象山君澜度假酒店超限结构设计

方苏军

0 引言

地震作为一种无法避免的自然灾害，一直对人类的生存和发展有着严重的威胁。由于建筑立面及平面造型需要，结构存在扭转不规则、凹凸不规则、尺寸突变、楼板不连续等不规则项，属于特别不规则多层建筑。本次设计强调结构体系的一系列抗震概念设计原则：（1）要求应具有明确的计算简图和合理地震作用传递途径；（2）应避免部分结构的破坏而导致整个结构的倒塌；（3）应有必要的承载力、良好的变形能力和耗能能力；（4）应避免刚度和承载力分布不均，导致应力与塑性变形过分集中，而产生薄弱部位；第五是多道设防，防止局部构件破坏而倒塌；第六是两个主轴方向动力特性宜相近，以减少扭转振动影响等。并且通过两种软件分析计算，各项指标都满足规范要求，使结构设计能达到预定的抗震性能目标。

1 工程概况

浙江广电象山君澜度假酒店新建项目位于宁波市象山县新桥镇影视大道11 号中国海影城。总建筑面积21 331.89m，地上6 层，地下1 层，建筑高度23.75m，客房部1 层高5.4m,其他楼层层高3.65m；宴会厅1 层层高5.4m，2 层层高6.5m；酒店大堂1 层层高5.4m，2 层层高4.6m。项目集书吧、会议室、童玩区、健身房、宴会厅、辅助用房、大堂、图书吧、办公等功能一体。

该工程的结构设计基准期为50 年，安全等级为二级，建筑桩基设计等级为乙级，人防工程抗力级别为核6、常6，场地地震基本烈度为6 度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组，本场地类别为Ⅳ类，多遇地震水平地震影响系数最大值为0.04，罕遇地震影响系数最大值为0.28，场地特征周期为0.45s。建筑物抗震设防类别为丙类。取50 年一遇的基本风压为1.2KN/m，10 年一遇的基本风压为0.95KN/m，地面粗糙度类别为B 类。

2 结构体系和布置

本酒店集客房部、宴会厅、酒店大厅通过设置两道伸缩缝结构连为一体，上部结构均嵌固于地下室地板处，采用混凝土框架结构体系，基础采用桩基+防水板基础，桩型采用高强预应力管桩，混凝土强度等级采用C30。由于本项目平面尺寸较大，地下室最大有效长度210.42m,最大宽度38.9m；地面以上最大有效长度385.59m,最大有效宽度38.48m。为改善结构抗震性能，同时控制结构单元尺寸，减小混凝土的收缩及温度应力的影响，在地面以上设置两道防震缝兼伸缩缝将结构分为客房部、宴会厅、酒店大厅三个结构单元，尽量减少对建筑立面效果的影响。

2.1 结构超限判定

根据《建筑抗震设计规范（2016 版）》（GB 50011-2010）第3.4.3 条及条文说明，针对客房部、宴会厅、酒店大厅结构单元进行不规则判定。

2.1.1 客房部结构特点

（1）扭转不规则，X 向考虑偶然偏心的位移比最大值1.27大于限值1.2，Y 向考虑偶然偏心的位移比最大值1.12 小于限值1.2。（2）凹凸不规则，屋顶层最大凹进尺寸与相应边长的比值为35%大于限值30%。（3）楼板不连续，第9、10 层开洞后有效宽度比位37.5%大于限值30%。（4）尺寸突变，竖向构件位置最大缩进尺寸比为40%大于限值25%。

2.1.2 酒店大厅结构特点

（1）扭转不规则，X 向考虑偶然偏心的位移比最大值1.40大于限值1.2，Y 向考虑偶然偏心的位移比最大值1.25 大于限值1.2。（2）凹凸不规则，屋面层最大凸出尺寸与相应边长的比值为32.3%大于限值30%。（3）楼板不连续，第2 层开洞后有效宽度比位68.4%大于限值30%；设置穿层柱，已考虑其引起的楼板不连续时，穿层柱的不规则可不计入项。

