招商酒店抗震設計

摘 要:本文主要內容為招商五星級酒店超限高層的設計思路，文中描述了該工程的結構設計特點，多手段計算分析對比并對關鍵部位進行應力分析，對結構薄弱處相應加強，可為類似工程提供參考。

關鍵詞:超限高層建筑抗震設防目標斜柱轉換性能化抗震設計

中圖分類號:TU973文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(a)-0039-03

1 工程概況

本項目建設用地位于深圳市南山區蛇口海上世界。海上世界背山面海，是深圳西部集商業服務、休閑娛樂、服務式公寓和居住生活于一體的，具有山海風情的濱海公共中心，是深圳市15公里濱海休閑帶的起點和精華。本項目包括一座14層、結構高度58.3米高的塔樓及2層高的裙房組成;首層以上塔樓帶部分裙房，與宴會廳之間采用防震縫分開，形成各自獨立的抗震單元。

本項目用地基本由填海而成，總用地面積為23654.21m2，項目總建筑面積為56920m2。本文主要介紹酒店塔樓超限抗震設計的相關內容。

2 結構選型與布置

本工程結構高度58.3m，為A級高度高層建筑。結構體系采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結構，剪力墻由3個端部樓梯側壁和中部電梯側壁剪力墻組成。結構塔樓平面為Y型，3個端部均有斜柱從3層夾層和4層樓面分叉斜向向上，直通結構主屋面。斜柱沿傾斜方向結合加強截面和配筋的樓面梁組成穩定的3角形受力單元。因3~4層間設置設備轉換層，設備夾層把原3~4層高6.7米分隔為4.5米和2.2米，造成側向剛度突變，不滿足下層剛度大于上層剛度70%的規定，形成薄弱層。主樓效果圖如圖1。

由于特征標準層Y型的平面特征，長短向尺寸相差較大，同時端部存在較大受荷面積的斜柱轉換，無法滿足樓面剛性板平面假定的要求;本棟樓計算采用3個端部和Y型交合處分塊彈性板6假定的方法進行分析計算。

3 場地情況及地震動參數設置

本場地所處區域抗震設防烈度7度，設計地震基本加速度值0.10g，場地內分布有淤泥軟弱土和可液化礫砂層。場地土類別為中軟土，建筑場地類別為Ⅱ類，在勘探深度內未發現構造和其他不良地質現象;由于場地分布有淤泥，地震動時可能發生震陷，并且存在可液化礫砂層，該場地為對建筑抗震不利地段。

根據《建筑抗震設計規范》及場地安評報告，本工程地震作用如下:抗震設防烈度:7度;設計基本地震加速度:0.1g;設計地震分組:第一組;建筑場地類別:II類;場地卓越周期(s):0.33最大水平地震影響系數αmax:小震0.08，中震0.267，大震0.501.

4 結構抗震計算與分析

4.1 結構抗震計算

基本計算內容:

(1)整體結構小震彈性分析，采用SATWE及GSSAP進行對比計算，保證整體結構的各項指標滿足規范要求，目的在于確定構件尺寸，保證整體結構的變形滿足國家現行規范的要求;(2)基于抗震性能目標的中震、大震分析;(3)整體結構的彈性時程分析，與CQC法分析結果作比較，以確保CQC結構分析的可靠性，保證結構受力安全可靠;(4)整體結構的靜力彈塑性推覆(push－over)分析，分析結構破損過程中，結構的變形能力，驗證大震下的結構安全性能;(5)運用ABAQUS軟件對斜柱部分進行應力分析，考察該部位應力分布狀態，指導后續構件及節點設計;(6)提取跨層柱中震彈性情況下內力，與鋼管柱Nu-Mu曲線對比，確保跨層柱在安全合理范圍內。

4.2 計算結果與分析

(1)小震彈性計算如表1

(2)大震下靜力彈塑性(pushover)分析結果如圖2、圖3

①罕遇地震作用下，在性能點處，各方向最大層間彈塑性位移角均小于框架-剪力墻結構層間彈塑性位移角限值1/100;符合《高層建筑混凝土結構技術規程》第4.6.5條的規定，建筑物可實現“大震不倒”的抗震設防目標。

②X向推覆時，隨著側向位移的加大，塑性鉸主要在3個樓梯井壁和中間電梯井壁處抗震墻連梁處出現，并隨著豎向和橫向拉-壓出現破壞，塑性鉸逐漸轉移到與之相連的剪力墻上。在性能點處時墻體的損傷主要是出現在首層、2層以及9層以上的3個樓梯井壁抗震墻位置，此部分墻體逐步退出工作，局部出現較為嚴重的剪切屈服，但結構整體仍能保持一定的承載能力。

