廈門某酒店結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

楊 煌

（福建綠城建筑設(shè)計(jì)有限公司， 福建 廈門 361008）

1 工程概況

項(xiàng)目位于廈門市思明區(qū)。主要包括辦公主樓、酒店和商業(yè)裙樓三部分。上述三個(gè)部分結(jié)構(gòu)在地下室連結(jié)為一體，半地下室地面以上通過結(jié)構(gòu)縫將主體結(jié)構(gòu)分為四個(gè)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元，分別為：高層辦公主樓、酒店、商業(yè)裙樓（高層部分）和商業(yè)裙樓（多層部分）。

本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為 50年，建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級。酒店為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類。結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值0.15g，所屬的設(shè)計(jì)地震分組為第二組，建筑場地類別為Ⅱ 類，基本風(fēng)壓取50年一遇為0.80kPa。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級為甲級。酒店的抗震等級為框架二級，剪力墻二級。建筑整體效果圖如圖1所示。

圖1 建筑整體效果圖

2 多功能廳25m跨度屋蓋設(shè)計(jì)

酒店多功能廳頂部為跨度25.2m的種植屋面，層高12m，建筑要求使用凈空達(dá)10m。為了使結(jié)構(gòu)盡可能優(yōu)化，并滿足建筑使用功能的要求，給出預(yù)應(yīng)力混凝土梁、型鋼梁、鋼梁三種結(jié)構(gòu)形式的方案進(jìn)行比選[1]。

多功能廳頂板板厚為 150mm，種植屋面，恒載標(biāo)準(zhǔn)值14.9KN/m2，活載標(biāo)準(zhǔn)值取3.0KN/m2。在柱網(wǎng)與荷載一致的條件下，通過PKPM軟件對三種方案進(jìn)行計(jì)算，并進(jìn)行施工圖繪制，得到三種方案的單根梁的鋼筋及混凝土用量，如表1所示。

表1 三種方案單根梁鋼筋用量與砼用量匯總

從表1的數(shù)據(jù)可知，砼用量方面，鋼梁方案砼用量最少，鋼筋用量方面，預(yù)應(yīng)力梁方案最少，型鋼梁方案最多，故綜合造價(jià)方面，型鋼梁方案最高，預(yù)應(yīng)力梁方案最低。從梁高方面看，鋼梁高度最小，對建筑空間使用最有利。

從三種方案的特點(diǎn)考慮，對比鋼梁方案，預(yù)應(yīng)力梁與型鋼混凝土梁方案都有梁自重大，對于大跨度結(jié)構(gòu)傳力效率較低的缺點(diǎn)，且對周圈部位的梁扭矩較大，鋼梁方案可與周圈梁鉸接連接，對邊梁的扭矩就可以減小。從施工角度看，預(yù)應(yīng)力梁施工工藝較復(fù)雜，需要一定的專用設(shè)備，型鋼梁因梁內(nèi)有型鋼兼梁受力鋼筋，在梁柱節(jié)點(diǎn)處鋼筋交接復(fù)雜，施工困難，鋼梁施工因采用鉸接節(jié)點(diǎn)，無鋼筋交叉的問題，施工簡便迅速，且預(yù)應(yīng)力梁與型鋼梁方案都需要屋面現(xiàn)澆高支模，施工不便，若采用鋼梁方案，屋面樓板可采用鋼筋桁架樓承板，無需搭設(shè)滿堂腳手架支撐屋面模板，減少了施工工期，提高了安全性。綜合考慮，結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)，最終選擇鋼梁方案。

此鋼梁方案中鋼梁皆為鋼次梁，與周邊混凝土梁或框架柱皆為鉸接，統(tǒng)一采用錨板鉸接節(jié)點(diǎn)[2]，避免了與其相連的框架柱內(nèi)設(shè)置型鋼的問題，減少了成本，也便于施工。屋蓋的樓板采用鋼筋桁架樓承板，鋼梁與樓板的栓釘皆設(shè)置為構(gòu)造栓釘，鋼梁截面保守設(shè)計(jì)，非按組合梁考慮設(shè)置。

3 設(shè)備夾層設(shè)計(jì)

該酒店在4層以上為酒店客房，4層以下為酒店功能房間，在4層與5層之間設(shè)備需要增加設(shè)備夾層進(jìn)行設(shè)備管線的轉(zhuǎn)換，設(shè)備夾層層高僅2.19m，客房層高3.6m，故4層樓板面到5層樓板面高度為5.79m，5層以上皆為標(biāo)準(zhǔn)層，層高3.6m，3層到4層的層高為6m。

