【正文】 本工程規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)類型和房屋高度多樣，不同部位應(yīng)采用不同的抗震等級(jí)，詳見表310。（5）雪荷載基本雪壓：根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB500092012的規(guī)定。估算該集中力時(shí)，連廊尺寸取5m24m，荷載平均分配給四個(gè)角支座，則附加集中力如表39所示。③女兒墻采用實(shí)心磚（干容重按19kN/m3）考慮。結(jié)構(gòu)附加恒載主要為樓面附加恒載及填充墻荷載。目前，SATWE是綜合性能較好的結(jié)構(gòu)計(jì)算分析程序，也是國內(nèi)多、高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首選軟件。SATWE可完成建筑結(jié)構(gòu)在恒、活、風(fēng)、地震力作用下的內(nèi)力分析、動(dòng)力時(shí)程分析及荷載效應(yīng)組合計(jì)算，可進(jìn)行活荷不利布置計(jì)算、底框結(jié)構(gòu)空間計(jì)算、吊車荷載計(jì)算，并可將上部結(jié)構(gòu)和地下室作為一個(gè)整體進(jìn)行分析，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)還可完成截面配筋計(jì)算，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)可作截面驗(yàn)算。對(duì)于樓板，SATWE給出了四種簡化假定，即樓板整體平面內(nèi)無限剛、分塊無限剛、分塊無限剛加彈性連接板帶和彈性樓板。其核心是解決剪力墻和樓板的模型化問題，盡可能地減小其模型化誤差，提高分析精度，使分析結(jié)果能夠更好地反映出多、高層結(jié)構(gòu)的真實(shí)受力狀態(tài)。 《拱形鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ/T2492011252。 《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ 32010252。 《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB500072002252。 《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB500682001252。表31 建筑物基本信息一覽表建筑物名稱層數(shù)高度（m）結(jié)構(gòu)類型地下室層數(shù)基礎(chǔ)埋深（m）T145187框筒3T2～T430框剪3S1～S6裙房4框架3地下室3框架表32 建筑物各層凈高要求（底線高度）（單位：m）購物中心B3B2B1B1M1F2F3F4F汽車庫非機(jī)動(dòng)車庫卸貨區(qū)及車道（超市）后場通道商場公共區(qū)域（含防火隔間）銷售街鋪1F2F3F外廊連橋?qū)懽謽菢?biāo)準(zhǔn)層走道（含架空地板，如有）租區(qū)（含架空地板，如有）電梯廳大堂大堂電梯廳公寓公共區(qū)域走道綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)一覽表（西安商業(yè)A地塊）　項(xiàng)目單位數(shù)值備注規(guī)劃用地面積m253,　容積率　地下建筑面積不計(jì)入容積率一、按地上地下部分劃分地上建筑面積（計(jì)容）m2247,計(jì)容地下建筑面積（不計(jì)容）m2123,不計(jì)容總建筑面積m2370,　二、按功能性質(zhì)劃分1）地上商業(yè)建筑面積（計(jì)容）其中：m2104,計(jì)容 北4層商業(yè)裙樓 m288,計(jì)容 南3層臨街商業(yè)m2 15,計(jì)容2）超高層辦公建筑面積（計(jì)容）m281,計(jì)容3）高層辦公建筑面積（計(jì)容）m260,計(jì)容4）地下商業(yè)建筑面積（不計(jì)容）m231,不計(jì)容5）地下車庫及設(shè)備用房建筑面積（不計(jì)容）m292,不計(jì)容三、其他指標(biāo)停車泊位輛1379(商業(yè)）+702（辦公）按《陜西省城市規(guī)劃管理技術(shù)規(guī)定》計(jì)算建筑占地面積m231,　建筑密度% 　綠地率% 　 表33 綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)一覽表該項(xiàng)目為一特大型城市商業(yè)綜合體，集商業(yè)、辦公、餐飲、會(huì)議、文娛等于一體，功能齊全、規(guī)模龐大。