淺析常德市天濟廣場酒店結構設計中的幾個關鍵問題

文／楊斌 常德市規劃建筑設計院有限責任公司 湖南常德 415000

1、概況

常德市天濟廣場酒店位于常德市武陵區，柳葉路與皂果路交叉口西南角。定位是一座集商務住宿、餐飲、會議、休閑、娛樂為一體的五星級商務酒店以及一座高檔的公寓式酒店。

獲獎情況如下：2014-2015年度中國建設工程魯班獎（國家優質工程），2016年湖南省優秀工程設計二等獎。

總用地面積19273.96 平方米，總建筑面積80265.42 平方米，其中地上建筑面積64656.07 平方米，地下建筑面積15709.35 平方米；地上22 層，地下1 層，建筑總高度89.9 米，屬一類高層。地上為公寓式酒店、酒店及商業，地下為停車庫和設備用房。

本工程地面以上通過抗震縫可分為三個單體，公寓式酒店（即2#樓）、酒店（即1#樓）和裙房。三個單體共同坐落在一個整體地下室上，地下室為單層。2#樓共18 層，建筑大屋面標高67.2 米，首層層高6.0 米，二、三、四層層高5.0 米，其余各層層高均為3.3 米。1#樓共22 層，建筑大屋面標高88.0 米，首層層高6.0米，二、三、四層層高5.0米，設備層層高2.5米（建筑層高為2.2 米），其余各層層高均為3.6 米。裙樓共4 層，建筑大屋面標高為21.0 米。首層層高6.0 米，二、三、四層層高均為5.0 米。三個單體均在首層嵌固。其中裙樓為現澆鋼筋混凝土框架結構，2#樓與1#樓為現澆鋼筋混凝土框架剪力墻結構。±0.000 標高為33.600。

本工程2#樓、1#樓區域基礎形式分別為1.6 米厚、2 米厚筏板基礎，其它區域基礎形式為1 米厚筏板基礎+400 厚下（上）柱墩。

地震作用:

抗震設防烈度：7 度

設計基本地震加速度0.15g。

設計地震分組為第一組。

建筑場地類別為Ⅱ類。

場地特征周期為0.35。

下面就本工程在結構設計中的幾個關鍵問題進行淺析：

2、關鍵問題①

在初步設計時，2#樓、1#樓區域基礎形式為樁筏基礎，其它區城基礎形式為樁承臺＋薄板基礎，在施工圖設計時，我們經過分折地質報告：

2.1 地層

本次勘察查明，在鉆探所達深度范圍內，場地地層屬第四系全新統（Q4）及第四系上更系統（Q3），各層土的特征分述如下：

第四系全新統（Q4）:

⑴雜填土①（Q4ml）( ①為層號、Q4ml為時代成因，下同。)：黃褐色、灰褐色；稍濕；松散狀；由粉土質及建筑物垃圾組成，局部可見植物根莖。土質不均勻。為新進填土，未完成自重固結。

圖2

此層厚度：0.50～3.40 米，層底標高27.86～31.09 米。場地現已開挖部分缺失該層（酒店主樓及地下室范圍）。

(2)淤泥質粉土②（Q4ml）：灰黑色；很濕；稍密狀；由粉土質為主，見植物殘莖，含有機質和淤泥質，有臭味。

此層厚度2.20～2.70米，層底標高27.47～28.20米左右。主要分布在zk42、zk43、ZK49 鉆孔附近，為塘、溝沉積物。

第四系上更新統（Q3）:

⑴粉土③(Q3al)：褐黃色；密實；濕；以粉粒為主，含鐵錳結核，局部夾少量粉砂團塊。切面較粗糙，干強度及韌性低，搖震反應中等。

此層厚度：0.50～4.80米。層底標高25.08～27.72米左右，場地內均有分布。

⑵ 圓礫④(Q3al)：褐黃、灰色；含水飽和；呈次圓形；局部夾卵石。礫石粒徑以1～3 厘米為主，部分4～6 厘米，大者10厘米以上，級配好，磨圓度Ⅱ-Ⅲ級。礫石成分以石英砂巖、硅質巖、板巖、燧石、脈石英等為主。泥砂充填，含量37%左右。根據鉆探反應及重型（Ⅱ）動力觸探試驗資料，圓礫④呈中密～密實狀。

