某酒店超限高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

楊 佐,蔡鳳生

(浙江省建筑設(shè)計(jì)研究院,浙江 杭州 310006)

1 工程概況

該酒店項(xiàng)目位于杭州市臨安區(qū),效果圖見圖1,包括3層宴會廳裙房和12層酒店客房主樓,裙房高度13.9 m,首層層高4.8 m；主樓高度48.45 m,標(biāo)準(zhǔn)層層高3.6 m,總建筑面積21 998.39 m2。地下室兩層,地下1層層高5.3 m,地下2層層高3.7 m。2層結(jié)構(gòu)平面布置圖見圖2,北側(cè)為3層的裙房,總平面呈L形。常規(guī)做法是采用防震縫將裙房和主樓分開,將L形平面分割成兩個常規(guī)矩形,但是從使用功能上考慮,甲方希望不設(shè)置防震縫。另外,酒店主樓大堂兩層通高,拔掉1～3層樓面的兩個框架柱,3層以上同位置柱由3層樓面框架梁轉(zhuǎn)換。裙房大宴會廳兩層通高,造成第3層樓板局部不連續(xù)。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50011—2010)》[1],該工程屬平面和豎向均不規(guī)則的超限結(jié)構(gòu)。

本工程采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系,基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ),以④-2層卵石(地基承載力特征值fak=320 kPa)為持力層,地下室底板厚度1 000 mm,柱下沖切不足時設(shè)置下柱墩。結(jié)構(gòu)安全等級為二級, 設(shè)計(jì)使用年限50年,抗震設(shè)防烈度為6度,設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05 g,建筑場地類別Ⅱ類?？蚣苤?、剪力墻等豎向構(gòu)件采用C30～C45混凝土,梁、板等水平構(gòu)件采用C30～C35混凝土。梁柱主筋采用HRB500級鋼筋,其余采用HRB400級鋼筋。

圖1 效果圖

圖2 2層結(jié)構(gòu)平面布置圖

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與措施

本工程采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu),由于可布置剪力墻位置有限,只在電梯井布置部分墻,在規(guī)定水平力作用下結(jié)構(gòu)底層框架部分承受的X向地震傾覆力矩占總地震傾覆力矩的66.8%,大于50%但小于80%,根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ 3—2010)》[2]第8.1.3條,框架抗震等級和軸壓比按框架結(jié)構(gòu)采用,框架抗震等級三級,剪力墻抗震等級三級,裙房框架抗震等級同主樓結(jié)構(gòu),為三級。

本工程地下1層與首層的樓層側(cè)向剛度比X、Y向分別為6.8、5.3,故±0.000 m層樓板(即地下室頂板)滿足作為上部嵌固部位的條件。

由于2層和3層樓板開大洞,造成這兩層樓面連接薄弱,在地震等水平力作用下可能產(chǎn)生顯著的平面內(nèi)變形,因此結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析時將2層和3層開大洞附近板定義為彈性膜,以便較準(zhǔn)確地模擬樓板承受各種荷載時的受力變形情況,使得結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析更加合理；在構(gòu)造上,適當(dāng)加強(qiáng)洞口周邊樓板的厚度,采用雙層雙向配筋,每層每個方向的配筋率不小于0.25%。

針對裙房與主樓連為整體造成凹凸不規(guī)則情況,適當(dāng)加大裙房部分的框架柱截面,加大裙房遠(yuǎn)端框架柱配筋,將帶裙房結(jié)構(gòu)各樓層的扭轉(zhuǎn)位移比控制在1.4以內(nèi)。

針對3層托柱框架,提高1層樓面至3層樓面轉(zhuǎn)換柱抗震等級為二級,并進(jìn)行中震承載力驗(yàn)算,對轉(zhuǎn)換梁,在罕遇地震作用下滿足受剪截面控制條件,3層的地震剪力乘以1.25增大系數(shù),并控制2層和3層的側(cè)向剛度比不小于0.7。

