厦门闽南古镇快捷酒店结构设计

2015-12-11林启亮

福建建筑 2015年7期

林启亮

(厦门中福元建筑设计研究院福建厦门 361009)

引言

厦门闽南古镇(F部)快捷酒店位于厦门市厦门市湖里区寨上高殿一号路边上，位于厦门航空线下方，有航空限高要求。建筑总面积约为5.4万m2，建筑总高度34.9m，功能为快捷式酒店。地下两层，地上九层，地下两层均为车库及设备用房，地面一层为商店及酒店配套用房，地面二层以上为酒店房间。建筑平面总尺寸约为62.0mx84.7m，为满足采光及通风要求，建筑平面二层及二层以上内开两个大洞，尺寸均为37.2m×24.0m。建筑平面呈“日”字形。如(图1)所示:

1 结构方案选型分析

建筑所在地区的抗震设防烈度7度0.15g，场地类别为Ⅱ类。房屋高度本身不高，初步结构方案选型可以采用框架结构体系。但是建筑平面布置为12.4m×12.1m的大跨度柱间距，混凝土强度等级取C40，框架柱截面面积初步估算仍需要1.5×1.5m。为了获取更多的使用空间，即使采用预应力宽扁梁，梁高按按跨度的1/21估算仍需要600高左右。由于航空限高，建筑的层高仅3.3m，若布置突出板底的框架梁或次梁，将影响设备走管高度，也压低了走廊的吊顶高度。采用框架结构的明梁明柱占用了太多的使用空间，严重影响了建筑功能布置。因此，排除了框架结构体系的方案，采用板柱－剪力墙结构体系:利用在主框架轴线上的酒店房间隔墙布置一定长度的钢筋混凝土剪力墙，厚度同房间隔墙，形成板柱－剪力墙结构体系。房屋高度也满足高规表3.3.1－1中对板柱－剪力墙结构体系规定的7度区70m限高要求。采用无梁板方便了酒店房间隔墙灵活布置，也提高了建筑净空。由于板跨达12.4mx12.1m，楼板形式可采用现浇无梁空心楼盖或现浇预应力楼盖方案。无梁空心楼盖厚度可按跨度的1/35取值，取板厚h=350。

图1 酒店建筑平面

表1 现浇空心楼盖主要优缺点分析

图2a 空心楼盖示意图

图2b 暗梁构造大样图

不计板自重，根据建筑房间布置，将房间隔墙折算分摊至楼面，加上建筑面层荷载共计q1=7kN/m2，而空心板自重q2=4.8kN/m2。在总荷载不大、板自重在总荷载中占较大比重的情况下，应尽量减少板的自重，故采用现浇无梁空心楼盖(图2a)的方案明显具有优势。根据高规对板柱－剪力墙结构体系的设计要求，在房屋四周、洞口周边及楼、电梯间等处设置框架边梁。对于无梁空心楼盖，在柱上板带设置了现浇实心暗梁，暗梁高度350，宽度取柱(墙)宽及两侧各1.5倍板厚之和(图2b)。

为了满足建筑功能布置要求，地下室的柱网布置必须考虑满足车库及车道的使用，地面一层作为大商业使用，具有较大开间，而上部酒店房间多，开间较小，上部剪力墙竖向构件无法全部直接贯通落地(图3a)。经多种方案分析比较后，决定采用部分框支板柱－剪力墙结构体系。根据计算结果，本工程不存在刚度突变或承载力突变，仅存在楼板局部不连续(开洞面积大于30%)和竖向构件不连续两项不规则类型。因此，本工程不属于超限高层，在预估的罕遇地震作用下，层间位移角满足《高规》第3.7.5条的规定。

采用Satwe和广厦CAD软件整体分析分别得出以下主要计算结果:

表2 结构动力特性对照表

由(表2)可以看出结构的整体性能在前三个周期下表现较好，抗扭周期出现在第三周期。周期比T3/T1=0.89＜0.9满足规范的限值。由(表2)及查看结构前3阶空间振型可知:结构第一周期对应的振型以Y向水平平动为主;第二周期对应的振型以X向水平平动为主;第三周期对应的振型则表现为四个角部的平面内扭动。

2 部分框支剪力墙设计

在平面二层以上主要轴线处均设置混凝土内横墙(图3b)后，由于二层楼面以下建筑使用功能限制，部分内横墙无法落地，因此将转换层设置在二层楼面。转换层以上框架柱地震剪力百分比X向、Y向分别为1.31%和0.19% ，说明地震剪力基本由剪力墙承担。转换层以上的剪力墙设计时，按高规8.1.10要求承担各层100%地震剪力，板柱部分承担不小于20%的地震剪力。转换层设置在建筑二层不属于高位转换范围，在建筑楼梯间及电梯井均布置落地剪力墙，基本满足高规10.2.16对落地剪力墙布置与框支柱的间距不宜大于12m的要求。转换层以下采用正常的梁板结构，因转换层楼板受较大内力和变形，转换层楼板采用180mm厚现浇混凝土楼板，双层双向配筋，并适当提高板最小配筋率。在弹性膜的假设下，对转换层楼板进行了应力分析。

为减少了转换层上下的刚度突变，在满足位移角的前提下，设计时对转换层以上内横墙布置数量、长度和间距做了一定弱化。本工程转换层与上一层的侧向刚度比如下:

X方向下部刚度=0.9630E+08 X方向上部刚度=0.1035E+09 X方向刚度比=0.9303;Y方向下部刚度=0.9482E+08 Y方向上部刚度=0.9360E+08 Y方向刚度比=1.0130。本工程X、Y方向上，转换层上下结构刚度比γe1均接近1，满足《高规》附录E.0.1条要求。