根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[3]（JGJ-2010）3.5.2、3.5.3條正文內(nèi)容及其條文說明，我們知道合理設(shè)計(jì)的高層建筑下部樓層的側(cè)向剛度宜大于上部樓層的側(cè)向剛度，若上部樓層剛度過大，則變形會集中于剛度小的下部樓層進(jìn)而形成結(jié)構(gòu)軟弱層，根據(jù)《高規(guī)》（JGJ-2010）3.5.7條，還應(yīng)盡量避免結(jié)構(gòu)在同一樓層同時(shí)出現(xiàn)軟弱層與薄弱層。

進(jìn)行模型計(jì)算后結(jié)果分析，由于酒店設(shè)備夾層的層高突變，導(dǎo)致第4層與第5層的側(cè)向剛度比僅為0.61，小于規(guī)范限值，且第4層與第5層的承載力之比僅為0.54，不滿足規(guī)范的0.65的限值要求。也就是說，若將酒店設(shè)備夾層按正常標(biāo)準(zhǔn)樓層設(shè)計(jì)，將會導(dǎo)致第4層同時(shí)為結(jié)構(gòu)薄弱層與結(jié)構(gòu)軟弱層，按規(guī)范要求，不宜采用，故需采取措施對設(shè)備夾層的結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行調(diào)整，避免第4層同時(shí)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)薄弱層與軟弱層。

首先通過與建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行協(xié)商，由于建筑面積限值與房屋高度限值，設(shè)備夾層的高度無法進(jìn)行增加，第四層的高度由于建筑功能房間需要，亦無法進(jìn)行減小，故調(diào)整層高的方案無法成立。經(jīng)過反復(fù)研究，考慮到夾層面積為整層面積，面積較大，故最終采用將設(shè)備夾層的樓板與結(jié)構(gòu)主體豎向構(gòu)件脫開的方案，使其僅作為附加荷載落于第4層樓面的方案[4]，這樣處理后，將沒有2.19m的設(shè)備突變夾層，計(jì)算時(shí)就可以用4層到5層的合并高度5.79m進(jìn)行計(jì)算。按新方案處理后，第4層的軟弱層與薄弱層得到解決，第5層雖然層高比第6層高，但是通過對結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件的截面調(diào)整，亦可以解決第5層的薄弱層與軟弱層問題。

設(shè)備夾層原定為鋼樓板夾層方案，考慮到夾層下方為設(shè)備走管空間，上方為酒店客房房間，為了保證樓板防水性及使用舒適性，故樓板由鋼樓板調(diào)整為現(xiàn)澆混凝土樓板，樓板與主體豎向構(gòu)件之間設(shè)置50mm的變形縫，采用柔性填充連接，結(jié)構(gòu)梁依然為鋼梁。由于大部分酒店柱跨為 8.4m以上，柱跨較大，為了保障設(shè)備夾層的使用高度，梁高不宜太高，故在柱跨內(nèi)增加1到2排柱，可減小梁高。酒店豎向構(gòu)件預(yù)埋連接板，夾層鋼梁與連接板鉸接處理，采用高強(qiáng)螺栓連接，連接螺栓孔采用長圓孔，這樣就可以保證使鋼梁僅傳遞豎向荷載給酒店豎向構(gòu)件，避免夾層對酒店豎向構(gòu)件產(chǎn)生約束，豎向構(gòu)件計(jì)算就可以不用考慮夾層鋼梁的影響，工程實(shí)際情況就能與計(jì)算假定對應(yīng)上。

4 屋頂女兒墻位移角控制

該酒店屋頂構(gòu)架層外圍設(shè)置玻璃幕墻女兒墻，由于規(guī)劃原因，屋頂構(gòu)架層僅外圈位置的結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件能設(shè)置，內(nèi)部豎向構(gòu)件無法從屋面延伸至構(gòu)架層，故構(gòu)架層僅酒店外圈一圈能設(shè)置框架梁拉結(jié)，故對外圈大部分框架柱，無法設(shè)置雙向框架梁拉結(jié)，由此導(dǎo)致屋頂構(gòu)架層的位移角顯著增加，根據(jù)《高規(guī)》（JGJ3-2010）3.7.3條，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的位移角控制限值為1/800，因廈門風(fēng)壓較大，達(dá)到0.80kPa，地震力也較大，為7度（0.15g）地區(qū)，且酒店屋頂東側(cè)存在一層退臺，最高女兒墻高度達(dá)到6.7m，按原設(shè)計(jì)僅外圈設(shè)置框架女兒墻方案，地震工況與風(fēng)荷載工況下最大位移角皆大于 1/500，皆難以滿足《高規(guī)》的位移角要求，因此如何控制女兒墻的位移角滿足規(guī)范要求成為項(xiàng)目難點(diǎn)。