2.1.3 宴会厅结构特点

（1）扭转不规则，X 向考虑偶然偏心的位移比最大值1.07小于限值1.2，Y 向考虑偶然偏心的位移比最大值1.36 大于限值1.2。（2）楼板不连续，第2 层开洞后有效宽度比位72.1%大于限值30%；设置穿层柱，已考虑其引起的楼板不连续时，穿层柱的不规则可不计入项。

综上所述，合并同类超限项后，根据《建筑抗震设计规范（2016 版）》（GB 50011-2010）第3.4.3 条及条文说明，属于特别不规则，对超限进行补充分析计算及关键构件进行性能化设计等加强措施。

2.2 抗震性能目标

根据本项目的场地条件、结构特点和社会影响，拟定本项目的抗震性能目标如下：抗震性能整体目标拟选为 D，如表1所示。

表1 抗震性能目标（D 类）

3 整体抗震结构设计分析

3.1 多遇地震弹性分析

象山君澜度假酒店在进行整体指标计算时采用了北京盈建科软件有限责任公司编制的建筑结构分析软件YJK-A（S4.0版），同时采用PKPM SATWE 软件进行整体对比分析计算。

表2 YJK、PKPM SATWE 软件整体指标计算结果对照分析表

3.2 多遇地震弹性时程分析

分析软件采用YJK 软件，地震波选取根据场地类别和特征周期提供的地震波数据，选取了下述三组地震波，其中天然波：①Imperial Valley-07_NO_198,Tg（0.43），②Superstition Hills-01_NO_718,Tg（0.43）；人工波：①ArtWave-RH1TG045,Tg（0.45）。时程分析时地震波持续时间不小于建筑结构基本自振周期的 5 倍和 15s，弹性时程分析所用地震加速度时程最大值为 35cm/s，按照规范要求可以采用。

取三组时程曲线进行计算时，结构地震作用效应宜取时程法计算结果的包络值与振型分解反应谱法计算结果的较大值；结构选用了3 条地震波，取所有地震波楼层剪力的包络值与CQC 结果进行对比得到：X 向地震力放大系数1.061、Y 向地震力放大系数1.101。

3.3 罕遇地震下弹塑性静力分析（Pushover）

3.3.1 分析计算

为保证“大震不倒”的抗震性能要求，为避免大震作用下结构薄弱部位较早破坏导致严重后果，进行了 Pushover 弹塑性静力分析计算，分析采用北京盈建科软件有限责任公司编制的建筑结构分析软件 YJK-A（4.0 版）。罕遇地震影响系数按照规范取 0.28，特征周期取0.50s。结构弹性状态阻尼比 0.05。本项目地上首层嵌固，对整体结构进行弹塑性静力分析。荷载采用“弹性 CQC”和“倒三角”两种形式分别计算。

3.3.2 罕遇地震下抗倒塌验算

（1）当采用“弹性 CQC”荷载形式时，当 X 向推覆力达到 5382.6kN 时，结构达到推覆性能点，此时楼层最大层间位移角为 1/335；当 Y 向推覆力达到5891.5kN 时，结构达到推覆性能点，此时楼层最大层间位移角为 1/367，均满足规范对框架结构弹塑性层间位移角的 1/50 要求，能够满足大震不倒的抗震目标，如图1 及图2 所示。

图1 X 向抗倒塌验算

图2 Y 向抗倒塌验算

工况X+向推覆性能点信息如下：Inc=23、Sd=0.0482 m、Sa=1.0255 m/s、T=1.3616s、Δ=67.64 mm、V=26939.44 KN、ζ=0.0820。工况Y+向推覆性能点信息如下：Inc=24、Sd=0.0412m、Sa=1.0719 m/s、T=1.2315s、Δ=65.41mm、V=28110.72 KN、ζ=0.0918。