3 工程實(shí)例設(shè)計(jì)與分析 工程概況 華潤置地西安三橋商業(yè)一期項(xiàng)目位于陜西省西安市灃渭新區(qū)西郊三橋新街與老西戶公路丁字口西南角，南與華宇鳳凰城一墻相隔，交通便利（詳見圖31）。組合構(gòu)件以其承載高、剛度大、截面尺寸小和良好的抗震性能等許多突出的優(yōu)點(diǎn)，已逐漸推廣應(yīng)用到土木工程領(lǐng)域中，以其為基礎(chǔ)的組合結(jié)構(gòu)已發(fā)展成為繼木結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)之后的第五大結(jié)構(gòu)形式。 設(shè)計(jì)要點(diǎn) 由于混凝土構(gòu)件、鋼構(gòu)件及組合構(gòu)件的混合結(jié)構(gòu)是前面所述三種混合結(jié)構(gòu)的綜合，因此對(duì)于它的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)綜合考慮混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，同時(shí)注意前面所述三種混合結(jié)構(gòu)中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。（2）節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)鋼構(gòu)件與組合構(gòu)件構(gòu)成的節(jié)點(diǎn)可以參考鋼結(jié)構(gòu)、型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土柱+型鋼混凝土梁結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)形式，并且免去了梁內(nèi)鋼筋的穿插，節(jié)點(diǎn)處理相對(duì)簡單。（1）建模計(jì)算對(duì)于鋼構(gòu)件與組合構(gòu)件的混合結(jié)構(gòu)，建模計(jì)算時(shí)和混凝土構(gòu)件與鋼構(gòu)件的混合結(jié)構(gòu)相類似，同時(shí)也要注意一些細(xì)節(jié)。而組合構(gòu)件正好可以彌補(bǔ)鋼構(gòu)件的這些缺點(diǎn)，如果將二者混合，則稱之為鋼構(gòu)件與組合構(gòu)件的混合結(jié)構(gòu)，如圖219和圖220所示。對(duì)于型鋼混凝土柱+混凝土梁構(gòu)成的節(jié)點(diǎn)，在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)通常采用以下幾種構(gòu)造：梁內(nèi)縱筋較少時(shí)，可直接錨固在節(jié)點(diǎn)的鋼筋混凝土中（圖213）；圖212 型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)貫通型節(jié)點(diǎn)圖213 型鋼混凝土柱+混凝土梁結(jié)構(gòu)梁主筋直接與型鋼柱上的連接套筒連接，如圖214所示；與型鋼混凝土柱連接的梁端設(shè)置一段鋼梁與梁主筋搭接，如圖215所示；梁內(nèi)部分主筋焊接在鋼牛腿上，如圖216所示；如果梁主筋穿過型鋼梁翼緣或腹板，將鋼筋在工廠加工時(shí)，采用塞焊的方法將鋼筋焊在型鋼上，在工地將預(yù)焊鋼筋段的一端用連接套筒與梁主筋連接，如圖217所示。比如，由于混合結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)處常采用剛接，則節(jié)點(diǎn)區(qū)域剛度會(huì)明顯增大，在風(fēng)荷載、地震作用等水平荷載作用下節(jié)點(diǎn)區(qū)域剪力增大，建模分析時(shí)可考慮適當(dāng)減小節(jié)點(diǎn)剛度，以減小構(gòu)件截面尺寸，在構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)則需加強(qiáng)構(gòu)造措施。 設(shè)計(jì)要點(diǎn) 對(duì)于混凝土構(gòu)件與組合構(gòu)件的混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，既需要參考混凝土結(jié)構(gòu)和組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，又需要考慮二者的共同受力機(jī)制，尤其是混凝土構(gòu)件與組合構(gòu)件的連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)需重點(diǎn)考慮。