江湾镇384街坊A03B-11地块商业综合体项目地处上海市虹口区，北接虹湾路，西接凉城路。项目总建筑面积81 961m²，商业面积66 889.6m²，其中装配式建筑面积2.3万m²，单体预制率25.5%。本项目为上海市第一个装配式商业综合体，见图1。

　　 地下1层功能为超市、餐饮、停车位及设备用房，地下2层为机械停车位，项目无人防功能。地上部分主要功能是商业综合体，1～5层为商业裙房，6～9层为三个独立的单塔商业楼，分别为塔楼1～3，形成一个多塔的复杂高层建筑结构。建筑总平面图见图2。各层层高及整体结构高度情况见表1。

　　 该商业裙房北侧有一既有保护性建筑，为单层排架混凝土厂房 (图3) ，厂房跨度约15.5m，高度8.1m。根据建筑方案 (图4) 要求，保护性建筑厂房上方新建三层商业。考虑到原有老厂房建造年代较早，所执行规范与新建建筑存在较大差异，在设计过程中将老厂房与新建建筑完全脱开，老厂房另行加固处理。

　　 主体结构设计使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级。场地抗震设防烈度为7度，设计基本加速度为0.10g，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅳ类。水平地震影响系数最大值α_max为0.08，场地特征周期在多遇地震时为0.90s，罕遇地震时为1.1s。基本风压为0.55kPa (取50年一遇) ，地面粗糙度类别为C类。

　　 根据建筑方案要求，5层裙房及三个独立塔楼连为整体 (图5) ，中间不设伸缩缝。结构体系采用钢筋混凝土框架结构。商场区域抗震设防类别为重点设防类，地下1层及地上部分抗震等级为一级，地下2层为二级。除北侧保护性建筑老厂房范围外，地上结构投影线范围均设置两层地下室。新建地下室外墙与老厂房基础距离为6m。

　　 厂房屋面标高至3层楼面高差为2.55m, 3层楼面设置跨度为26m的托柱转换梁 (图6) ，其抗震等级提高为特一级，由于楼层转换梁底与厂房间有净高限制，根据实测老厂房实际标高，转换梁容许最大截面高度为2 100mm，转换梁跨高比为12.38，刚度偏弱，抗剪能力不足，因此设计中转换梁采用了型钢混凝土梁，与转换梁相连的两侧框支柱采用型钢混凝土柱，以提高转换结构的延性和抗剪性能。型钢混凝土框架施工现场照片见图7。

　　 型钢混凝土转换梁上方支承有三层商业，每榀转换梁上方布置三根托柱，为满足转换梁下方净高要求，26m跨度下的转换梁梁高仅2.1m，梁高受到一定限制，梁在竖向荷载作用下的跨中挠度较大，加大了两侧托柱沿26m跨方向水平变形，进而引起柱底剪力、弯矩的增大，为此托柱也采用抗剪、抗弯能力较强的型钢混凝土柱。

　　 为减小转换梁挠度，将转换梁上一层楼层梁截面高度调整为1 400mm，与托柱、转换梁共同受力，形成类空腹桁架体系，以减小托柱转换结构整体竖向变形。

　　 本工程地基基础设计等级为甲级，桩基设计等级为甲级。基础采用桩筏基础，厂房北侧外排柱受周边环境影响，桩基采用650钻孔灌注桩，并采用桩端后注浆工艺，桩长46m;筏板内3个塔楼处桩基均采用44m桩长的500PHC管桩，商业裙房及地下车库采用22m桩长的500PHC管桩。

　　 受既有老厂房影响，老厂房区下部无法设置地下室，厂房北侧框支柱基础须采用独立承台桩基础。26m跨框架的型钢混凝土框架柱底剪力约2 000kN，柱下桩基水平承载力无法承受。为此，在独立承台板面标高设置南北方向的双道连系梁 (图8) ，连系梁一端与独立承台连接，另一端与地下车库顶板连接，使型钢混凝土柱底水平剪力有效传递至地下车库顶板。

　　 在布置基础连系梁过程中，根据既有老厂房基础标高予以高低错开处理，并在老厂房基础顶、新基础垫层底标高位置铺设50mm厚聚苯板 (图9) ，确保新基础的沉降变形不会对老厂房基础造成不利影响。

　　 《建筑抗震设计规范》 (GB 50011—2010) ^[1]第6.1.1条及《高层建筑混凝土结构技术规程》 (JGJ3—2010) ^[2] (简称高规) 第3.3.1条规定的7度区框架结构建筑最大适用高度为50m，本工程最大结构高度为44.40m，属于A级高度高层建筑。根据《上海市超限高层建筑抗震设防管理实施细则》 (沪建管[2014]954号) ，本工程有4条一般不规则项:1) 考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2;2) 楼板有效宽度小于典型宽度的50%;3) 上下墙、柱、支撑不连续;4) 裙房大底盘的多塔以及连体高层建筑。此处，本工程还有1条特别不规则项:连续三层 (含三层) 楼板有效宽度小于典型宽度的40%。