本次勘察，該層未鉆穿，最大揭露厚度為29.30 米，未見軟弱夾層。該層埋深在0.50～6.50 米,相當于標高25.08～27.72 米左右。

2.2 地下水情況

本工程靜止水位標高約在27.0 米左右，埋深0.8～5.5 米左右，場地水位變化幅度4.50 米左右。地下水主要為上部滯水和賦存于圓礫④層中的承壓水。

工程建設場地適宜性：擬建場地未發現大的構造活動斷裂帶，場地和地基基本穩定，可進行本工程建設。

2.3 淺基礎地基方案

根據勘察期間所進行的原位測試及室內土工試驗成果，結合地區經驗，建議各層土的地基承載力特征值為：

雜 填 土①： 60Kpa

淤泥質粉土②： 50Kpa

粉 土③： 160Kpa

圓 礫④： 350Kpa

擬建建筑物均設置有地下室，底板南部、北部位于圓礫④，底板中部位于粉土③且距圓礫④約1.0 米左右。圓礫④在不擾動情況下的地基承載力為350KPa，可滿足上部荷載要求。

圖3

圓礫層埋深較淺，承載力較高，經過處理：可采用級配砂卵石換填處理，同時使填料添加水泥等膠結物呈半剛性地基，后可以做持力層，把樁基礎改為整體筏板基礎。既省造價又省工期，安全性社也有保障，甲方最后聽從了我們的建議，省了大幾百萬的造價，工期大大提前，88 米高的建筑最后測出來的最大沉降僅的17 m．安全性滿足規范要求。

裙樓基礎筏板厚1 米，埋深較淺，基礎底面，正好落在圓礫層上的一層薄薄的粉土層上，我分折埋深深的1#樓基礎筏板厚2 米、2＃樓基礎筏板厚1.6 米，落在圓礫層上，埋深淺的裙樓落在粉土層上，正好可以使重的沉降變少，輕的沉降變多，使其沉降差更少，得以平衡。

因為選擇枯水期施工，地下水采取抽排方式，故基礎施工面能保持干燥。

3、關鍵問題②

根據建筑功能需要，結構的整體地下室不設縫，形成超長建筑。地下室最大長度近200 米，典型寬度近80 米，大大超出不設溫度收縮縫所允許的長度限值。本工程的有利因素在于，地下室本身被土體包圍，溫度較地面溫度的波動要小的多；頂板之上室外區域有綠化覆土，隔溫性能良好；室內區域作為商業用途，在使用過程中通常能保持全年溫度在一個較小的區間變動。因此，地下室雖超長，但采取一些相關的措施，整體不設縫，仍是可行的。本工程擬在設計及施工中采用以下幾項措施。

通用措施，包括：a）合理布置后澆帶；b）改善混凝土性能，如高濕度養護、減小水灰比和水泥漿量、改善水泥和砂石骨料的質量、摻入纖維等，以減少混凝土收縮應變；c）延長后澆帶閉合時間至180 天，以使混凝土的收縮應變充分完成，當必要時混凝土中可以摻入膨脹劑以縮短后澆帶閉合時間；d）設置膨脹后澆帶，使混凝土產生少量的預壓力；e）加強樓板、梁、柱等配筋；等。

除上述通用措施，針對地下室頂板，尚需滿足：控制后澆帶閉合時的終凝溫度，采用低溫入模，即選擇環境溫度在10～20℃間澆后澆帶。

施工階段要求施工單位在對整體地下室的施工，有針對性的制定施工工藝，并組織專家會議對施工工藝進行論證。

4、關鍵問題③

裙樓由于建筑功能的需要，多處樓層局部平面內樓板缺失大，形成薄弱連接，平面內剛度較差，樓面內抽柱較多，形成大的建筑空間效果，導致結構出現17～25 米的大跨梁。針對裙樓的樓板缺失及大跨梁的情況，在結構設計時采取了以下幾項計算和構造措施。

采用SATWE 程序，總體分析時采用剛性樓板假定。構件設計時，定義全樓樓板為彈性膜得到構件內力。采用PMSAP程序對結構的樓板做小震應力分析。

對薄弱連接部位的樓板截面進行了加厚，同時根據小震應力分析的結果，考慮樓板的設防目標為中震下樓板不開裂（即中震下板內主拉應力標準值小于混凝土軸心抗拉強度標準值），大震下樓板雖開裂但板筋不屈服（即大震下板內主拉應力標準值小于鋼筋強度標準值）。從而確保大震下薄弱連接部位的連續性。簡化并保守的考慮中震、大震的樓板應力放大系數為3.0、6.0。根據PMSAP 樓板小震應力分析結果，三層宴會廳上下方的長廊處應力最大，達到600kPa。按此設防標準作了試配筋，板厚按180mm考慮，樓板的單面配筋率可以控制在0.4%，比較適中。