相比之下，方鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的施工較為方便，但方鋼管混凝土受到的約束作用較小，結(jié)構(gòu)的承載力較低。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)施工時(shí)，鋼管本身就是模板，可省去支模、拆模的工和料和人工費(fèi)，也縮短了工期。同時(shí)，鋼管可保護(hù)核心混凝土不發(fā)生崩裂。在地震力反復(fù)作用下，普通鋼筋混凝土柱的保護(hù)層可能大面積脫落，鋼筋暴露在空氣中，嚴(yán)重的會(huì)發(fā)生腐蝕，影響其力學(xué)性能。鋼管混凝土柱相對(duì)于鋼筋混凝土柱的承載力提高了很多。因?yàn)槠涫菆A形截面，而且斷面高度較小，所以在受彎作用下顯然并無優(yōu)越可言，而且是不利的。鋼管主要承受環(huán)向拉力，恰好發(fā)揮鋼材受拉強(qiáng)度高的特長，鋼管雖然也承擔(dān)縱向與徑向壓力，但是因?yàn)殇摴苤斜换炷撂畛?，所以?duì)防止鋼管失穩(wěn)極為有利。這種結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是利用鋼管約束混凝土，將混凝土由單向受壓轉(zhuǎn)變?yōu)槿蚴軌?。由于沒有模板支撐，大大簡化了支模工程，而且也創(chuàng)造了較大的工作面，不受梁柱模板支撐的影響。后澆混凝土養(yǎng)護(hù)硬化達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，與型鋼、鋼筋形成整體，共同承受使用荷載。3）與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，采用型鋼混凝土構(gòu)件不僅使結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度明顯增加，而且結(jié)構(gòu)的延性和耗能能力均可以得到很大提高，尤其是實(shí)腹式構(gòu)件組成的型鋼混凝土結(jié)構(gòu)。由于梁截面高度的減小，增加了樓層凈高，降低了房屋的層高與總高。7）使用期延長由于混凝土板的存在，使得鋼梁上翼緣的應(yīng)力水平降低，由于裂縫引起的損傷較小，比起鋼梁的使用壽命提高了許多。5）抗沖擊、抗疲勞性能好實(shí)際工程表明，組合梁比鋼梁具有更好的抗沖擊、抗疲勞能力。圖28 壓型鋼板圖29 壓型鋼板—混凝土組合板中的抗剪栓釘而對(duì)于鋼—混凝土組合樓蓋，其組合梁從截面組成上充分發(fā)揮了型鋼與混凝土材料各自的特長，與普通鋼筋混凝土梁、鋼梁相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）節(jié)約鋼材由于截面材料受力合理，混凝土替代部分鋼材工作，使其用鋼量大幅度下降，如采用塑性理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，還可降低造價(jià)。壓型鋼板形式多樣，如圖28所示，大致可分為開口型、縮口型和閉口型三類。5無需防火、防銹蝕處理。3需大量模板，施工麻煩。表21 混凝土板與壓型鋼板—混凝土組合板比較混凝土板壓型鋼板—混凝土組合板1板底需配置受拉鋼筋。而在組合構(gòu)件中，鋼—混凝土組合樓蓋、型鋼混凝土組合構(gòu)件和鋼管混凝土組合構(gòu)件是最為常用、技術(shù)最為成熟的三種組合形式。圖26 混凝土柱加牛腿節(jié)點(diǎn)示意圖 混凝土構(gòu)件與組合構(gòu)件的混合 概念 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高層建筑如雨后春筍般崛起，建筑結(jié)構(gòu)形式越來越復(fù)雜。這種節(jié)點(diǎn)在一定程度上限制了鋼梁的轉(zhuǎn)動(dòng)，但是鋼梁在節(jié)點(diǎn)處易發(fā)生輕微轉(zhuǎn)動(dòng)，計(jì)算時(shí)應(yīng)當(dāng)保守地按鉸接節(jié)點(diǎn)計(jì)算。鉸接節(jié)點(diǎn)形式如圖21所示。典型鉸接節(jié)點(diǎn)鉸接節(jié)點(diǎn)在鋼梁和混凝土柱連接中應(yīng)用較多。在滿足結(jié)構(gòu)整體控制指標(biāo)的情況下，混凝土構(gòu)件主要的指標(biāo)要求是配筋率，而鋼構(gòu)件主要的指標(biāo)要求是應(yīng)力比，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)分開考慮。