上海某五星級(jí)酒店結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)探討

宋九祥 劉金龍 沈 偉

(南京長(zhǎng)江都市建筑設(shè)計(jì)股份有限公司，江蘇 南京 210002)

1 工程概況

項(xiàng)目位于上海北外灘廣場(chǎng)乍浦路西側(cè)，天潼路和北蘇州路之間，功能為五星級(jí)酒店。地下4層，地上10層，總建筑面積7.3萬(wàn)m2，地上4.3萬(wàn)m2，地下3.0萬(wàn)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(biāo)準(zhǔn)層層高3.4 m，結(jié)構(gòu)高度39.4 m，采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為二級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限50年。建筑抗震設(shè)防為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類?；A(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)，建筑樁基設(shè)計(jì)等級(jí)甲級(jí)?？拐鹪O(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組第一組，場(chǎng)地土類別為Ⅳ類，設(shè)計(jì)特征周期Tg=0.90 s。基本風(fēng)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(guī)劃與方案，對(duì)項(xiàng)目的歷史延續(xù)、建筑層次關(guān)系、高度退讓、功能劃分等要求極高，同時(shí)為了后續(xù)使用運(yùn)營(yíng)要求，項(xiàng)目在原9層基礎(chǔ)上增加至10層以擴(kuò)大客房數(shù)量，客房標(biāo)準(zhǔn)層層高壓縮至3.4 m，走道凈高要求達(dá)到2.6 m以上，無(wú)論是滿足規(guī)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(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都提出了巨大挑戰(zhàn)。

針對(duì)該項(xiàng)目的各項(xiàng)要求，結(jié)構(gòu)項(xiàng)目組經(jīng)過(guò)深入討論、細(xì)致研究，最終確定“尊重原創(chuàng)、完美呈現(xiàn)”這一設(shè)計(jì)思想，并貫穿設(shè)計(jì)全程。下面針對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行介紹。

2 多種轉(zhuǎn)換技術(shù)應(yīng)用

項(xiàng)目1層～3層主要功能為大廳、宴會(huì)、會(huì)議、餐廳、泳池等，需要大跨度空間，軸網(wǎng)10.4 m～15.6 m不等，4層以上主要功能為客房，標(biāo)準(zhǔn)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(wǎng)結(jié)構(gòu)，減小梁跨、梁高，以滿足室內(nèi)凈高要求。

針對(duì)項(xiàng)目特點(diǎn)，對(duì)以下采用了構(gòu)件轉(zhuǎn)換措施：

1)宴會(huì)廳頂桁架轉(zhuǎn)換。

3層宴會(huì)廳頂20.8 m跨度，4層以上為小軸網(wǎng)結(jié)構(gòu)，需進(jìn)行構(gòu)件轉(zhuǎn)換。經(jīng)過(guò)梁式與桁架式兩種轉(zhuǎn)換型式對(duì)比，該處選用了桁架式轉(zhuǎn)換，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

a.有限剛度：桁架式轉(zhuǎn)換較梁式轉(zhuǎn)換剛度小，有利于緩解結(jié)構(gòu)剛度與質(zhì)心的偏心程度。

b.空間利用：桁架式轉(zhuǎn)換使得4層轉(zhuǎn)換區(qū)域空間得以連通，增加了建筑使用面積。

三維計(jì)算模型如圖3所示。

2)4層梁式轉(zhuǎn)換。

4層為大小軸網(wǎng)交界樓層，軸網(wǎng)10.4 m位置，結(jié)構(gòu)主要采用了梁式轉(zhuǎn)換，進(jìn)行大小軸網(wǎng)過(guò)渡。三維計(jì)算模型如圖4所示。

3)斜撐轉(zhuǎn)換。

5層～6層中庭縮小，立面退臺(tái)內(nèi)收，結(jié)構(gòu)結(jié)合建筑內(nèi)中庭頂部造型，采用斜撐轉(zhuǎn)換，解決受力及梁高限制要求。三維計(jì)算模型如圖5所示。

