某高層酒店超限結構分析與設計

朱偉平

（同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司 上海 200092）

1 工程概況

本工程為某高層酒店建筑，地上7～12層，地下1層?？偨ㄖ娣e56000m2，其中地上建筑面積45000m2，地下建筑面積11000m2。地上功能為酒店客房及餐飲娛樂，地下層為輔助用房、設備用房。酒店建筑效果圖見圖1。

圖1 酒店建筑效果圖

本工程設計基本信息如下：

民用建筑工程設計等級：一級。結構設計安全等級：二級。設計使用年限：50年?；撅L壓：W0=0.45kN/m2?；狙海篧0=0.25kN/m2。建筑物地面粗糙度類別：C類。場地土類別：II類?；A設計等級：甲級。地震設防烈度：設防烈度為Ⅵ度。設計基本地震加速度：0.05g。設計地震分組：第一組。地震動反應譜特征周期：0.35s。建筑抗震設防類別：丙類。

本工程由于平面不規則且超長，考慮設置變形縫將建筑分成平面相對規則的幾個單體。分區示意詳見圖2。上部結構嵌固層設在基礎頂。其中塔樓C相對復雜，超限情況也多，文章主要介紹塔樓C的分析及設計。

圖2 塔樓分區示意圖

2 計算軟件與建模

本工程主要采用中國建筑科學研究院編制的系列軟件SATWE、PMSAP和EPDA&PUSH進行計算分析。其中SATWE主要進行靜力和多遇地震作用下分析；EPDA&PUSH進行彈塑性靜力分析。圖3為塔樓C分塔計算模型。

圖3 塔樓C模型

計算中為了反應結構剛度突變部位和連接薄弱部位樓板應力大小，把開洞較多層的樓板全部定義成彈性樓板。

3 結構體系

本工程塔樓C采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結構?？拐鹪O防類別為丙類，框架抗震等級為三級，剪力墻抗震等級為三級。典型不規則結構布置圖見圖4。

圖4 典型結構布置圖

塔樓C結構總高46.300m，共12層，其中首層層高4.5m，以上酒店標準層層高3.8m。根據建筑平面柱網布置，并滿足底下兩層大堂、宴會廳等的功能要求，另在建筑的端部適當加大柱截面，加大邊梁截面以增大結構的抗扭剛度?？蚣苤孛鎻牡讓幼畲?000mm×1000mm逐漸變化到上部800mm×800mm?？蚣苤炷翉姸鹊燃壊捎脧腃50逐漸遞減到C30，梁，板等混凝土構件的強度等級均采用C30[1]。

屋蓋采用現澆鋼筋混凝土梁板結構。在局部樓層挑空處，加厚洞口附近樓板，提高樓板的配筋率，在洞口邊緣設置邊梁。為滿足建筑大開間凈高要求，酒店客房大板不設置梁，采用現澆鋼筋混凝土樓蓋，并加強樓板周邊框架梁的剛度。

4 結構超限判定

（1）平面規則性超限判定

塔樓C裙房大堂及全日制餐廳上空2層～4層樓板開洞較大。2層樓板從北側平面凹進尺寸＞投影方向總尺寸的30%，為凹凸不規則超限；3、4層樓板y向開洞長度約為24m，x向有效樓板寬度38.5%，＜典型寬度的50%，屬于樓板局部不連續超限；y向開洞長度約為57m，有效樓板寬度約為36%，＜典型寬度的50%，屬于樓板局部不連續超限。結構二層規定水平力下扭轉位移比＞1.2，為扭轉不規則超限[2]。

（2）豎向規則性超限判定

塔樓C在九層存在大跨度轉換以上各層的情況，屬于高位豎向抗側力構件不連續超限。

5 結構計算結果分析

5.1 塔樓C模型的SATWE和PMSAP主要計算分析結果

如表1所示為塔樓C主要計算分析結果。

表1 塔樓C主要計算分析結果

分析結果表明，結構前兩個振型均以平動為主，以扭轉為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比＜《高規》中0.90的限值。在考慮偶然偏心影響的規定水平力地震作用力下，樓層的最大水平位移和層間位移與該層平均值的比值均＜1.4。以上說明結構具有較好的抗扭剛度，結構布置較為合理。

