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1、某酒店超限高层建筑结构设计探究摘要：文章主要针对广州某高层酒店建筑项目的超限抗震设计要点进行了分析，主要包括结构体系布置、整体结构的弹性计算分析、侧向刚度的计算等等。分析了本工程结构特点，以及超限问题所产生的结构调整和采取的结构超限抗震加强措施。关键词：超限高层 ；梁式转换 ； 上部结构 ； 基础设计1.工程概况某高层酒店建筑项目，位于广州市海珠区新港东路北侧琶洲村，地上总建筑面积38800m2，地下建筑面积约47460m2，地下3层，地下室底板面标高-14.000m，室外地面标高为-0.250m；酒店地上15层、房屋高度62.250m，采用框架-剪力墙结构。2.地基与基础设计2.1 岩土层结
2、构本工程场地岩土层按地质成因自上而下分为人工填土层Q4ml、海陆交互相沉积淤泥质土层Q4mc、淤泥质砂层Q4mc、冲积洪积砂层Q3al+Pl、冲积洪积土层Q3al+Pl、河湖相沉积淤泥及淤泥质土层Q3al、残积层Qel及基岩。岩石坚硬程度为：强风化岩为极软岩，中风化岩为软岩，微风化岩为较硬岩；岩体完整程度为：强风化岩极破碎，中风化岩破碎，微风化岩较完整；岩体基本质量等级为：强风化及中风化岩级，微风化岩级。微风化粉砂岩天然湿度单轴抗压强度frk=13.1Mpa，微风化粗砂岩天然湿度单轴抗压强度frk=16.3Mpa。2.2 基坑及基础设计酒店主楼拟采用人工挖孔桩基础，以微风化粉砂岩层为桩端持力层
3、，微风化粉砂岩天然湿度单轴抗压强度的frk=13.1MPa，桩身混凝土强度等级C35，桩径范围为20002700mm。无上部建筑地下室拟采用天然地基上的扩展基础。基础埋深不小于房屋高度的1/18即158.15/188.78m，满足高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2010)第12.1.8条的要求。3 .上部结构选型与布置酒店地上15层，裙房4层，室外地面标高为-0.25m，14层层高分别为5.0m、5.0m、6.5m、6.5m，标准层层高为3.5m，房屋高度为62.25m，出屋面3层、高度14.00m,标准层平面呈倒Z型。配合建筑功能和造型需要，酒店拟采用框架-剪力墙结构体系，高宽比为2.
4、24小于6，符合高层建筑混凝土结构设计技术规程第3.3.2条的要求。利用电梯井、楼梯间设置4组落地剪力墙以承受主要水平剪力和倾覆力矩，是最主要的抗侧力防线，其中两组剪力墙形成两个筒体大致居中布置。采用梁板式楼盖，电梯及楼梯造成的楼板大开洞削弱处，在洞口边缘设置边梁、楼板适当加厚并加强配筋，保证水平作用的可靠传递，从而确保剪力墙与框架共同形成双重抗侧力结构体系。裙房四层大跨度空间屋盖采用预应力混凝土结构；四层较大错层处，框架柱截面高度均不小于600mm，平面外受力的剪力墙厚度均不小于250mm，并设置与之垂直的墙肢。4.上部结构的超限认定(1)扭转不规则：经计算，在考虑偶然偏心影响的地震作用下，
5、楼层竖向构件的最大扭转位移比：X向1.10(4)小于1.2，Y向1.48(4)大于1.2小于1.5，属扭转不规则类。扭转周期比：Tt/T1=0.8390.9。根据有关资料分析，判定为扭转不规则。(2)楼板局部不连续。由标准层结构平面图可知第2、4层楼面开洞面积超过50%，第5层错层，属局部楼板不连续。(3)竖向不规则。三层楼面处设置了梁式转换层，转换层以下为部分框支剪力墙结构，转换层以上为剪力墙结构。因此，可以判定为竖向抗侧力构件不连续。(4)尺寸突变。竖向构件位置缩进大于25%。5.上部结构计算与分析5.1计算原则整体结构采用两个不同力学模型的结构分析软件PKPM/SATWE和Midas/G
6、en7.9.5进行(弹性)计算和校核。PKPM/SATWE程序为高层结构分析与设计的空间组合结构有限元分析软件，采用空间杆单元模拟梁、柱及支撑等杆件，用在壳元基础上凝聚而成的墙元模拟剪力墙。Midas/Gen7.9.5为三维空间有限元分析软件，采用三维梁单元模拟实际结构中的梁柱等构件，多种类型面单元模拟剪力墙(包括仅考虑面内荷载的静力凝聚墙单元、同时考虑面内面外的墙单元、三维板壳元等)。5.2 弹性计算结果5.2.1周期及周期比(表1)表1周期及周期比表扭转周期比Tt/T10.853扭转周期比Tt/T10.853本工程第一、二周期均为以平动为主的周期，第三周期为以扭转为主的周期，第一扭转周期与
