富春希尔顿酒店超限结构设计

2022-12-31韩舟轮,蔡凤生

浙江建筑 2022年6期

1 工程概况

富春希尔顿酒店为五星级酒店，位于富阳老城东侧，北面依山，南临富春江，西面接富春江大桥引桥，总建筑面积约7.42万m2。该建筑结构塔楼采用混凝土框架核心筒结构体系，主楼与裙房不设抗震缝，属于超限高层建筑。主楼地上26层（主体建筑高度95.79 m，构架最高点117.99 m），裙房4层，地下室1层。裙房部分每层层高5.4 m，主要功能为会议会展及相关配套用房；主楼第5层设置设备转换层，层高2.19 m；设备转换层以上每层层高为3.6 m，为酒店客房；地下室主要功能为酒店设备用房、辅助用房及地下车库等，建筑效果图见图1。

图1 效果图

本工程设计基准期50年，安全等级二级，抗震设防类别为标准设防类，设防烈度6度，地震分组第一组［1］，场地类别Ⅲ类，基本风压0.45 kN/m2，基本雪压0.45 kN/m2。±0.000 m相当于1985高程基准14.300 m。

2 地基与基础设计

根据地勘报告，本场地地貌属于山麓斜坡堆积地貌，细化属山前平原地貌单元，场地稳定。各土层由上往下依次是杂填土、黏质粉土夹粉质黏土、淤泥质粉质黏土夹粉土、细砂、淤泥质粉质黏土、粉质黏土、含碎石粉质黏土、圆砾、全风化泥质砂岩、强风化泥质砂岩或强风化石英砂岩、中风化泥质砂岩或中风化石英砂岩。由于主楼下⑧层圆砾厚薄不均匀，且局部较薄，因此主楼采用钻孔灌注桩基础，桩径为1.0、1.1 m，以中风化泥质砂岩或中风化石英砂岩为持力层，桩端全截面入岩1.0 m，有效桩长为37～48 m。桩径1.0、1.1 m的抗压承载力特征值分别为6 700 kN和7 700 kN。本工程场地靠近富春江，且下部圆砾层的排水条件较好，结合地勘报告，抗浮水位取为-1.8 m；由于场地挖土较少，且底板标高处于淤泥质粉质黏土夹粉土，因此裙房及纯地下室部分桩需考虑抗压、抗浮双重作用。裙房及纯地下室部分采用钻孔灌注桩基础，桩径为0.8、1.0 m，以圆砾为持力层，桩端全截面进入持力层不小于4.0 m，有效桩长为27～33 m。桩径0.8、1.0 m的抗压承载力特征值分别为2 400 kN和3 200 kN，抗拔承载力特征值分别为1 000 kN和1 300 kN。

底板顶标高为-6.3～-9.2 m，采用筏板+下柱墩形式。主楼下底板厚度为1.0 m，局部核心筒及外围框架柱下加厚，其中核心筒下底板厚1.9 m，外围框架柱下局部厚度2.0～2.3 m。裙房及纯地下室底板厚度400～500 mm，下柱墩厚度0.7～1.5 m。

3 上部结构体系与结构超限情况

3.1 上部结构体系

本工程主楼结构高95.79 m，采用现浇混凝土框架核心筒结构体系。主楼标准层尺寸为29.1 m×35.6 m，主楼结构高宽比3.3，核心筒尺寸为9.2 m×25 m，核心筒高宽比10.4。裙房尺寸为35 m×103 m，裙房与主楼不设抗震缝，塔楼偏置于裙房一角，因抗扭需要，裙房局部设置剪力墙。根据建筑布置，裙房局部开大洞，局部采用大跨度框架结构。上部结构楼盖主要采用现浇混凝土梁板结构，地下室楼盖采用现浇混凝土梁板结构。主楼核心筒墙厚200～400 mm，主楼底层外围框架柱截面1 000 mm×1 100 mm。竖向构件混凝土强度等级C30～C55，梁板混凝土强度等级C30～C35。标准层结构平面布置见图2，整体结构模型见图3，核心筒模型见图4。

图2 标准层结构平面布置

图3 整体结构模型

图4 核心筒模型

3.2 结构超限情况

结构超限情况如下［2］：

1）楼层扭转位移比大于1.2；

2）裙房第2层和第4层楼板缺失较多，开洞率约40%，局部有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%；

