浅析常德市天济广场酒店结构设计中的几个关键问题

2022-03-03杨斌

中国房地产业·中旬 2022年1期

【摘要】常德市天济广场酒店结构设计过程中，提出并解决了如下几个关键问题：应用筏板基础解决高层的沉降问题;结构的整体地下室不设缝，形成超长建筑，采取加强措施;针对裙楼的楼板缺失及大跨梁的情况，采取加强措施和采用后张有粘结预应力技术;1#楼调整结构层高，规避薄弱层。该结构总体指标满足规范限值要求，构件层次承载力满足安全性验算要求，结构满足设定性能目标要求。为酒店高层建筑结构设计提供工程参考。

【关键词】酒店;高层;筏板;超长建筑;预应力技术;薄弱层;安全

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.02.052

1、概况

常德市天济广场酒店位于常德市武陵区，柳叶路与皂果路交叉口西南角。定位是一座集商务住宿、餐饮、会议、休闲、娱乐为一体的五星级商务酒店以及一座高档的公寓式酒店。

获奖情况如下：2014-2015年度中国建设工程鲁班奖（国家优质工程），2016年湖南省优秀工程设计二等奖。

总用地面积19273.96平方米，总建筑面积80265.42平方米，其中地上建筑面积64656.07平方米，地下建筑面积15709.35平方米;地上22层，地下1层，建筑总高度89.9米，属一类高层。地上为公寓式酒店、酒店及商业，地下为停车库和设备用房。

本工程地面以上通过抗震缝可分为三个单体，公寓式酒店（即2#楼）、酒店（即1#楼）和裙房。三个单体共同坐落在一个整体地下室上，地下室为单层。2#楼共18层，建筑大屋面标高67.2米，首层层高6.0米，二、三、四层层高5.0米，其余各层层高均为3.3米。1#楼共22层，建筑大屋面标高88.0米，首层层高6.0米，二、三、四层层高5.0米，设备层层高2.5米（建筑层高为2.2米），其余各层层高均为3.6米。裙楼共4层，建筑大屋面标高为21.0米。首层层高6.0米，二、三、四层层高均为5.0米。三个单体均在首层嵌固。其中裙楼为现浇钢筋混凝土框架结构，2#楼与1#楼为现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构。±0.000标高为33.600。

本工程2#楼、1#楼区域基础形式分别为1.6米厚、2米厚筏板基础，其它区域基础形式为1米厚筏板基础+400厚下（上）柱墩。

地震作用：

抗震设防烈度：7度

设计基本地震加速度0.15g。

设计地震分组为第一组。

建筑场地类别为Ⅱ类。

场地特征周期为0.35。

下面就本工程在结构设计中的几个关键问题进行浅析：

2、关键问题①

在初步设计时，2#楼、1#楼区域基础形式为桩筏基础，其它区城基础形式为桩承台+薄板基础，在施工图设计时，我们经过分折地质报告：

2.1地层

本次勘察查明，在钻探所达深度范围内，场地地层属第四系全新统（Q4）及第四系上更系统（Q3），各层土的特征分述如下：

第四系全新统（Q4）：

⑴ 杂填土①（Q4ml）（ ①为层号、Q4ml为时代成因，下同。）：黄褐色、灰褐色;稍湿;松散状;由粉土质及建筑物垃圾组成，局部可见植物根茎。土质不均匀。为新进填土，未完成自重固结。

此层厚度：0.50～3.40米，层底标高27.86～31.09米。场地现已开挖部分缺失该层（酒店主楼及地下室范围）。

（2）淤泥质粉土②（Q4ml）：灰黑色;很湿;稍密状;由粉土质为主，见植物残茎，含有机质和淤泥质，有臭味。

此层厚度2.20～2.70米，层底标高27.47～28.20米左右。主要分布在zk42、zk43、ZK49钻孔附近，为塘、沟沉积物。

第四系上更新统（Q3）：

⑴ 粉土③（Q3al）：褐黄色;密实;湿;以粉粒为主，含铁锰结核，局部夹少量粉砂团块。切面较粗糙，干强度及韧性低，摇震反应中等。

此层厚度：0.50～4.80米。层底标高25.08～27.72米左右，场地内均有分布。

⑵ 圆砾④（Q3al）：褐黄、灰色;含水饱和;呈次圆形;局部夹卵石。砾石粒径以1～3厘米为主，部分4～6厘米，大者10厘米以上，级配好，磨圆度Ⅱ-Ⅲ级。砾石成分以石英砂岩、硅质岩、板岩、燧石、脉石英等为主。泥砂充填，含量37%左右。根据钻探反应及重型（Ⅱ）动力触探试验资料，圆砾④呈中密～密实状。