這種建模分析方法方便快捷，但也存在不合理之處。然而，這樣的計(jì)算模型是不準(zhǔn)確的，甚至有時(shí)是不合理的。在混凝土結(jié)構(gòu)中局部采用鋼構(gòu)件，不僅可以使房屋在功能上靈活多變，在視覺上輕巧舒適，還可以采用工廠制造、工地安裝的施工方法，有效地縮短工期，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。那么何嘗不考慮將二者結(jié)合，揚(yáng)長避短？于是，混凝土構(gòu)件與鋼構(gòu)件的混合結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。因此需要防火時(shí)，應(yīng)采取防火措施，如在鋼結(jié)構(gòu)外面包混凝土或其他防火材料，或在構(gòu)件表面噴涂防火涂料等。如果綜合考慮各種因素，尤其是工期優(yōu)勢，則鋼結(jié)構(gòu)將日益受到重視。當(dāng)然，鋼結(jié)構(gòu)的下列缺點(diǎn)有時(shí)也會(huì)影響鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用：1）鋼材價(jià)格相對(duì)較貴采用鋼結(jié)構(gòu)后結(jié)構(gòu)造價(jià)會(huì)略有增加，往往影響業(yè)主的選擇。4）密封性好鋼結(jié)構(gòu)采用焊接連接后可以做到安全密封，能夠滿足一些要求氣密性和水密性好的高壓容器、大型油庫、氣柜油罐和管道等的要求。和其它材料的結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1）強(qiáng)度高，重量輕鋼結(jié)構(gòu)的容重雖然較大，但與其它建筑材料相比，它的強(qiáng)度卻高很多，因而當(dāng)承受的荷載和條件相同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)要比其它結(jié)構(gòu)輕，便于運(yùn)輸和安裝，并可跨越更大的跨度。6）提高抗疲勞強(qiáng)度預(yù)壓應(yīng)力可以有效降低鋼筋的應(yīng)力循環(huán)幅度，增加疲勞壽命。而在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，通過對(duì)高強(qiáng)鋼材預(yù)先施加較高的拉應(yīng)力，可以使高強(qiáng)鋼材在結(jié)構(gòu)破壞前能夠達(dá)到其屈服強(qiáng)度或名義屈服強(qiáng)度。這是工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)飛躍發(fā)展，是一項(xiàng)意義很大的技術(shù)革命。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，這些缺點(diǎn)會(huì)逐漸被改進(jìn)或克服。還可以將工業(yè)廢料（如礦渣、粉煤灰等）制成人工骨料或作為添加劑用于混凝土結(jié)構(gòu)中，變廢為寶。混凝土結(jié)構(gòu)的抗火性能優(yōu)于鋼木結(jié)構(gòu)。1）良好的耐久性混凝土結(jié)構(gòu)中混凝土的強(qiáng)度隨時(shí)間的增長而增長。本章對(duì)幾種常見的混合結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行比較分析，研究各自的優(yōu)缺點(diǎn)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為實(shí)際工程的結(jié)構(gòu)選型及優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。本文主要結(jié)合具體工程實(shí)例，通過對(duì)其選型比較及優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定合理的結(jié)構(gòu)方案，繼而對(duì)選定方案進(jìn)行構(gòu)件驗(yàn)算，掌握并熟悉運(yùn)用以下設(shè)計(jì)概念和設(shè)計(jì)方法： 了解大跨度混合結(jié)構(gòu)的分類及運(yùn)用，并針對(duì)具體工程進(jìn)行比較分析； 學(xué)習(xí)如何利用高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析軟件（SATWE）進(jìn)行大跨度混合結(jié)構(gòu)的整體建模分析，把握大跨度混合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)控制指標(biāo)； 掌握大跨度混合結(jié)構(gòu)的構(gòu)件設(shè)計(jì)驗(yàn)算方法。