某酒店超限高层结构设计

杨 佐,蔡凤生

(浙江省建筑设计研究院,浙江 杭州 310006)

1 工程概况

该酒店项目位于杭州市临安区,效果图见图1,包括3层宴会厅裙房和12层酒店客房主楼,裙房高度13.9 m,首层层高4.8 m；主楼高度48.45 m,标准层层高3.6 m,总建筑面积21 998.39 m2。地下室两层,地下1层层高5.3 m,地下2层层高3.7 m。2层结构平面布置图见图2,北侧为3层的裙房,总平面呈L形。常规做法是采用防震缝将裙房和主楼分开,将L形平面分割成两个常规矩形,但是从使用功能上考虑,甲方希望不设置防震缝。另外,酒店主楼大堂两层通高,拔掉1～3层楼面的两个框架柱,3层以上同位置柱由3层楼面框架梁转换。裙房大宴会厅两层通高,造成第3层楼板局部不连续。根据《建筑抗震设计规范(GB 50011—2010)》[1],该工程属平面和竖向均不规则的超限结构。

本工程采用框架-剪力墙结构体系,基础采用筏板基础,以④-2层卵石(地基承载力特征值fak=320 kPa)为持力层,地下室底板厚度1 000 mm,柱下冲切不足时设置下柱墩。结构安全等级为二级, 设计使用年限50年,抗震设防烈度为6度,设计基本地震加速度值为0.05 g,建筑场地类别Ⅱ类。框架柱、剪力墙等竖向构件采用C30～C45混凝土,梁、板等水平构件采用C30～C35混凝土。梁柱主筋采用HRB500级钢筋,其余采用HRB400级钢筋。

图1 效果图

图2 2层结构平面布置图

2 结构设计与措施

本工程采用框架-剪力墙结构,由于可布置剪力墙位置有限,只在电梯井布置部分墙,在规定水平力作用下结构底层框架部分承受的X向地震倾覆力矩占总地震倾覆力矩的66.8%,大于50%但小于80%,根据《高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ 3—2010)》[2]第8.1.3条,框架抗震等级和轴压比按框架结构采用,框架抗震等级三级,剪力墙抗震等级三级,裙房框架抗震等级同主楼结构,为三级。

本工程地下1层与首层的楼层侧向刚度比X、Y向分别为6.8、5.3,故±0.000 m层楼板(即地下室顶板)满足作为上部嵌固部位的条件。

由于2层和3层楼板开大洞,造成这两层楼面连接薄弱,在地震等水平力作用下可能产生显著的平面内变形,因此结构内力分析时将2层和3层开大洞附近板定义为弹性膜,以便较准确地模拟楼板承受各种荷载时的受力变形情况,使得结构内力分析更加合理；在构造上,适当加强洞口周边楼板的厚度,采用双层双向配筋,每层每个方向的配筋率不小于0.25%。

针对裙房与主楼连为整体造成凹凸不规则情况,适当加大裙房部分的框架柱截面,加大裙房远端框架柱配筋,将带裙房结构各楼层的扭转位移比控制在1.4以内。

针对3层托柱框架,提高1层楼面至3层楼面转换柱抗震等级为二级,并进行中震承载力验算,对转换梁,在罕遇地震作用下满足受剪截面控制条件,3层的地震剪力乘以1.25增大系数,并控制2层和3层的侧向刚度比不小于0.7。

3 计算结果与分析

结构整体分析采用YJK(1.8.3版)及MIDAS GEN 2017(Ver. 865 R2)进行计算；抗震计算时考虑平动和扭转耦连作用及偶然偏心的影响；对开洞面积较大的部位,采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型。最终计算结果汇总见表1,由表1可见,楼层剪重比、前三阶振型周期及周期比、结构位移值及结构整体稳定性均在规范要求范围内。

表1 最终计算结果

3.1 弹性时程分析

对整体模型采用YJK进行结构的弹性时程分析。采用2条天然波和1条人工波进行小震双向弹性时程分析,并与规范反应谱分析进行比较,进一步验证所选地震波的合理性,从而保证弹性时程分析的结果可靠。

时程法与反应谱法的计算结果比较见表2。由表2可知,时程分析与反应谱法所得的底部剪力,每条时程曲线计算所得结构基底剪力不小于振型分解反应谱法计算结果的65%,多条时程曲线计算的结构基底剪力的平均值不小于振型分解反应谱法计算结果的80%。这说明时程波的选取是合适的,满足规范要求。规范规定,当取三组加速度时程曲线输入时,计算结果宜取时程法的包络值和振型分解反应谱法的较大值。因此,根据图3的层剪力调整系数,在模型中对地震力进行放大,取全楼放大系数,X向1.12,Y向1.18。