本次勘察，该层未钻穿，最大揭露厚度为29.30米，未见软弱夹层。该层埋深在0.50～6.50米，相当于标高25.08～27.72米左右。

2.2地下水情况

本工程静止水位标高约在27.0米左右，埋深0.8～5.5米左右，场地水位变化幅度4.50米左右。地下水主要为上部滞水和赋存于圆砾④层中的承压水。

工程建设场地适宜性：拟建场地未发现大的构造活动断裂带，场地和地基基本稳定，可进行本工程建设。

2.3浅基础地基方案

根据勘察期间所进行的原位测试及室内土工试验成果，结合地区经验，建议各层土的地基承载力特征值为：

杂填土①： 60Kpa

淤泥质粉土②： 50Kpa

粉土③： 160Kpa

圆礫④： 350Kpa

拟建建筑物均设置有地下室，底板南部、北部位于圆砾④，底板中部位于粉土③且距圆砾④约1.0米左右。圆砾④在不扰动情况下的地基承载力为350KPa，可满足上部荷载要求。

圆砾层埋深较浅，承载力较高，经过处理：可采用级配砂卵石换填处理，同时使填料添加水泥等胶结物呈半刚性地基，后可以做持力层，把桩基础改为整体筏板基础。既省造价又省工期，安全性社也有保障，甲方最后听从了我们的建议，省了大几百万的造价，工期大大提前，88米高的建筑最后测出来的最大沉降仅的17m.安全性满足规范要求。

裙楼基础筏板厚1米，埋深较浅，基础底面，正好落在圆砾层上的一层薄薄的粉土层上，我分折埋深深的1#楼基础筏板厚2米、2#楼基础筏板厚1.6米，落在圆砾层上，埋深浅的裙楼落在粉土层上，正好可以使重的沉降变少，轻的沉降变多，使其沉降差更少，得以平衡。

因为选择枯水期施工，地下水采取抽排方式，故基础施工面能保持干燥。

3、关键问题②

根据建筑功能需要，结构的整体地下室不设缝，形成超长建筑。地下室最大长度近200米，典型宽度近80米，大大超出不设温度收缩缝所允许的长度限值。本工程的有利因素在于，地下室本身被土体包围，温度较地面温度的波动要小的多;顶板之上室外区域有绿化覆土，隔温性能良好;室内区域作为商业用途，在使用过程中通常能保持全年温度在一个较小的区间变动。因此，地下室虽超长，但采取一些相关的措施，整体不设缝，仍是可行的。本工程拟在设计及施工中采用以下几项措施。

通用措施，包括：a）合理布置后浇带;b）改善混凝土性能，如高湿度养护、减小水灰比和水泥浆量、改善水泥和砂石骨料的质量、掺入纤维等，以减少混凝土收缩应变;c）延长后浇带闭合时间至180天，以使混凝土的收缩应变充分完成，当必要时混凝土中可以掺入膨胀剂以缩短后浇带闭合时间;d）设置膨胀后浇带，使混凝土产生少量的预压力;e）加强楼板、梁、柱等配筋;等。

除上述通用措施，针对地下室顶板，尚需满足：控制后浇带闭合时的终凝温度，采用低温入模，即选择环境温度在10～20℃间浇后浇带。

施工阶段要求施工单位在对整体地下室的施工，有针对性的制定施工工艺，并组织专家会议对施工工艺进行论证。

4、关键问题③

裙楼由于建筑功能的需要，多处楼层局部平面内楼板缺失大，形成薄弱连接，平面内刚度较差，楼面内抽柱较多，形成大的建筑空间效果，导致结构出现17～25米的大跨梁。针对裙楼的楼板缺失及大跨梁的情况，在结构设计时采取了以下几项计算和构造措施。

采用SATWE程序，总体分析时采用刚性楼板假定。构件设计时，定义全楼楼板为弹性膜得到构件内力。采用PMSAP程序对结构的楼板做小震应力分析。

对薄弱连接部位的楼板截面进行了加厚，同时根据小震应力分析的结果，考虑楼板的设防目标为中震下楼板不开裂（即中震下板内主拉应力标准值小于混凝土轴心抗拉强度标准值），大震下楼板虽开裂但板筋不屈服（即大震下板内主拉应力标准值小于钢筋强度标准值）。从而确保大震下薄弱连接部位的连续性。简化并保守的考虑中震、大震的楼板应力放大系数为3.0、6.0。根据PMSAP楼板小震应力分析结果，三层宴会厅上下方的长廊处应力最大，达到600kPa。按此设防标准作了试配筋，板厚按180mm考虑，楼板的单面配筋率可以控制在0.4%，比较适中。