3 計(jì)算結(jié)果與分析

結(jié)構(gòu)整體分析采用YJK(1.8.3版)及MIDAS GEN 2017(Ver. 865 R2)進(jìn)行計(jì)算；抗震計(jì)算時考慮平動和扭轉(zhuǎn)耦連作用及偶然偏心的影響；對開洞面積較大的部位,采用符合樓板平面內(nèi)實(shí)際剛度變化的計(jì)算模型。最終計(jì)算結(jié)果匯總見表1,由表1可見,樓層剪重比、前三階振型周期及周期比、結(jié)構(gòu)位移值及結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性均在規(guī)范要求范圍內(nèi)。

表1 最終計(jì)算結(jié)果

3.1 彈性時程分析

對整體模型采用YJK進(jìn)行結(jié)構(gòu)的彈性時程分析。采用2條天然波和1條人工波進(jìn)行小震雙向彈性時程分析,并與規(guī)范反應(yīng)譜分析進(jìn)行比較,進(jìn)一步驗(yàn)證所選地震波的合理性,從而保證彈性時程分析的結(jié)果可靠。

時程法與反應(yīng)譜法的計(jì)算結(jié)果比較見表2。由表2可知,時程分析與反應(yīng)譜法所得的底部剪力,每條時程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)基底剪力不小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的65%,多條時程曲線計(jì)算的結(jié)構(gòu)基底剪力的平均值不小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的80%。這說明時程波的選取是合適的,滿足規(guī)范要求。規(guī)范規(guī)定,當(dāng)取三組加速度時程曲線輸入時,計(jì)算結(jié)果宜取時程法的包絡(luò)值和振型分解反應(yīng)譜法的較大值。因此,根據(jù)圖3的層剪力調(diào)整系數(shù),在模型中對地震力進(jìn)行放大,取全樓放大系數(shù),X向1.12,Y向1.18。

表2 時程法與反應(yīng)譜法的比較

圖3 層剪力調(diào)整系數(shù)

3.2 大震彈塑性時程分析

大震彈塑性時程分析采用由廣州建研數(shù)力建筑科技有限公司開發(fā)的結(jié)構(gòu)動力彈塑性計(jì)算軟件PKPM-SAUSAGE。該軟件模型刪除地下室部分(YJK模型也相同處理),取地面為嵌固端,豎向荷載施加在梁和剪力墻上,質(zhì)量取1倍的恒荷載加上0.5倍的活荷載,同時樓板采用彈性板分析。

YJK和PKPM-SAUSAGE計(jì)算結(jié)果見表3。兩者計(jì)算的結(jié)構(gòu)總質(zhì)量、周期基本一致,初步判斷模型的分析結(jié)果準(zhǔn)確、可信。

表3 結(jié)構(gòu)總質(zhì)量及前三階周期對比

選取兩條天然波和一條人工波進(jìn)行計(jì)算,不同地震波下結(jié)構(gòu)的樓層層間位移角見圖4、圖5。

圖4 X方向?qū)娱g位移角曲線

圖5 Y方向?qū)娱g位移角曲線

三條地震波作用下,結(jié)構(gòu)在X向和Y向的層間位移角見圖4、圖5。其中X方向最大的位移角為1/194,Y方向最大的位移角為1/158。由此可見,大震作用下,各樓層的層間位移角都小于規(guī)范規(guī)定的1/100的限值,滿足要求。

COPD 的發(fā)病機(jī)制較為復(fù)雜，且個體之間發(fā)病易感性差異較大。吸煙已被證實(shí)為 COPD 發(fā)病最主要的危險(xiǎn)因素，但流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)僅有 10%～20% 的吸煙者發(fā)展為具有臨床癥狀的COPD[9]，并且 COPD 和肺功能受損具有家族聚集傾向，另外不同國家、不同民族 COPD 的發(fā)病率也不同[10]。隨著基因組學(xué)的深入研究及人類全基因組測序的完成，從基因水平分析疾病發(fā)病機(jī)制及遺傳易感性、揭示遺傳因素與疾病的相關(guān)性成為研究者關(guān)注的焦點(diǎn)。本研究旨在通過對 apoM 基因 SNP的研究，進(jìn)一步探索 COPD 患者的遺傳背景，為早期識別社區(qū)風(fēng)險(xiǎn)群體和發(fā)展新的個體化的治療靶點(diǎn)提供依據(jù)。

