象山君瀾度假酒店超限結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

方蘇軍

0 引言

地震作為一種無(wú)法避免的自然災(zāi)害，一直對(duì)人類(lèi)的生存和發(fā)展有著嚴(yán)重的威脅。由于建筑立面及平面造型需要，結(jié)構(gòu)存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、凹凸不規(guī)則、尺寸突變、樓板不連續(xù)等不規(guī)則項(xiàng)，屬于特別不規(guī)則多層建筑。本次設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)體系的一系列抗震概念設(shè)計(jì)原則：（1）要求應(yīng)具有明確的計(jì)算簡(jiǎn)圖和合理地震作用傳遞途徑；（2）應(yīng)避免部分結(jié)構(gòu)的破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)的倒塌；（3）應(yīng)有必要的承載力、良好的變形能力和耗能能力；（4）應(yīng)避免剛度和承載力分布不均，導(dǎo)致應(yīng)力與塑性變形過(guò)分集中，而產(chǎn)生薄弱部位；第五是多道設(shè)防，防止局部構(gòu)件破壞而倒塌；第六是兩個(gè)主軸方向動(dòng)力特性宜相近，以減少扭轉(zhuǎn)振動(dòng)影響等。并且通過(guò)兩種軟件分析計(jì)算，各項(xiàng)指標(biāo)都滿足規(guī)范要求，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能達(dá)到預(yù)定的抗震性能目標(biāo)。

1 工程概況

浙江廣電象山君瀾度假酒店新建項(xiàng)目位于寧波市象山縣新橋鎮(zhèn)影視大道11 號(hào)中國(guó)海影城?？偨ㄖ娣e21 331.89m，地上6 層，地下1 層，建筑高度23.75m，客房部1 層高5.4m,其他樓層層高3.65m；宴會(huì)廳1 層層高5.4m，2 層層高6.5m；酒店大堂1 層層高5.4m，2 層層高4.6m。項(xiàng)目集書(shū)吧、會(huì)議室、童玩區(qū)、健身房、宴會(huì)廳、輔助用房、大堂、圖書(shū)吧、辦公等功能一體。

該工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50 年，安全等級(jí)為二級(jí)，建筑樁基設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)，人防工程抗力級(jí)別為核6、常6，場(chǎng)地地震基本烈度為6 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，本場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅳ類(lèi)，多遇地震水平地震影響系數(shù)最大值為0.04，罕遇地震影響系數(shù)最大值為0.28，場(chǎng)地特征周期為0.45s。建筑物抗震設(shè)防類(lèi)別為丙類(lèi)。取50 年一遇的基本風(fēng)壓為1.2KN/m，10 年一遇的基本風(fēng)壓為0.95KN/m，地面粗糙度類(lèi)別為B 類(lèi)。

2 結(jié)構(gòu)體系和布置

本酒店集客房部、宴會(huì)廳、酒店大廳通過(guò)設(shè)置兩道伸縮縫結(jié)構(gòu)連為一體，上部結(jié)構(gòu)均嵌固于地下室地板處，采用混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，基礎(chǔ)采用樁基+防水板基礎(chǔ)，樁型采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁，混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C30。由于本項(xiàng)目平面尺寸較大，地下室最大有效長(zhǎng)度210.42m,最大寬度38.9m；地面以上最大有效長(zhǎng)度385.59m,最大有效寬度38.48m。為改善結(jié)構(gòu)抗震性能，同時(shí)控制結(jié)構(gòu)單元尺寸，減小混凝土的收縮及溫度應(yīng)力的影響，在地面以上設(shè)置兩道防震縫兼伸縮縫將結(jié)構(gòu)分為客房部、宴會(huì)廳、酒店大廳三個(gè)結(jié)構(gòu)單元，盡量減少對(duì)建筑立面效果的影響。

2.1 結(jié)構(gòu)超限判定

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（2016 版）》（GB 50011-2010）第3.4.3 條及條文說(shuō)明，針對(duì)客房部、宴會(huì)廳、酒店大廳結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行不規(guī)則判定。