（2）当采用“弹性 倒三角”荷载形式时，当 X 向推覆力达到 6 921.4kN 时，结构达到推覆性能点，此时楼层最大层间位移角为 1/345；当 Y 向推覆力达到7 168.6kN 时，结构达到推覆性能点，此时楼层最大层间位移角为 1/386，均满足规范对框架结构弹塑性层间位移角的 1/50 要求，能够满足大震不倒的抗震目标，如图3、图4 所示。

图3 X 向抗倒塌验算

图4 Y 向抗倒塌验算

工况X+向推覆性能点信息如下：Inc=28、Sd=0.0407 m、Sa=1.1418 m/s、T=1.1868s、Δ=63.61mm、V=32775.77KN、ζ=0.0824。工况Y+向推覆性能点信息如下：Inc=29、Sd=0.0380m、Sa=1.1877m/s、T=1.1235s、Δ=61.38mm、V=33946.33 KN、ζ=0.0922。

（3）X、Y 向静力推覆时塑性铰分布情况。当采用“弹性 CQC”荷载形式，X 向静力推覆时加载到第 23 步时，达到大震性能点，此时结构基底剪力达26939.4kN，Y 向静力推覆时加载到第24 步时，达到大震性能点，此时结构基底剪力达28 110.7 kN。当采用“倒三角”荷载形式，X 向静力推覆时加载到第 28 步时，达到大震性能点，此时结构基底剪力达32 775.8kN，Y 向静力推覆时加载到第29 步时，达到大震性能点，此时结构基底剪力达33 946.3kN。由X、Y 向静力推覆时塑性铰分布情况可知，大震下大部分沿加载方向连梁及与剪力墙顺接的框架梁端部出现塑性铰，起到耗能的作用，部分楼层剪力墙刚度退化到限定值，进入屈服阶段，少部分框架梁、大跨度梁、大悬臂梁、穿层柱子达到屈服状态，出现塑性铰，个别框架梁出现了破坏状态，但是结构整体仍具有一定的抗侧刚度，不至于危及结构整体安全，满足“大震不倒”要求。

此外，通过塑性铰出铰顺序可知，连梁先于框架梁、框架柱进入屈服状态，表明剪力墙作为第一道防线吸收大量地震力并通过连梁屈服有效地消耗了地震能量，其后框架作为第二道防线共同参与抗震耗能，最终塑性铰都分布在连梁及框架梁上，实现了“强柱弱梁”的设计目标，保证结构的安全。其中轻微损伤、中等损伤、重度损伤、破坏退出工作性能的衡量标准为梁、柱构件的塑性转角，本工程中四种性能水准的相对限值分别为0.40、0.60、0.80、0.99。

4 结语

本工程属于超限多层建筑，鉴于本工程的设防烈度、场地条件、房屋高度、不规则的部位和程度以及经济性等方面的综合考虑，本工程结构抗震设计设定了与建筑物本身相匹配的较为合理的性能目标。

小震下的振型分解反应谱法的计算分析，结果表明在小震下结构的周期、振型、位移指标、刚度、内力等均满足规范要求，两种不同程序的计算结果基本一致，其变化规律、形态均完全相同。

针对关键构件进行了性能化设计，结果显示结构在小震作用下完好、无损坏；在中震作用下出现中度损坏，但经修复或加固后可继续使用；在大震作用下出现比较严重损坏，需排险大修，但不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。结构能达到所选用的D 级抗震性能设计目标。

多遇地震下的弹性时程补充分析结构表明，结构具备良好的抗震性能。罕遇地震下的静力弹塑性补充分析结果表明，结构能够满足“大震不倒”的抗震目标。

为达到上述抗震性能，施工图设计时，重点加强结构构造设计，特别是钢筋混凝土框架、钢结构等节点构造设计。针对超长较多结构地下室未断缝，地上结构虽经结构断缝，但仍属超长结构，为了减少温度和混凝土收缩对结构的影响，采取以下措施：（1）适当增加超长方向纵向钢筋。（2）设置后浇带。（3）做好外墙、顶板的保温隔热措施，降低温差产生的温度应力。

综上所述，本结构具有较好的抗震性能，设计能达到预定的抗震性能目标。