在转换梁和转换柱的构件型式选择上，如果采用普通混凝土梁当转换梁，那么框支柱也可以选择普通混凝土柱，施工上较为方便。如果采用型钢转换梁支托未落地的内横墙，那么与型钢转换梁相连的转换柱也最好采用型钢转换柱以方便型钢的连接，钢筋的定位和绑扎、混凝土浇捣、节点区构造处理都比较复杂。但是，厦门地区地震设防烈度和基本风压较高，水平荷载较大，在转换梁混凝土强度等级设计为C40时，采用普通混凝土梁经验算仍需800x1800的截面大小才能满足抗剪承载力要求;而采用型钢混凝土梁则只需要800x1300的截面大小。虽然在施工过程中可能会碰到些困难，但目前的施工工艺也都比较成熟，可以克服。首先，建筑首层作为商场，净高要求较大，如此可以大大提高建筑使用空间的高度，满足了设备专业走管要求;其次，转换梁高度直接决定了本层的刚度，不会导致转换层上下刚度突变太大。再者，型钢混凝土转换梁和型钢混凝土柱安全储备较大，确保了整体结构有更大的延性和抗倒塌能力。因此，在两种方案进行多次比较后，决定选择采用型钢混凝土梁和型钢混凝土柱。转换处型钢混凝土构件采用SATWE的框支剪力墙有限元FEQ补充分析(图4)。二层③～⑥轴xⒹ～Ⓔ轴落地剪力墙间距较大，平面连接较为薄弱，将这八根型钢混凝土框支柱按遭受7度中震抗剪及抗弯弹性性能目标进行复核，柱截面1200x1200，轴压比0.53。框支框架承担的地震倾覆力矩百分比X向和Y向分别为8.51%和7.11%，满足规范要求的小于50%总地震倾覆力矩要求。

图3a 转换层以下墙柱布置

图3b 转换层以上结构布置平面图

图4 部分框支剪力墙高精度有限元计算

图5 边框梁大样图

3 现浇空心楼盖设计

由于建筑平面开了两个大洞(X、Y向开洞率均大于30%)，属于楼板开大洞的复杂高层结构，从规范的角度看不满足整体刚性板假定，为使水平力能够均匀有效地传给抗侧力构件，在周边(包括开大洞的洞口)，结构计算时边框梁按200×1200输入。利用建筑立面窗台高度900，墙厚200，考虑边框梁作为空心楼盖的边支承，为提高其抗扭刚度，将梁宽加宽，故楼板以上部分实际按200宽，楼板以下部分实际按350宽做(图5)。经过这样的技术处理，使得空心楼盖满足周边嵌固的要求，并将竖向荷载直接传递到与边框梁相连的框架柱上，传力途径简单、明确。

考虑到结构平面和竖向的复杂性，本工程采用PKPM系列结构设计软件的SATWE和广厦CAD分别进行整体计算，空心楼盖及墙柱配筋进行包络取值设计。一般转换结构在上述两种软件的计算都已经比较成熟。对于PKPM软件，未能直接输入空心楼盖内模，只能通过板厚折减处理，在PMCAD建模后导入SLABCAD设置有关数据后进行计算分析得到空心楼盖配筋。在整体计算时，空心楼盖主要提供的是水平刚度作用。采用PKPM软件进行整体计算时，为了更真实地反应楼板平面内和平面外的刚度，采用拟梁法进行PMCAD建模，板厚输入为0。空心楼盖进行荷载及厚度折算后采用拟梁法输入，即把空心楼板按混凝土截面的惯性矩等效为矩形梁(1300×350)，按等刚度等高度的原则换算输入模型。内横墙间实心暗梁按实际截面(1200×350)输入。模型建立后，采用总刚算法，使用SATWE对空心楼盖进行整体分析计算。而对于广厦CAD软件，程序可以直接把空心管内模输入，建模后进入通用计算，采用板单元或壳单元对空心板进行空间应力分析，得出空心楼盖各层真实的板配筋、板裂缝挠度、楼盖竖向自振频率和其他构件配筋。最后，验算现浇空心楼盖的抗剪承载力，并按《混凝土结构设计规范》附录F的规定补充不平衡弯矩作用下的节点冲切验算(图6)。通过增加附加支座筋保证结构安全可靠，控制实心暗梁的通长筋布置以及最小配筋率等措施减小节点抗震不利影响。对于楼板开洞等不利因素的影响，设计时对每个开大洞的现浇空心楼板角部均附加设置9根12放射筋增强洞口四周抗扭能力。为了控制施工过程中空心管的上浮采取了(图7)中的抗浮措施。

图6 节点冲切验算示意图

图7 内模绑扎固定抗浮详图

4 结语

综上所述，本工程上部通过采用板柱－剪力墙结构体系解决了酒店层高较低、跨度较大的问题。整体结构通过部分框支剪力墙结构体系和板柱－剪力墙体系的结合，形成了部分框支板柱－剪力墙结构体系，结构布置比较复杂，需要从整体概念上把握。对于此类复杂结构体系，经过以上技术处理，按“强剪弱弯”和“强柱弱梁”等原则适当增强转换层以下结构的刚度和延性，合理布置转换层以上剪力墙的数量和长度保证整体侧向刚度。

厦门地区抗震设防烈度为7度0.15g，使用现浇空心楼盖在降低层高、增加了层数、满足建筑空间和设备走管要求的同时，减少了混凝土楼板自重，也就相应地减小了地震的作用。在施工阶段(图8)，由于其没有大量的主次梁，能够大大缩短工期并减少模板损耗，节省了大量的施工成本。空心板的内模提高了酒店的隔音效果，降低了噪音。在装修阶段，可以减少吊顶和内外墙的装修费用。因此，本工程采用空心楼盖综合经济效益还是比较明显的。