3）由于层高突变，第5层结构刚度小于第6层的70%及上部连续三层的80%；

4）裙房局部有穿层柱；

5）塔楼偏心布置于裙房一角，塔楼与大底盘的质心偏心距大于底盘相应边长20%。

4 主要抗震措施

针对本工程存在的超限类型及超限程度，设计选用抗震性能目标C［3］，从计算和抗震构造等方面采取以下抗震措施：

4.1 针对塔楼偏置及扭转不规则

在计算上：1）采用两个符合结构实际受力情况的力学模型进行分析；2）补充弹性时程分析，并进行罕遇地震下动力弹塑性分析，找出结构薄弱部位。

在抗震构造上：1）通过调整竖向构件布置，在裙房范围内局部布置剪力墙，将裙房高度范围内的位移比控制在1.5以内；2）将裙房高度范围内的竖向构件定义为关键构件，关键构件采取提高一级的抗震措施，并对其进行抗震性能化验算；3）加强裙房外围框架柱配筋，以提高其在扭转变形时的延性；4）加强主楼与裙房连接处的楼板厚度及配筋，确保主楼与裙房的水平力传递。

4.2 针对设备层层高变化引起刚度突变不规则

在计算上，按实际层高及符合实际受力情况的力学模型进行分析，采用反应谱法与弹性时程分析法进行对比，对设备层短柱及核心筒墙体及下部刚度突变的楼层进行大震验算，确保其满足抗剪承载力要求。

在抗震措施上：1）通过增加下部楼层的剪力墙、加厚墙体及加大框架柱截面等措施来加强刚度突变处以下楼层刚度及其抗剪承载力；2）放大底层及第5层的地震剪力，并提高相应墙、柱配筋率，防止出现结构薄弱层；3）控制底层及裙房剪力墙的剪压比，罕遇地震作用下墙肢截面的平均剪应力不超过混凝土抗拉强度标准值；4）将设备层的核心筒、柱定为关键构件，该层核心筒抗震等级为一级，框架柱为二级，该层框架柱及核心筒的正截面承载力按中震不屈服进行复核；在罕遇地震作用下墙平均剪应力不超过混凝土抗拉强度标准值，短柱受剪截面满足《高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ 3—2010）》式（3.11.3-4）的要求。

4.3 针对楼板局部不连续及局部穿层柱

在计算上，将相应楼板定义为弹性膜，以考虑楼板变形对结构受力的影响。在抗震构造上，加强相关区域的楼板配筋，防止楼板在大震出现较大破坏。对于因楼板开洞形成的穿层柱，采用实际柱高进行配筋设计，并采取箍筋全高加密，提高其在扭转变形时的延性［4］。

5 结构计算与分析

5.1 风荷载及多遇地震弹性反应谱分析

风荷载及多遇地震作用下结构整体分析采用的计算软件为YJK及MIDAS GEN。结构前6阶振型周期见表1，周期比小于0.85，满足规范要求。

表1 结构总质量及前六阶周期对比

结构最大层间位移角与扭转位移比见表2，计算结果表明，按弹性方法计算的各楼层的层间位移角满足规范限值要求（1/800）。考虑偶然偏心作用下各楼层的扭转位移比均小于1.50，满足规范要求。两个方向刚重比分别为31.85和33.65，均大于2.7，结构整体稳定性验算满足要求。

表2 YJK与MIDAS GEN层间位移角与扭转位移比

各楼层框架柱和剪力墙所承担剪力百分比见图5。结果表明，本工程框架部分X、Y方向的最大楼层地震剪力大于基底剪力的20%，满足规范要求。其中底层柱承担剪力为30.8%（X向）和31.5%（Y向），第6层柱承担剪力为27.5%（X向）和31.8%（Y向）。

图5 地震作用下框架和核心筒承担剪力比

各楼层框架柱和剪力墙所承担倾覆力矩百分比见图6。结果表明，框架承担的倾覆弯矩在10%～50%之间，满足规范要求。

图6 地震作用下框架和核心筒承担倾覆力矩比

5.2 多遇地震弹性时程分析

按照《高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ 3—2010）》4.3.5条要求，采用特征周期为0.45 s的五组实际地震记录的加速度时程曲线和两组人工模拟的加速度时程曲线对结构进行小震弹性时程分析。主方向峰值加速度18 cm/s2，次方向峰值加速度15.3 cm/s2。选用的地震波满足规范对地震动三要素和结构底部剪力的要求。表3为多遇地震弹性时程分析与CQC法的基底剪力对比。弹性小震时程分析层间位移角X向、Y向最大值分别为1/1 999和1/1 637。