在SAUSAGE中構(gòu)件的損壞主要以混凝土的受壓損傷因子、受拉損傷因子及鋼材(鋼筋)的塑性應(yīng)變程度作為評定標(biāo)準(zhǔn),其與“高規(guī)”中構(gòu)件的損壞程度對應(yīng)關(guān)系見圖6。

圖6 性能水平分級說明

各參數(shù)說明如下：

εp/εy為鋼筋(鋼材)塑性應(yīng)變；

dc為混凝土受壓損傷系數(shù)；

dt為混凝土受拉損傷系數(shù)。

梁柱構(gòu)件性能等級取單元性能等級最大值,墻板構(gòu)件性能等級取單元按面積加權(quán)平均后的性能等級。模型根據(jù)上述指標(biāo)進(jìn)行綜合判定。

由于結(jié)構(gòu)在三條地震波作用下的結(jié)構(gòu)性能基本一致,因此下文選取人工波地震作用下的性能結(jié)果加以說明。人工波下剪力墻、框架結(jié)構(gòu)、樓板損傷評定見圖7～9：

圖7 人工波作用下剪力墻性能水平

從圖7可以看出,剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)處于輕微、輕度損壞階段,大部分連梁處于輕度損壞階段,部分比較嚴(yán)重?fù)p壞,上部墻身部分輕微損壞,角部墻身部分輕微損壞,說明罕遇地震下連梁形成了鉸機(jī)制,起到了很好的耗能作用,也說明配置邊緣構(gòu)件的必要性。符合“強(qiáng)墻肢弱連梁”的概念設(shè)計(jì)原則。

圖8 人工波作用下框架結(jié)構(gòu)性能水平

從圖8可以看出,框架梁基本上處于輕度至中度損壞階段,框架柱處于無損傷至輕度損傷階段,部分裙房大跨躍層柱、主樓機(jī)房小塔樓柱處于中度損傷階段,需要加強(qiáng)?？紤]全高加密,增大配筋量,1層(-0.050 m)～3層(9.250 m)轉(zhuǎn)換框架處于輕微損傷階段,滿足要求。總體來說,框架梁起到了耗能作用,符合“強(qiáng)柱弱梁”的概念設(shè)計(jì)原則。

圖9 人工波作用下板性能水平

從圖9可以看出,樓板大部分均處于無損壞階段,裙房屋面與主樓交界轉(zhuǎn)角處樓板處于輕微損傷階段,考慮對裙房屋面與主樓交界處板加強(qiáng),增大配筋量。

從上述分析結(jié)果可以得到如下結(jié)論：

1)在完成罕遇地震彈塑性分析后,結(jié)構(gòu)仍保持直立,最大層間位移角滿足小于1/100的規(guī)定要求。結(jié)構(gòu)整體性能滿足“大震不倒”的設(shè)防水準(zhǔn)要求。

2)剪力墻連梁、框架梁大部分處于輕度至中度損壞階段,起到了很好的耗能作用。

3)底部加強(qiáng)區(qū)少量剪力墻發(fā)生受壓損傷現(xiàn)象,鋼筋塑性應(yīng)變小于0.025,處于輕度損壞階段。說明大震作用下剪力墻整體性能良好。

4)大部分框架柱處于無損傷至輕度損傷階段,部分裙房大跨躍層柱、主樓機(jī)房小塔樓柱處于中度損傷階段,需要加強(qiáng)?？蚣苤w性能良好。

5)裙房屋面與主樓交界轉(zhuǎn)角處樓板處于輕微損傷階段,考慮對裙房屋面與主樓交界處板加強(qiáng),增大配筋量。

6)結(jié)構(gòu)整體性能滿足大震作用下的性能要求。

4 結(jié) 語

通過從承載力和抗震構(gòu)造措施兩方面入手,對結(jié)構(gòu)的重要部位、薄弱部位和薄弱層進(jìn)行了加強(qiáng),從計(jì)算結(jié)果分析,可滿足正常使用和耐久性要求,達(dá)到“小震不壞、中震可修、大震不倒”的總體設(shè)防目標(biāo)。