采用有限元计算分析和构造加强手段使连廊及整体结构满足受力要求。

(3)对中部通廊超长问题，应重点进行温度应力分析；通廊两端大悬挑问题，考虑竖向地震作用，并进行结构防倒塌分析。

(4)对复杂高层建筑，应重视结构概念设计，通过抗震性能设计，提高结构关键部位的承载能力，同时验证大震作用下结构的抗震性能。