上海某五星級酒店結構設計關鍵技術探討

宋九祥 劉金龍 沈 偉

(南京長江都市建筑設計股份有限公司，江蘇 南京 210002)

1 工程概況

項目位于上海北外灘廣場乍浦路西側，天潼路和北蘇州路之間，功能為五星級酒店。地下4層，地上10層，總建筑面積7.3萬m2，地上4.3萬m2，地下3.0萬m2，-4層～-1層層高為3×4.5 m，5.8 m，底層層高5 m，2層層高5.4 m，3層層高4.8 m，標準層層高3.4 m，結構高度39.4 m，采用框架—剪力墻結構。建筑效果圖如圖1所示。典型平面布置如圖2所示。

本工程建筑結構的安全等級為二級，設計使用年限50年。建筑抗震設防為標準設防類。基礎采用鉆孔灌注樁基礎，基礎設計等級為甲級，建筑樁基設計等級甲級。抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10g，設計地震分組第一組，場地土類別為Ⅳ類，設計特征周期Tg=0.90 s。基本風壓0.55 kN/m2(50年一遇)，地面粗糙度類別C類。基本雪壓0.20 kN/m2(50年一遇)。

規劃與方案，對項目的歷史延續、建筑層次關系、高度退讓、功能劃分等要求極高，同時為了后續使用運營要求，項目在原9層基礎上增加至10層以擴大客房數量，客房標準層層高壓縮至3.4 m，走道凈高要求達到2.6 m以上，無論是滿足規劃與方案要求的層次退讓、功能使用，還是滿足使用功能要求的凈高，對結構設計都提出了巨大挑戰。

針對該項目的各項要求，結構項目組經過深入討論、細致研究，最終確定“尊重原創、完美呈現”這一設計思想，并貫穿設計全程。下面針對結構設計的關鍵技術應用進行介紹。

2 多種轉換技術應用

項目1層～3層主要功能為大廳、宴會、會議、餐廳、泳池等，需要大跨度空間，軸網10.4 m～15.6 m不等，4層以上主要功能為客房，標準層層高僅3.4 m，走道凈高要求2.6 m，4層以上需采用小軸網結構，減小梁跨、梁高，以滿足室內凈高要求。

針對項目特點，對以下采用了構件轉換措施：

1)宴會廳頂桁架轉換。

3層宴會廳頂20.8 m跨度，4層以上為小軸網結構，需進行構件轉換。經過梁式與桁架式兩種轉換型式對比，該處選用了桁架式轉換，具有以下優點：

a.有限剛度：桁架式轉換較梁式轉換剛度小，有利于緩解結構剛度與質心的偏心程度。

b.空間利用：桁架式轉換使得4層轉換區域空間得以連通，增加了建筑使用面積。

三維計算模型如圖3所示。

2)4層梁式轉換。

4層為大小軸網交界樓層，軸網10.4 m位置，結構主要采用了梁式轉換，進行大小軸網過渡。三維計算模型如圖4所示。

3)斜撐轉換。

5層～6層中庭縮小，立面退臺內收，結構結合建筑內中庭頂部造型，采用斜撐轉換，解決受力及梁高限制要求。三維計算模型如圖5所示。

4)斜柱轉換。

4層～7層局部存在退臺，收進尺寸在0.8 m左右，結構采用斜柱轉換，既解決了梁式轉換根部抬柱容易產生的梁截面抗剪不足問題，同時也因為沒有過大的轉換梁而增加了室內使用空間。三維計算模型如圖6所示。

3 刀把梁、缺口梁等新型構件應用

正常梁設計應該是等截面，或者中間截面大于支座截面(如魚腹梁)，但本項目4層軸～?軸交②軸～⑤軸，豎向跨度為10.4 m，因走道位于跨中部位，凈高要求2.6 m以上，扣除設備、吊頂占用空間以后，5層③軸～⑤軸梁跨中高度需不大于500 mm。

為解決該問題，結構采用了一種新型梁截面：跨中缺口梁，即保持跨中梁高滿足建筑凈高要求下，加大兩邊支座附近截面，此類梁跨中彎矩較等截面梁變小，支座彎矩較等截面梁變大，受力分析示意如圖7所示。在設計過程中按照實際情況將跨中缺口梁截面分三段輸入模型進行計算。

5層②軸因框架梁跨越室內，室內凈高要求梁截面高度不大于450 mm，參照圖7所示結構受力，該處采用了刀把梁形式，即加高室外梁截面，提高其剛度及荷載承擔能力，而降低室內梁截面，減小其截面彎矩，提升室內凈高。三維計算模型如圖8所示。

4 小震彈性分析及彈性進程分析校核

小震彈性分析是結構設計的重要部分，結構剛度是否均勻、結構布置是否合理，在很大程度上決定了結構在中震、大震作用下的性能。本工程采用SATWE軟件分析，小震下模型周期、位移如表1，表2所示。

表1 結構周期

整體計算Tt/T1=0.84<0.90，滿足規范[3]要求。

表2 結構位移和位移比

所有模型最大層間位移角均滿足規范[3]1/800限值要求，位移比均不大于1.40。由于項目存在豎向構件不連續、扭轉不規則、開大洞等不規則項，選取了上海當地時程四波中的USER2,USER3,USER4進行校核，計算結果表明，兩者變化規律大致相符，但彈性動力時程反應略大，建筑物上部由USER3產生的樓層剪力略大于由CQC法計算的層間剪力，根據GB 50011—2010第5.1.2.3條要求取時程法的包絡值和振型分解反應譜法的較大值，在施工圖設計過程中，將考慮動力分析的結果，對全樓地震剪力進行放大。

5 抗震性能化設計

為保證各轉換構件、穿層柱、底部加強部位墻肢等關鍵構件具有適宜的承載力、延性和抗震安全儲備，項目進行了抗震性能化設計，關鍵構件性能目標如表3所示。

表3 結構抗震性能目標設定

6 罕遇地震下的Pushover分析

為保證結構大震不倒，采用EPDA & PUSH軟件進行了靜力彈塑性Pushover分析。

圖9為結構0°方向靜力Pushover曲線(其余方向與此類似)，由圖9可知，大震下基底剪力約為小震的4倍，符合概念控制要求。性能點處最大層間位移角1/142，小于規范限值1/100較多，表明在抗倒塌能力上有較大余地。

7 結語

1)通過桁架轉換、梁式轉換、斜撐轉換、斜柱轉換等轉換技術應用，很好的解決了項目退層、軸網轉換、大空間等難題，為類似項目問題的解決提供了思路；

2)通過刀把梁、缺口梁等新型構件形式應用，解決了跨度大、凈高要求高的難題；

3)針對關鍵部位進行性能化設計，整體結構各項抗震性能指標滿足規范[3]要求；

4)進行小震下彈性時程分析，驗證振型分解反應譜法合理性，以兩者包絡進行結構設計；

5)進行大震下Pushover分析，結構可以實現大震不倒，并在抗倒塌能力上有較大余地。