超限高層建筑抗震設計

摘 要：介紹了廣州琶洲香格里拉大酒店的抗震設計，酒店基礎采用嵌巖樁，樓蓋為現澆混凝土結構。

關鍵詞：混凝土結構；超限抗震

1 基本情況

廣州琶洲香格里拉酒店項目位于廣州市海珠區，廣州國際會議展覽中心東側，在建的黃洲大橋西側，北臨珠江，南靠新港東路，長約240米，寬約200米。整個項目包括一座37層的酒店（塔樓高32層，裙樓5層）和宴會大廳，以及2層地下車庫。

2 抗震設防標準

（1）抗震設防烈度：7度。

（2）本工程屬丙類建筑，按本地區設防烈度采取抗震措施。

3 基本數據

（1）場地類別：Ⅱ類。

（2）土層等效剪切波速為168.4m/s-173.8m/s，場地覆蓋層厚度約13.5m-17.4m，砂土液化等級綜合評定為嚴重，屬于抗震不利地段。

（3）持力層名稱：微風化巖層，埋深約10.90m-23.70m，地基承載力特征值fak=4500KPa，巖石天然濕度下單軸抗壓強度的標準值fr=13.5Mpa。

（4）樁型為沖孔/鉆孔灌注樁，樁端埋深約15-20m。

4 建筑結構布置和選型

（1） 主樓高度（±0.00以上）140.7m，地面以上結構層為38層，其中出屋面一層，高度為4.7m。

（2） 裙房高度（±0.00以上）29.0m，地面以上結構層為4層。

（3） 塔樓主體部分、裙樓和宴會廳之間設兩道110mm寬抗震縫分開。建筑物總高度為136.0m，總平面尺寸為195m×122m。其中塔樓部分（轉換層以上）平面尺寸為72米×18米，長寬比L/B＝4<［6］，高寬比H/B＝6.0<［7］；裙樓部分平面尺寸110m×45m，長寬比L/B=2.4，高寬比H/B=0.5；宴會大廳平面尺寸65m×53m，長寬比L/B＝1.2，高寬比H/B=0.3。

（4） 塔樓質心有微小的向上偏心（以底端為原點）。

（5） 結構形式簡單、平面形狀規則、布置均勻；結構層第5層為轉換層，豎向構件布置不連續。

（6） 本工程為現澆鋼筋混凝土結構，樓蓋整體性好。

（7） 結構類型：框架—剪力墻結構，屬于復雜類型。

（8）抗震等級：本工程塔樓的框架和核心筒為一級抗震。由于地下室頂板作為上部結構的嵌固部位，地下一層的抗震等級與上部結構相同。其余部分裙樓及其地下一層與主樓相連，一級抗震。

（9） 結構概況：

整個大樓的設計采用框架—剪力墻結構形式，分為兩級結構，轉換層以下布置了21根巨型框支柱，剪力墻及外圍承重柱均落地直至基礎，由剪力墻、外圍的框架柱和框架梁形成第一級結構，承受水平力和豎向荷載，而樓面及次梁作為第二級結構，只承受豎向荷載并傳遞到第一級結構上。

5 結構分析主要結果

（1）計算軟件：PKPM系列結構分析軟件SATWE模塊（2002規范版本） 中國建筑科學研究院PKPMCAD工程部編制。

（2）樓層自由度為3（剛性樓板）。

（3）周期調整系數：0.8。

（4）主樓結構總重：2291152.81 KN （SATWE）。

（5）基底地震總剪力：32581 KN（X向）36421 KN（Y向）（SATWE）。

（6）扭轉位移比：1.3。

（7）轉換層的上下剛度比：0.6027。

（8）最大軸壓比：n=0.85。

（9）最大層位移角為1/941，在17層（SATWE）。

（10）時程分析采用人工模擬的加速度時程曲線，選用了兩組實測波和一組場地人工波進行彈性動力時程分析。彈性階段的時程分析，構件內力，側向位移小于采用振型分解反應譜法的構件內力和側向位移。

6 計算結果小結（與規范要求對比）：

（1）在風荷載及地震作用下各構件的強度和變形均滿足有關規范的要求。

（2）墻、柱的軸壓比均符合《建筑抗震設計規范》和《高規》的要求，轉換層以上柱子軸壓比小于［0.85］，框支柱軸壓比小于［0.6］。

（3）按彈性方法計算的樓層層間最大位移與層高之比Δμ/h =1/941滿足《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2002）第4.6.3條要求的1/800。

（4）塔樓滿足（JGJ3-2002）關于復雜高層建筑結構扭轉為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比最大值為0.729，不大于0.85的規定。

（5）塔樓滿足（GB50011-2001）第3.4.2條關于復雜高層建筑各樓層的最大層間位移不應大于該樓層兩端層間位移平均值的1.4倍的規定。

（6）除轉換層外，塔樓各層均滿足（GB50011-2001）第3.4.2條關于各樓層的側向剛度不小于相鄰上一層的70%，并不小于其上相鄰三層側向剛度平均值的80%的規定。

（7）塔樓滿足（JGJ3-2002）第E.0.2條關于轉換層上部結構與下部結構的等效側向剛度不應大于 1.3 的規定。

（8）除轉換層外，塔樓各層均滿足（JGJ3-2002）第4.4.3條關于樓層層間受剪承載力不宜小于相鄰上一層的80% 的規定。

（9）塔樓滿足（JGJ3-2002）第5.4.4條關于結構穩定性的規定。

（10）塔樓滿足（JGJ3-2002）第3.3.13條關于各樓層對應于地震作用標準值的樓層水平地震剪力系數不小于表3.3.13的規定。

（11）塔樓滿足（JGJ3-2002）第3.3.5條關于按時程曲線計算所得的結構底部剪力不宜小于CQC法求得的底部剪力的65%的規定。

（12）結構薄弱層彈塑性層間位移符合《建筑抗震設計規范》（GB50011-2001）第5.5.5條關于彈塑性層間位移角（1/164）小于1/100的規定。

7 其它需要說明的問題

本工程在三種超限條件（高度、高寬比、體型規則性）中，高度超限13.3%，高寬比滿足規范及規程的有關要求，結構平面形狀規則，豎向不規則。

主要超限抗震措施包括：

（1）為避免大樓整體結構之間形狀的不規則，引起不利于抗震的情況，在主樓和裙樓之間設置110mm寬抗震縫兩道，縫的兩側設置雙柱，地下室、基礎不用設縫。

（2）轉換層位于第5層，框架柱和剪力墻的抗震等級根據《高規》表4.8.2和表4.8.3 規定提高一級，為特一級。

（3）首層、設備夾層、避難層、屋面層樓板加強，板厚為180mm，中央核心筒板厚加強為150mm，配筋相應加強，設雙向雙層鋼筋網。

（4）薄弱層的地震剪力乘以1.15的增大系數，按照《建筑抗震設計規范》進行彈塑性變形分析和驗算，并采取有效的抗震構造措施。

（5）用時程分析法進行動力時程分析，其平均地震影響系數曲線與振型分解反應譜法所采用的地震影響曲線在統計意義上相符。彈性階段的時程分析，構件內力，側向位移小于采用振型分解反應譜法的構件內力和側向位移。

（6）本工程樁端深入液化深度以下穩定土層中的長度（不包括樁尖部分）在1.5m以上，符合全部消除地基液化沉陷的要求。液化土中樁的配筋范圍，應自樁頂至液化深度以下符合全部消除液化沉限所要求的深度，其縱向鋼筋應與樁頂部相同，箍筋應加密。處于液化土中的樁基承臺周圍，用非液化土填筑夯實。