　　 1) 由于建筑设置中庭，造成楼板缺失，中庭间连接板厚取140mm。整层按照弹性板计算，且对该层楼板进行有限元应力分析确保楼板在小震及中震下满足设计性能要求。采用双层双向配筋，配筋率不小于0.25%。2) 通过动力时程分析及与反应谱法计算结果的比较，确定转换构件在地震作用下是否有内力突变，并对此进行针对性的加强处理。26m跨型钢混凝土梁在中震下及竖向地震作用下应满足截面抗剪弹性、抗弯不屈服的要求。3) 为保证多塔底盘在地震作用下变形协调，多塔底盘6层楼面板厚度取180mm, 5层塔楼投影线及外扩范围楼板厚度取150mm。为避免楼层抗侧刚度突变形成薄弱层，在塔楼投影线范围4, 5, 6三层竖向构件截面均匀变化。梁柱配筋按照多塔模型及单塔模型计算值包络配筋。

　　 根据高规性能指标要求，结构总体抗震性能目标为D级，抗震性能水准为多遇地震作用下结构完好 (第1水准) 、设防地震作用下结构中度损坏 (第4水准) 、罕遇地震作用下关键构件不屈服 (第5水准) ，且对部分特别重要的构件，提出了更高的性能指标要求，具体设计要求见表2。

　　 本工程构件采用小震与中震规范谱进行设计，大震下通过静力推覆分析进行关键构件设计。在大震工况下，框架梁大部分开裂，框架柱基本无钢筋纤维和混凝土纤维发生屈服，底层框架梁、柱基本无屈服 (图10) 。大震下结构X, Y向层间位移角均为1/105，均能满足高规限值1/50要求。静力弹塑性推覆分析的位移-荷载曲线表明，结构整体刚度退化均匀，曲线没有明显拐点，具有较好的抗震能力和安全储备。

　　 根据高规公式3.11.3-1 (式 (1) ) 和公式3.11.3-2 (式 (2) ) ，对老厂房上空转换梁、柱等关键构件进行性能化设计，以满足中震下抗剪弹性、抗弯不屈服，大震下满足抗剪、抗弯不屈服的性能指标要求。

　　 式中:S_GE, S^*_Ehk, S^*_Evk分别为关键构件重力荷载代表值的效应以及中震或大震作用下的水平和竖向地震作用标准值的效应;γ_g，γ_Eh，γ_Ev分别为重力荷载分项系数、水平地震作用和竖向地震作用分项系数;R_d，γ_RE分别为构件承载力设计值和承载力抗震调整系数;R_k为截面承载力标准值。

　　 北侧厂房上空三层楼面26m跨度型钢混凝土转换梁及型钢混凝土转换柱作为重要的结构构件，应有足够的刚度和强度来满足使用功能及承载要求。

　　 型钢混凝土柱的性能目标设为“小震弹性，中震抗剪弹性、抗弯不屈服，大震满足剪压比要求”。利用《混凝土结构设计规范》 (GB 50010—2010) C.1钢筋本构关系和C.2混凝土关系曲线，以及《钢结构设计规范》 (GB 50017—2003) 的型钢本构关系模型，基于平截面假定，采用纤维单元模型，得出轴力和弯矩作用下的型钢混凝土柱在材料屈服阶段的P-M关系曲线，以保证型钢混凝土转换柱抗弯承载能力。

　　 厂房北侧型钢混凝土柱P-M曲线见图11。从图中可以看出，计算的轴力、弯矩均在P-M曲线包络范围内，型钢混凝土柱满足承载力要求。

　　 型钢混凝土转换梁的性能目标设为“小震弹性，中震抗剪弹性、抗弯不屈服”，抗震构造措施设为特一级。转换梁在支座处弯矩值大于跨中处弯矩值，在满足要求的前提下，对内部型钢尺寸进行了优化，在梁两端6 000mm范围内型钢尺寸为1 800×400×40×60，在梁中间型钢尺寸为1 800×400×25×40。

　　 根据本项目土地出让合同及所在地装配式相关政策《沪府办[2013]52号》规定，外环线以内区域装配式商业、办公建筑为混凝土结构，其建筑单体预制装配率应不低于25%，落实的装配式建筑面积不少于25%。

　　 此项目为商业综合体，建筑由不规则裙房和塔楼1、塔楼2、塔楼3三座塔楼组成，采用预制装配整体式框架结构的结构形式。

　　 裙房结构平面复杂，构件布置没有规律可循，标准化程度低。裙房总长约为155m，为满足建筑功能要求，未设置伸缩缝，属于超长结构。考虑到超长装配整体式框架结构在温度及收缩应力作用下的构件连接部位受力较大，在预制构件拆分中优先选用了标准化程度高、受力更为合理的塔楼构件。