7、第一平动周期的比值不大于0.9，符合高层建筑混凝土结构设计技术规程(JGJ3-2010)第3.4.5条的要求。5.2.2最大层间位移角及位移比(位移比按偶然偏心刚性楼板模型采用)(表2)表2 最大层间位移角及位移比表本工程楼层的竖向构件的最大水平位移和层间位移，均小于该层平均值的1.5倍，符合高层建筑混凝土结构设计技术规程(JGJ3-2010)第3.4.5条的要求，但Y向部分楼层超过1.2，故存在类扭转不规则情况。在多遇地震及50年一遇风荷载作用下，本工程结构的楼层层间最大位移角小于1/800，符合高层建筑混凝土结构设计技术规程(JGJ3-2010)第3.7.3条的要求。5.2.3 结构的地震
8、力和层剪力(表3)在规定的水平地震力作用下，本工程结构底层框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩10%但不大于50%，根据高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2010)8.1.3条规定，按框架-剪力墙进行设计。根据高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2010)8.1.4条规定，框架-剪力墙结构的各层框架部分分配的楼层地震剪力标准值小于结构底部总地震剪力标准值的20%时，框架部分分配的楼层地震剪力标准值不应小于0.2Qo和1.5Qfmax的较小值，以确保框架具有一定的抗侧能力。本工程6层及以上楼层X向、Y向框架部分分配的楼层地震剪力标准值均小于0.2Qo，均需按此项要求进行调整，其
9、调整系数为12之间。表4 结构整体稳定验算结果表本工程刚重比大于1.4，能够通过高层建筑混凝土结构设计技术规程(JGJ3-2010)的整体稳定验算，同时所有刚重比均大于2.7，可以不考虑重力二阶效应。6.结构超限抗震加强措施针对本工程结构特点采用以下加强措施：(1)针对扭转不规则情况，在按规范要求采取相应的抗震措施的前提下，对1.2的楼层，适当加强其外围框架柱的配筋。(2)针对第5层处塔楼相对于底盘偏心收进超过25%的情况，该部位的楼板加厚至150mm并按规范要求适当加强配筋，其上下层楼板也适当加强；收进部位以下两层底盘周边框架柱适当加强配筋，收进部位上下各两层塔楼周边竖向构件抗震等级均提高一
10、级。(3)针对部分楼层楼板大开洞以及裙房二层因楼板大开洞造成的局部穿层柱情况，在洞口周边，设置边梁、适当加厚楼板和剪力墙厚度、加大框架梁和框架柱截面，并确保穿层柱和剪力墙的稳定性；指定弹性楼板进行整体计算补充分析，取包络值进行结构构件设计，并适当加强相关梁、板、柱、墙的配筋；采用PKPM/PMSAP进行大震下的楼板弹性应力补充分析，按计算结果校核楼板配筋，并加强应力集中部位楼板配筋。(4)对于底部加强部位剪力墙，适当加厚以控制其压应力和剪应力水平，按中震、大震承载力不屈服进行设计，将其配筋率提高一级达到一级以上的水平，其中水平钢筋配筋率提高至0.6%，且每层设置一道暗梁，进一步提高其延性。7.
11、结束语酒店为体型一般不规则的A级高度高层建筑，针对本工程具体超限情况，选用D级抗震性能目标。结构分析结果表明，扭转效应控制在规范允许的范围内，楼层位移角和结构的抗扭刚度均符合规范要求，计算结果合理。根据规范和结构计算结果，采取上述针对性技术措施对薄弱环节和关键部位予以加强，并选用可靠的抗震构造措施，结构整体抗震性能比常规设计大幅度提高，本酒店将具有较好的变形能力和足够的抗力，可实现既定的D级抗震性能目标，即第一水准下具有必要的承载力、震后不需要修理即可继续使用，第二水准下具有必要的承载力、震后经修复或加固后可继续使用，第三水准下不倒塌。参考文献【1】徐培福，傅学怡等.复杂高层建筑结构设计北京：中国建筑工业出版社，2005【2】多层及高层建筑结构弹塑性静力、动力分析软件用户手册及技术条件中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部，2008