因此，本文所研究的大跨度混合結(jié)構(gòu)主要針對(duì)大型城市商業(yè)綜合體，并不包括跨度幾十米以上的空間結(jié)構(gòu)。 本文的主要工作隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和城市化的快速發(fā)展，大型城市商業(yè)綜合體以其多功能、高效率、復(fù)雜而統(tǒng)一的特點(diǎn)成為城市現(xiàn)代化的必然產(chǎn)物。無論國內(nèi)還是國外對(duì)這一現(xiàn)代技術(shù)的需求都有增長的趨勢。（3）對(duì)一些簡單或者規(guī)則的結(jié)構(gòu)的類型和構(gòu)件，可以根據(jù)計(jì)算機(jī)編程或者軟件進(jìn)行優(yōu)化，這種方法隨著計(jì)算機(jī)科技水平的飛速發(fā)展，也得到很大的發(fā)展，對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的應(yīng)用有著很好的推動(dòng)。 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)近十幾年來，把優(yōu)化理論應(yīng)用在工程上的研究發(fā)展有以下特點(diǎn)：（1）在整體上注重方法論。構(gòu)件優(yōu)化最簡單有效的方法是利用有限元軟件建模。（2）結(jié)構(gòu)布置優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化是先從結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)入手，使結(jié)構(gòu)的平面布置盡量規(guī)則、對(duì)稱，立面和豎向規(guī)則，側(cè)向剛度均勻變化。 （1）結(jié)構(gòu)選型優(yōu)化各個(gè)結(jié)構(gòu)的功能要求決定之后，就要根據(jù)功能要求為結(jié)構(gòu)選型。這其中比較成熟的理論是把結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定義為構(gòu)件級(jí)和整體級(jí)兩個(gè)水準(zhǔn)的問題，通過多重有限元結(jié)構(gòu)分析確定逼近最優(yōu)的構(gòu)件斷面，從而實(shí)現(xiàn)構(gòu)件級(jí)優(yōu)化，同時(shí)采用非線性規(guī)劃方法求解整體級(jí)優(yōu)化問題。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的重大發(fā)展。數(shù)學(xué)規(guī)劃法雖然理論上比較完美，但真正要解決實(shí)際問題尚不容易。由于準(zhǔn)則法理論上還有些缺陷，在某種情況下，只能得到近似最優(yōu)解。剛性構(gòu)件混合結(jié)構(gòu)和剛、柔構(gòu)件混合結(jié)構(gòu)的區(qū)分界限在于是否含有索（膜）單元和結(jié)構(gòu)體系抵抗變形能力的強(qiáng)弱。大跨度混合結(jié)構(gòu)體系剛性構(gòu)件混合結(jié)構(gòu)剛、柔構(gòu)件混合結(jié)構(gòu)拱（殼）單元 + 梁（板）單元拱（殼）單元 + 桿系單元梁（板）單元 + 桿系單元混合吊掛體系混合張拉體系混合加勁體系半剛性懸掛體系 綜合考慮分類圖113 大跨度混合結(jié)構(gòu)體系根據(jù)劉宏偉的研究，大跨度混合結(jié)構(gòu)體系由拱（殼）單元、梁（板）單元、桿系單元和索（膜）單元這四類基本單元相互混合而成，分為剛性構(gòu)件混合結(jié)構(gòu)和剛、柔構(gòu)件混合結(jié)構(gòu)兩大類（圖113）?？箯濗w系是在豎向荷載作用下，結(jié)構(gòu)內(nèi)力以彎矩為主，其包括桁架結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等。 按結(jié)構(gòu)受力分類按結(jié)構(gòu)受力分類，結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)有拉、壓、彎、剪和扭五種，由于結(jié)構(gòu)實(shí)際受力的復(fù)雜性，只能說是以某種受力狀態(tài)為主。一般來說，平面結(jié)構(gòu)由于其受傳力機(jī)制、材料性能等的限制，在跨度上與空間結(jié)構(gòu)相比就要小得多