　　 在设计中，1#，3#塔楼3～9层约2.5万m²建筑面积采用预制装配结构，能满足本项目装配式建筑面积不少于25%的政策要求。由于拆分方案并不符合按单体核算装配式面积比例的常规做法，所以此装配式方案通过上海市建交委组织的专家评审进行专项评审，并最终将此方法作为上海市复杂造型建筑装配面积计算的依据。

　　 项目依据《沪建交联[2013]1 243号》规定单体预制装配率为±0.000标高以上的预制混凝土构件的体积与预制混凝土构件和现浇混凝土的总体积之比，见下式:

　　 为满足单体预制装配率25%的要求，同时考虑项目进度、构件标准化、成本等各项因素，最终决定对±0.000标高以上的1, 2层采用现浇方式建造，避免不规则裙房内非标准化构件的生产加工及底部加强区部位的复杂构件连接问题;不采用预制外墙，减少门窗厂家招商和供货时间。3～6层采用预制叠合板，构件简单，标准化程度高，成本较低，且现场施工较方便，避免了主梁与次梁、次梁与次梁之间的连接复杂性。在与项目工程部门协调后，决定塔楼楼盖采用大板结构，减少预制次梁，降低现场施工吊装难度。预制构件的具体楼层分布范围见图12，各类预制构件占比见表3。

　　 考虑塔吊为目前装配式项目中成本增量的重点且市场上重型塔吊少，综合成本、工期等各方面因素，采用了型号为QTZ250的55m悬臂吊，布置在场地中间区域，回转半径50m范围可吊装5t的预制构件。在构件拆分阶段，所有预制构件均要求控制在5t以内，以方便预制构件的吊装与运输，节约塔吊成本。预制构件重量控制的重点是建筑四角的预制构件，项目在四角有部分梁超过塔吊载重，最终通过增加现浇层的厚度来调整构件重量满足塔吊载重的要求。

　　 根据施工、吊装组织设计方案，工程设置有两块预制构件堆场，由于场地狭小，堆场布置在了地下车库顶板上方，地下车库顶板均按20kN/m²无覆土施工工况进行设计。

　　 (1) 本工程裙房为超长结构，3～6层设置有叠合板，在温度收缩应力作用下，预制叠合板将受到较大的水平拉力作用。由于叠合板构造决定了其底部钢筋无法有效拉通，在设计中对叠合板顶部现浇段配筋做了适当加强，以确保水平温度应力的有效传递。

　　 (2) 对于传统现浇框架结构，当柱纵筋直径上大下小时，可将上层柱钢筋插入下层柱内，但装配整体式框架柱上下层柱纵筋采用了灌浆套筒连接，上层柱纵筋无法插入下层柱内，建造方式决定了连接形式与现浇结构有本质的区别。为满足预制框架柱上下连接节点不小于构件本身强度要求，设计中可采用图13的节点做法，在柱非箍筋加密区部位变换钢筋直径，也可考虑采用上层大直径钢筋整层倒插的做法。

　　 本工程深化设计全程采用BIM，将装配式结构深化设计由传统的二维图转为三维图，其优点在于:

　　 (1) 三维表达直观，帮助设计、构件加工、施工吊装更好地了解构件如何拆分及组装，使整个装配式工程以深化为核心，将设计各专业、工厂加工、吊装、精装通过BIM有机地衔接在一起。

　　 (2) 从图14, 15可以看出:三维表达可以更好地解决碰撞的问题，在设计阶段了解埋件、钢筋、点位等的互相碰撞，并予以调整解决，同时还可解决施工阶段与现浇部分钢筋的碰撞问题。

　　 (3) 三维可视化操作更加直观，在深化设计过程中不容易出现人为错误。

　　 (1) 本工程为多塔超限结构，根据构件的重要性程度设定不同的抗震性能目标，采取相对应的抗震措施。

　　 (2) 通过型钢混凝土梁托柱转换，解决了既有建筑物的保护，并满足“小震弹性，中震抗剪弹性、抗弯不屈服，大震满足剪压比要求”的性能目标。

　　 (3) 在对大跨转换结构的计算结果进行分析后，通过构造措施，解决了转换柱下独立承台基础水平剪力过大的问题。

　　 (4) 对于预制装配式结构，通过三维BIM可视化设计，在避免钢筋碰撞的前提下，调整梁柱结构平面布置，使之更符合装配式结构的规律。

　　 (5) 装配式结构设计应考虑构件拆分的合理性、施工现场构件吊装、构件堆放、施工周期、工厂加工、吊装成本等多种因素，需要设计与工程紧密结合。