4)斜柱轉(zhuǎn)換。

4層～7層局部存在退臺(tái)，收進(jìn)尺寸在0.8 m左右，結(jié)構(gòu)采用斜柱轉(zhuǎn)換，既解決了梁式轉(zhuǎn)換根部抬柱容易產(chǎn)生的梁截面抗剪不足問(wèn)題，同時(shí)也因?yàn)闆](méi)有過(guò)大的轉(zhuǎn)換梁而增加了室內(nèi)使用空間。三維計(jì)算模型如圖6所示。

3 刀把梁、缺口梁等新型構(gòu)件應(yīng)用

正常梁設(shè)計(jì)應(yīng)該是等截面，或者中間截面大于支座截面(如魚腹梁)，但本項(xiàng)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(shè)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(wèn)題，結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)過(guò)程中按照實(shí)際情況將跨中缺口梁截面分三段輸入模型進(jìn)行計(jì)算。

5層②軸因框架梁跨越室內(nèi)，室內(nèi)凈高要求梁截面高度不大于450 mm，參照?qǐng)D7所示結(jié)構(gòu)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(dān)能力，而降低室內(nèi)梁截面，減小其截面彎矩，提升室內(nèi)凈高。三維計(jì)算模型如圖8所示。

4 小震彈性分析及彈性進(jìn)程分析校核

小震彈性分析是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要部分，結(jié)構(gòu)剛度是否均勻、結(jié)構(gòu)布置是否合理，在很大程度上決定了結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)周期

整體計(jì)算Tt/T1=0.84<0.90，滿足規(guī)范[3]要求。

表2 結(jié)構(gòu)位移和位移比

所有模型最大層間位移角均滿足規(guī)范[3]1/800限值要求，位移比均不大于1.40。由于項(xiàng)目存在豎向構(gòu)件不連續(xù)、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、開(kāi)大洞等不規(guī)則項(xiàng)，選取了上海當(dāng)?shù)貢r(shí)程四波中的USER2,USER3,USER4進(jìn)行校核，計(jì)算結(jié)果表明，兩者變化規(guī)律大致相符，但彈性動(dòng)力時(shí)程反應(yīng)略大，建筑物上部由USER3產(chǎn)生的樓層剪力略大于由CQC法計(jì)算的層間剪力，根據(jù)GB 50011—2010第5.1.2.3條要求取時(shí)程法的包絡(luò)值和振型分解反應(yīng)譜法的較大值，在施工圖設(shè)計(jì)過(guò)程中，將考慮動(dòng)力分析的結(jié)果，對(duì)全樓地震剪力進(jìn)行放大。

5 抗震性能化設(shè)計(jì)

為保證各轉(zhuǎn)換構(gòu)件、穿層柱、底部加強(qiáng)部位墻肢等關(guān)鍵構(gòu)件具有適宜的承載力、延性和抗震安全儲(chǔ)備，項(xiàng)目進(jìn)行了抗震性能化設(shè)計(jì)，關(guān)鍵構(gòu)件性能目標(biāo)如表3所示。

表3 結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)設(shè)定

6 罕遇地震下的Pushover分析

為保證結(jié)構(gòu)大震不倒，采用EPDA & PUSH軟件進(jìn)行了靜力彈塑性Pushover分析。

圖9為結(jié)構(gòu)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(diǎn)處最大層間位移角1/142，小于規(guī)范限值1/100較多，表明在抗倒塌能力上有較大余地。

7 結(jié)語(yǔ)

1)通過(guò)桁架轉(zhuǎn)換、梁式轉(zhuǎn)換、斜撐轉(zhuǎn)換、斜柱轉(zhuǎn)換等轉(zhuǎn)換技術(shù)應(yīng)用，很好的解決了項(xiàng)目退層、軸網(wǎng)轉(zhuǎn)換、大空間等難題，為類似項(xiàng)目問(wèn)題的解決提供了思路；

2)通過(guò)刀把梁、缺口梁等新型構(gòu)件形式應(yīng)用，解決了跨度大、凈高要求高的難題；

3)針對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行性能化設(shè)計(jì)，整體結(jié)構(gòu)各項(xiàng)抗震性能指標(biāo)滿足規(guī)范[3]要求；

4)進(jìn)行小震下彈性時(shí)程分析，驗(yàn)證振型分解反應(yīng)譜法合理性，以兩者包絡(luò)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；

5)進(jìn)行大震下Pushover分析，結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)大震不倒，并在抗倒塌能力上有較大余地。