表2 时程法与反应谱法的比较

图3 层剪力调整系数

3.2 大震弹塑性时程分析

大震弹塑性时程分析采用由广州建研数力建筑科技有限公司开发的结构动力弹塑性计算软件PKPM-SAUSAGE。该软件模型删除地下室部分(YJK模型也相同处理),取地面为嵌固端,竖向荷载施加在梁和剪力墙上,质量取1倍的恒荷载加上0.5倍的活荷载,同时楼板采用弹性板分析。

YJK和PKPM-SAUSAGE计算结果见表3。两者计算的结构总质量、周期基本一致,初步判断模型的分析结果准确、可信。

表3 结构总质量及前三阶周期对比

选取两条天然波和一条人工波进行计算,不同地震波下结构的楼层层间位移角见图4、图5。

图4 X方向层间位移角曲线

图5 Y方向层间位移角曲线

三条地震波作用下,结构在X向和Y向的层间位移角见图4、图5。其中X方向最大的位移角为1/194,Y方向最大的位移角为1/158。由此可见,大震作用下,各楼层的层间位移角都小于规范规定的1/100的限值,满足要求。

COPD 的发病机制较为复杂，且个体之间发病易感性差异较大。吸烟已被证实为 COPD 发病最主要的危险因素，但流行病学研究发现仅有 10%～20% 的吸烟者发展为具有临床症状的COPD[9]，并且 COPD 和肺功能受损具有家族聚集倾向，另外不同国家、不同民族 COPD 的发病率也不同[10]。随着基因组学的深入研究及人类全基因组测序的完成，从基因水平分析疾病发病机制及遗传易感性、揭示遗传因素与疾病的相关性成为研究者关注的焦点。本研究旨在通过对 apoM 基因 SNP的研究，进一步探索 COPD 患者的遗传背景，为早期识别社区风险群体和发展新的个体化的治疗靶点提供依据。

在SAUSAGE中构件的损坏主要以混凝土的受压损伤因子、受拉损伤因子及钢材(钢筋)的塑性应变程度作为评定标准,其与“高规”中构件的损坏程度对应关系见图6。

图6 性能水平分级说明

各参数说明如下：

εp/εy为钢筋(钢材)塑性应变；

dc为混凝土受压损伤系数；

dt为混凝土受拉损伤系数。

梁柱构件性能等级取单元性能等级最大值,墙板构件性能等级取单元按面积加权平均后的性能等级。模型根据上述指标进行综合判定。

由于结构在三条地震波作用下的结构性能基本一致,因此下文选取人工波地震作用下的性能结果加以说明。人工波下剪力墙、框架结构、楼板损伤评定见图7～9：

图7 人工波作用下剪力墙性能水平

从图7可以看出,剪力墙底部加强区处于轻微、轻度损坏阶段,大部分连梁处于轻度损坏阶段,部分比较严重损坏,上部墙身部分轻微损坏,角部墙身部分轻微损坏,说明罕遇地震下连梁形成了铰机制,起到了很好的耗能作用,也说明配置边缘构件的必要性。符合“强墙肢弱连梁”的概念设计原则。

图8 人工波作用下框架结构性能水平

从图8可以看出,框架梁基本上处于轻度至中度损坏阶段,框架柱处于无损伤至轻度损伤阶段,部分裙房大跨跃层柱、主楼机房小塔楼柱处于中度损伤阶段,需要加强。考虑全高加密,增大配筋量,1层(-0.050 m)～3层(9.250 m)转换框架处于轻微损伤阶段,满足要求。总体来说,框架梁起到了耗能作用,符合“强柱弱梁”的概念设计原则。

图9 人工波作用下板性能水平

从图9可以看出,楼板大部分均处于无损坏阶段,裙房屋面与主楼交界转角处楼板处于轻微损伤阶段,考虑对裙房屋面与主楼交界处板加强,增大配筋量。

从上述分析结果可以得到如下结论：

1)在完成罕遇地震弹塑性分析后,结构仍保持直立,最大层间位移角满足小于1/100的规定要求。结构整体性能满足“大震不倒”的设防水准要求。

2)剪力墙连梁、框架梁大部分处于轻度至中度损坏阶段,起到了很好的耗能作用。

3)底部加强区少量剪力墙发生受压损伤现象,钢筋塑性应变小于0.025,处于轻度损坏阶段。说明大震作用下剪力墙整体性能良好。

4)大部分框架柱处于无损伤至轻度损伤阶段,部分裙房大跨跃层柱、主楼机房小塔楼柱处于中度损伤阶段,需要加强。框架柱整体性能良好。

5)裙房屋面与主楼交界转角处楼板处于轻微损伤阶段,考虑对裙房屋面与主楼交界处板加强,增大配筋量。

6)结构整体性能满足大震作用下的性能要求。

4 结 语

通过从承载力和抗震构造措施两方面入手,对结构的重要部位、薄弱部位和薄弱层进行了加强,从计算结果分析,可满足正常使用和耐久性要求,达到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的总体设防目标。