通过调整柱、梁截面，使一个平面不太规则的结构具有比较纯粹的平动、扭转周期，抗扭刚度良好。扭转周期比第一平动周期小于0.85，在分别考虑了5%偶然偏心和双向水平地震作用的情况下，层间最大位移与层间平均位移比小于1.4。

薄弱连接区域周边梁和柱配筋予以加强。施工图设计时，洞口边的柱箍筋全高加密，最小配箍特征值提高0.02，柱纵向钢筋最小配筋百分率增加0.1，且柱纵筋配筋较计算值提高10%;梁最小配筋百分率提高0.1，且梁纵筋较计算值提高15%;提高梁腰筋的配筋率，每侧腰筋截面面积不小于梁腹板截面面积的0.20%，间距不小于200mm，且腰筋不小于D16@200，腰筋采用抗扭钢筋的锚固构造（即平表法中标记为N，而非G）。

由于宴会厅、游泳池等大开间建筑功能的需要，屋面层形成局部的大跨梁。考虑到大开间发生在顶层，从刚度比上来看，并不致形成薄弱层。虽局部梁截面甚至比柱大较多，从截面承载力上看，地震作用下，塑性铰有可能先发生在柱顶，但对顶层柱而言，塑性铰发生在梁端还是柱端并无太多区别。对宴会厅顶部的大梁，考虑到普通混凝土梁不能满足变形及裂缝要求，采用后张有粘结预应力技术。

5、关键问题④

1#楼四层层高5.0米，设备转换层层高2.2米，层高差异大，易形成薄弱层。

经与建筑协商，结构在此处降板300mm，地坪处采用木地板形式予以平整，使上下层高调整为2.5米/4.7米，部分缓和高差带来的刚度突变。

SATWE程序按“地震楼层剪力/楼层位移”的刚度算法，判定此处为薄弱层。根据新高规（JGJ3-2011）的3.5.2条，对框架-剪力墙结构，刚度比算法可采用“地震楼层剪力/层间位移角”的算法，当本层层高大于相邻上层层高的1.5倍时，该比值不宜小于1.1，对结构的底部嵌固层，不宜小于1.5。经提取数据，手工复核，四层与设备转换层的刚度比值可以满足大于1.1倍的要求，同时嵌固层也能满足1.5倍的刚度要求，因此，此处不构成结构的薄弱层。

考虑到实际层高变化较大，虽判定为非薄弱层，仍对四层剪力考虑1.15的放大系数。

6、其他问题

6.1结构缝的设置

（1）抗震缝的设置：本工程2#楼与1#楼为高层建筑，裙楼为多层建筑，荷载差异大。通過采用桩基础形式，并控制桩基础的绝对沉降量不超过限值，虽主裙楼有沉降差，仍在可接受的范围内。考虑到建筑功能的需要，选择地下室为一整体，不设沉降缝。首层以上在裙楼与2#楼，裙楼与1#楼之间各设置一道抗震缝。

（2）后浇带的设置：本工程在裙楼与2#楼、1#楼之间考虑各设置一道后浇带，裙楼内部另设一条后浇带。单体之间的后浇带要求主楼封顶后方可闭合，兼起调节沉降差异的作用。

6.2结构选型及结构布置

（1）竖向承重及抗侧力结构体系：根据建筑的总高度、抗震设防烈度、建筑物的使用功能，本工程裙楼采用现浇钢筋混凝土框架结构，2#楼及1#楼采用现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构。

（2）楼盖结构体系：根据建筑物的使用功能与施工条件，以及建筑物的总高度、层高、结构跨度等情况，本工程采用现浇主次梁板楼盖体系。

6.3抗浮措施

本工程抗浮设防水位为31.50米。单层地下室区域覆土深度1.0米，依靠覆土与底板筏板自身重量与水浮力平衡，不存在抗浮工况。

总结：

经计算，该结构总体指标满足规范限值要求，构件层次承载力满足安全性验算要求，结构满足设定性能目标要求。为酒店高层建筑结构设计及推广提供工程参考。