通過調整柱、梁截面，使一個平面不太規則的結構具有比較純粹的平動、扭轉周期，抗扭剛度良好。扭轉周期比第一平動周期小于0.85，在分別考慮了5%偶然偏心和雙向水平地震作用的情況下，層間最大位移與層間平均位移比小于1.4。

薄弱連接區域周邊梁和柱配筋予以加強。施工圖設計時，洞口邊的柱箍筋全高加密，最小配箍特征值提高0.02，柱縱向鋼筋最小配筋百分率增加0.1，且柱縱筋配筋較計算值提高10%；梁最小配筋百分率提高0.1，且梁縱筋較計算值提高15%；提高梁腰筋的配筋率，每側腰筋截面面積不小于梁腹板截面面積的0.20%，間距不小于200mm，且腰筋不小于D16@200，腰筋采用抗扭鋼筋的錨固構造（即平表法中標記為N，而非G）。

由于宴會廳、游泳池等大開間建筑功能的需要，屋面層形成局部的大跨梁。考慮到大開間發生在頂層，從剛度比上來看，并不致形成薄弱層。雖局部梁截面甚至比柱大較多，從截面承載力上看，地震作用下，塑性鉸有可能先發生在柱頂，但對頂層柱而言，塑性鉸發生在梁端還是柱端并無太多區別。對宴會廳頂部的大梁，考慮到普通混凝土梁不能滿足變形及裂縫要求，采用后張有粘結預應力技術。

5、關鍵問題④

1#樓四層層高5.0米，設備轉換層層高2.2米，層高差異大，易形成薄弱層。

經與建筑協商，結構在此處降板300mm，地坪處采用木地板形式予以平整，使上下層高調整為2.5 米/4.7 米，部分緩和高差帶來的剛度突變。

SATWE 程序按“地震樓層剪力/樓層位移”的剛度算法，判定此處為薄弱層。根據新高規（JGJ3-2011）的3.5.2 條，對框架-剪力墻結構，剛度比算法可采用“地震樓層剪力/層間位移角”的算法，當本層層高大于相鄰上層層高的1.5 倍時，該比值不宜小于1.1，對結構的底部嵌固層，不宜小于1.5。經提取數據，手工復核，四層與設備轉換層的剛度比值可以滿足大于1.1 倍的要求，同時嵌固層也能滿足1.5 倍的剛度要求，因此，此處不構成結構的薄弱層。

考慮到實際層高變化較大，雖判定為非薄弱層，仍對四層剪力考慮1.15 的放大系數。

6、其他問題

6.1 結構縫的設置

(1)抗震縫的設置：本工程2#樓與1#樓為高層建筑，裙樓為多層建筑，荷載差異大。通過采用樁基礎形式，并控制樁基礎的絕對沉降量不超過限值，雖主裙樓有沉降差，仍在可接受的范圍內。考慮到建筑功能的需要，選擇地下室為一整體，不設沉降縫。首層以上在裙樓與2#樓，裙樓與1#樓之間各設置一道抗震縫。

(2)后澆帶的設置：本工程在裙樓與2#樓、1#樓之間考慮各設置一道后澆帶，裙樓內部另設一條后澆帶。單體之間的后澆帶要求主樓封頂后方可閉合，兼起調節沉降差異的作用。

6.2 結構選型及結構布置

(1)豎向承重及抗側力結構體系：根據建筑的總高度、抗震設防烈度、建筑物的使用功能，本工程裙樓采用現澆鋼筋混凝土框架結構，2#樓及1#樓采用現澆鋼筋混凝土框架-剪力墻結構。

(2)樓蓋結構體系：根據建筑物的使用功能與施工條件，以及建筑物的總高度、層高、結構跨度等情況，本工程采用現澆主次梁板樓蓋體系。

6.3 抗浮措施

本工程抗浮設防水位為31.50 米。單層地下室區域覆土深度1.0 米，依靠覆土與底板筏板自身重量與水浮力平衡，不存在抗浮工況。

總結：

經計算，該結構總體指標滿足規范限值要求，構件層次承載力滿足安全性驗算要求，結構滿足設定性能目標要求。為酒店高層建筑結構設計及推廣提供工程參考。