眾所周知，應(yīng)變=應(yīng)力/剛度，故控制位移角，可以從兩個(gè)角度分析，一種是減小結(jié)構(gòu)受力，還有一種是增大結(jié)構(gòu)剛度，從而考慮以下方案。方案一，減小結(jié)構(gòu)受力，故可以考慮玻璃幕墻采取鏤空的建筑設(shè)計(jì)，主要為減小屋頂玻璃幕墻的風(fēng)荷載，但無法解決地震工況下的位移限值問題，故此方案被否決。方案二，增加屋頂外圈構(gòu)架的結(jié)構(gòu)剛度，僅增大外圈框架柱截面，依然無法滿足位移角的限值，故考慮在框架柱平面外增加斜撐，從而提高外圈框架結(jié)構(gòu)的剛度，效果明顯，但空中俯視角度看，屋頂構(gòu)架美觀度不足，被建筑否決。方案三，依然從增加屋頂外圈構(gòu)架的結(jié)構(gòu)剛度的角度考慮，在框架柱平面外增加一道 300mmx1500mm的鋼筋混凝土扶壁墻，且在片墻頂部增加一道框架梁，從而形成小框架體系，如圖2所示，此方案大大增大了外圈結(jié)構(gòu)的剛度，從而很好的控制了屋頂構(gòu)架層的位移角，比加斜撐方案美觀，建筑也同意此方案，從而最終采用此方案。

圖2 屋頂構(gòu)架方案局部布置圖

5 豎向體型收進(jìn)

該項(xiàng)目因酒店帶裙房多功能廳，在多功能廳頂部收進(jìn)，4層以下為53mx53m的矩形平面，4層以上為53 m x53 m的L形平面，第4層的標(biāo)高大于總標(biāo)高的0.2，故4層位置標(biāo)高17.900m處存在豎向體型收進(jìn)，豎向體型收進(jìn)造成了結(jié)構(gòu)在豎向位置尺寸與剛度突變，會導(dǎo)致突變附近樓層變形和應(yīng)力集中，對抗震不利。

在方案布置階段，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)體型收進(jìn)的情況，可設(shè)縫將酒店多功能廳與酒店主體脫開，但本項(xiàng)目酒店若將酒店多功能廳與酒店主體脫開，多功能廳與多層裙房連在一起，將存在需設(shè)置斜撐的大懸挑，單排柱純懸挑等問題，故最終采用酒店帶裙房多功能廳的方案，依據(jù)《高規(guī)》與朱炳寅的《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程應(yīng)用與分析》[5]，采取相應(yīng)結(jié)構(gòu)措施處理豎向體型收進(jìn)的問題。

根據(jù)《高規(guī)》10.6.2條的要求，該酒店第4層樓板板厚取150mm，樓板配筋為雙層雙向10@200通長布置再加附加筋的形式，酒店第3層和第5層板厚取 120mm，樓板配筋為雙層雙向8@200通長布置再加附加筋的形式，這樣就滿足了規(guī)定，確保了突變部位及上、下層樓板的變形協(xié)調(diào)作用。

根據(jù)《高規(guī)》10.6.5條1款，從收進(jìn)層以下所有樓層中取最大的層間位移角，與第5層進(jìn)行比較，通過調(diào)整豎向構(gòu)件截面，提高上部結(jié)構(gòu)剛度，從而滿足了位移角的相關(guān)規(guī)范要求。

根據(jù)《高規(guī)》10.6.5條2款，將2～6層之間的酒店L形周圈豎向構(gòu)件的抗震等級從二級提高為一級。根據(jù)《高規(guī)》10.6.5條3款，因改酒店為偏心收進(jìn)，故將2～4層之間的結(jié)構(gòu)周邊豎向構(gòu)件的抗震構(gòu)造措施提高一級，按一級考慮。

6 結(jié)論

該項(xiàng)目酒店是一個(gè)體型較復(fù)雜的高層建筑。對于25m跨度的多功能廳屋蓋的難點(diǎn)，采用單向鋼梁的結(jié)構(gòu)布置方案，合理的實(shí)現(xiàn)了建筑的大空間無柱多功能廳的要求。對于設(shè)備轉(zhuǎn)換夾層，通過設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)夾層脫開主體豎向構(gòu)件的方案，避免了整體模型薄弱層和軟弱層的不規(guī)則情況。對于屋頂構(gòu)架位移角控制的難點(diǎn)，通過設(shè)置鋼筋混凝土片墻，提高了構(gòu)架的剛度和穩(wěn)定性，按規(guī)范要求控制住了構(gòu)架的變形。對于豎向體型收進(jìn)的情況，通過《高規(guī)》相應(yīng)的條文要求，對薄弱部位制定了合理的加強(qiáng)措施，滿足了規(guī)范的相應(yīng)要求。項(xiàng)目通過PKPM的軟件計(jì)算，針對項(xiàng)目的各個(gè)難點(diǎn)，采取適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)處理措施，實(shí)現(xiàn)了建筑功能，并有效的保證了結(jié)構(gòu)的可靠安全。