③Y向推覆時，隨著側向位移的加大，塑性鉸主要在3個樓梯井壁和中間電梯井壁處抗震墻連梁處出現，并隨著豎向和橫向拉-壓出現破壞，塑性鉸逐漸轉移到與之相連的剪力墻上。在性能點處時墻體的損傷主要是出現在Y型一個端部樓梯剪力墻處，在首層～4層以及10層的抗震墻，此部分墻體逐步退出工作，局部出現較為嚴重的剪切屈服，但結構整體仍能保持一定的承載能力。

④性能點處X向頂點位移是Y向的1.8倍左右，此結果不但與此棟結構Y型體型本身有關，從與小震彈性的結果可知X向剛度退化比Y向大得多;原因是集中在X向布置的連梁大部分出現了剛度退化以及9層以上墻體部分出現剪切屈服而引起的，施工圖進一步加強這一側的墻體。

⑤由性能點處塑性鉸圖和層間位移角圖可知，結構薄弱部位是底部樓梯井壁剪力墻和中部以上的樓梯井壁墻體，應對此兩處薄弱部位進行加強，詳見加強措施。

5 結構超限的抗震加強措施

5.1 底部墻體加強

(1)在罕遇地震作用下，首層部分墻肢出現拉力，因此加強底部加強區抗震墻的豎向配筋，以減小罕遇地震作用下剪力墻的損傷，防止出現豎向拉壞，保證好整個結構上下受力的正常傳遞。

(2)因3層夾層(設備轉換層)層高突變造成側向剛度突變，在加厚加強下部墻體的基礎上，提高4層以下墻柱的抗震等級為一級，并將參照push-Over的結果，對性能點位置處的結構薄弱部位作進一步加強，加大水平和豎向鋼筋，并在剪力墻內加型鋼增強薄弱處抗震墻的延性。

5.2 跨層柱分析

因塔樓2，3層樓面因建筑布置的需要，局部柱在雙方向無水平構件進行拉結，形成跨層柱。因此，考慮將此范圍內的柱子按照大震下不屈服進行設計，同時在中震下保持彈性。在保持中震彈性條件下，控制軸力軸力為-10003kN，而大震“不屈服”條件下的控制軸力為-9542kN。因此，設計由中震彈性條件控制。

由圖4中N-M曲線可以看出，裙房跨層柱中震下承載能力有較大富裕。

5.3 樓板應力分析

采用GSSAP進行彈性樓板應力分析，計算結果顯示各工況下主應力與剪切應力均較小，只有在樓板開洞邊角和與剪力墻角交接的地方出現的應力較大，是平面配筋需要加強的部位。計算結果表明，各方向地震工況下所示樓板因不規則剖分造成應力集中形成假點，其他地方應力不大，最大主應力不超過2.0MPa，施工設計中根據平面應力分析結果進行合理加強。

5.4 鋼管柱斜柱節點分析分

本棟Y型3個端部，從4從樓面分叉斜向直通樓面。根據斜柱力學受力特點，4～6層水平構件會產生較大的水平拉力，而且斜柱轉換位置有較大的軸向力和附加彎矩，采用ABAQUS對鋼管柱斜柱節點進行分析。分析中鋼管采用殼單元建立，厚度為20mm，混凝土部分由實體單元建立。

為了驗證斜柱的抗震性能目標是否能達到，我們采用中震彈性計算下的梁柱內力對模型進行加載，組合為:(1.2恒載+0.6活載+1.3X向中震)，由PKPM讀取各斜柱上的軸力作為荷載輸入。

圖5，圖6為斜柱部分模型有限元分析MISES應力云圖。

從應力云圖可知，鋼結構應力最大值為103.8MPa，小于Q345的強度設計值f=295MPa，鋼管柱內混凝土部分最大應力為26.95MPa，小于C55的強度標準值fck=35.5MPa。

6 結語

本工程為A級超限高層建筑，平面具有明顯的凹凸不規則性，3個端部采用斜置的鋼管柱從4層樓面分叉直通屋面，而且由于設備轉換層的設置帶來層高不均勻變化而引起的側向剛度不規則。通過對整體結構的體系和布置進行分析并優化，對重要構件作適當的加強以及在構造措施方面采用了相應的處理，使其具有良好的抗震性能。

參考文獻

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