塔樓C結構X向和Y向多遇地震作用下SATWE和PMSAP所得各樓層地震剪力均非常接近。結構的層間位移角SATWE和PMSAP的計算分析結果基本吻合，且都＜《高規》對框剪結構多遇地震層間位移1/800的限值，滿足規范要求[3]。

5.2 動力彈性時程分析

塔樓C在SATWE模型分析中采用彈性時程分析方法進行多遇地震下的補充計算。彈性時程分析中經計算分析與比較后，各選取了3條時程曲線：TH2TG035天然波、TH4TG035天然波、RH1TG035人工波。多遇地震彈性時程分析時，地震加速度時程曲線的最大值均≥規范70cm/m2的要求。

每條時程曲線計算所得底部剪力均＞振型分解反應譜計算結果的65%，同時多條時程曲線計算所得底部剪力平均值＞振型分解反應譜計算結果的80%，滿足規范對彈性動力時程分析的要求。

從剪力分布圖（見圖5a）中可以看出，塔樓C的x向振型分解反應譜所得樓層剪力可以包絡各條時程曲線計算所得樓層剪力值；塔樓C在8層以上有時程曲線計算所得樓層剪力＞振型分解反應譜計算結果的現象，最大相差11%，因此，在結構設計時，可根據需要對塔樓8層以上振型分解反應譜法所得y向樓層剪力進行適當地放大[4]。

從位移分布圖中（見圖5b）可以看出，塔樓C二層以上至少一條時程曲線計算所得位移最大值＞振型分解反應譜法計算所得值，X方向層間位移角最大1/2580，Y方向層間位移角最大1/1520，仍＜規范限值1/800。綜上，滿足框剪1/800的位移角限值。

5.3 靜力彈塑性分析

對塔樓C進行PUSHOVER分析，結果表明在大震下的性能特性滿足規范要求，且結構構件未出現明顯破壞（見圖6）。

6 超限設計措施

圖5 塔樓C反應譜與彈性時程分析第1方向樓層剪力與樓層位移對比圖

圖6 塔樓CPUSHOVER結構的能力曲線、需求曲線及抗倒塌驗算

針對本結構的超限情況，在結構設計中，對有較大開洞，凹進處周邊的樓板進行適當的加厚。洞口周邊布置井字梁和交叉梁以提高樓板剛度。適當加大樓板配筋，板筋采用雙向雙層拉通布置。計算時將樓板定義為彈性樓板，以模擬樓板平面內外剛度，考慮在洞口周邊的真實應力情況。對于位移比＞1.2的扭轉不規則的情況，由于最大位移比出現的部位為裙房二層和屋面的角部節點，且絕對位移數值很小，結構設計時，適當提高裙房角部框架柱剛度，以及周邊梁的拉結，增強抗扭剛度。結構布置中，體型收進部位上下各2層塔樓周邊豎向結構構件的抗震等級提高為二級，轉換構件抗震等級提高為二級。

7 結束語

綜上所述，得出以下結論：

（1）本項目塔樓C在多遇地震下結構整體指標統計及超限分析表明，結構平、立面存在4項不規則，判定為超限高層。

（2）對結構進行計算分析，同時采取有效的抗震措施。結果表明在地震作用下，本工程的抗震結構體系基本能滿足有關規范和標準的規定。

（3）根據結構超限情況及特點，提出超限設計的措施，可供類似項目參考。

[1]《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）[S].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[2]《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）[S].北京：中國建筑工業出版社，2016.

[3]《混凝土結構設計規范》（GB50010-2010）[S].北京：中國建筑工業出版社，2016.

[4]徐培福.復雜高層建筑結構設計[M].北京：中國建筑工業出版社，2005.