2.1.1 客房部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（1）扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，X 向考慮偶然偏心的位移比最大值1.27大于限值1.2，Y 向考慮偶然偏心的位移比最大值1.12 小于限值1.2。（2）凹凸不規(guī)則，屋頂層最大凹進(jìn)尺寸與相應(yīng)邊長(zhǎng)的比值為35%大于限值30%。（3）樓板不連續(xù)，第9、10 層開(kāi)洞后有效寬度比位37.5%大于限值30%。（4）尺寸突變，豎向構(gòu)件位置最大縮進(jìn)尺寸比為40%大于限值25%。

2.1.2 酒店大廳結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（1）扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，X 向考慮偶然偏心的位移比最大值1.40大于限值1.2，Y 向考慮偶然偏心的位移比最大值1.25 大于限值1.2。（2）凹凸不規(guī)則，屋面層最大凸出尺寸與相應(yīng)邊長(zhǎng)的比值為32.3%大于限值30%。（3）樓板不連續(xù)，第2 層開(kāi)洞后有效寬度比位68.4%大于限值30%；設(shè)置穿層柱，已考慮其引起的樓板不連續(xù)時(shí)，穿層柱的不規(guī)則可不計(jì)入項(xiàng)。

2.1.3 宴會(huì)廳結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（1）扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，X 向考慮偶然偏心的位移比最大值1.07小于限值1.2，Y 向考慮偶然偏心的位移比最大值1.36 大于限值1.2。（2）樓板不連續(xù)，第2 層開(kāi)洞后有效寬度比位72.1%大于限值30%；設(shè)置穿層柱，已考慮其引起的樓板不連續(xù)時(shí)，穿層柱的不規(guī)則可不計(jì)入項(xiàng)。

綜上所述，合并同類(lèi)超限項(xiàng)后，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（2016 版）》（GB 50011-2010）第3.4.3 條及條文說(shuō)明，屬于特別不規(guī)則，對(duì)超限進(jìn)行補(bǔ)充分析計(jì)算及關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行性能化設(shè)計(jì)等加強(qiáng)措施。

2.2 抗震性能目標(biāo)

根據(jù)本項(xiàng)目的場(chǎng)地條件、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和社會(huì)影響，擬定本項(xiàng)目的抗震性能目標(biāo)如下：抗震性能整體目標(biāo)擬選為 D，如表1所示。

表1 抗震性能目標(biāo)（D 類(lèi)）

3 整體抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

3.1 多遇地震彈性分析

象山君瀾度假酒店在進(jìn)行整體指標(biāo)計(jì)算時(shí)采用了北京盈建科軟件有限責(zé)任公司編制的建筑結(jié)構(gòu)分析軟件YJK-A（S4.0版），同時(shí)采用PKPM SATWE 軟件進(jìn)行整體對(duì)比分析計(jì)算。

表2 YJK、PKPM SATWE 軟件整體指標(biāo)計(jì)算結(jié)果對(duì)照分析表

3.2 多遇地震彈性時(shí)程分析

分析軟件采用YJK 軟件，地震波選取根據(jù)場(chǎng)地類(lèi)別和特征周期提供的地震波數(shù)據(jù)，選取了下述三組地震波，其中天然波：①I(mǎi)mperial Valley-07_NO_198,Tg（0.43），②Superstition Hills-01_NO_718,Tg（0.43）；人工波：①ArtWave-RH1TG045,Tg（0.45）。時(shí)程分析時(shí)地震波持續(xù)時(shí)間不小于建筑結(jié)構(gòu)基本自振周期的 5 倍和 15s，彈性時(shí)程分析所用地震加速度時(shí)程最大值為 35cm/s，按照規(guī)范要求可以采用。

取三組時(shí)程曲線進(jìn)行計(jì)算時(shí)，結(jié)構(gòu)地震作用效應(yīng)宜取時(shí)程法計(jì)算結(jié)果的包絡(luò)值與振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的較大值；結(jié)構(gòu)選用了3 條地震波，取所有地震波樓層剪力的包絡(luò)值與CQC 結(jié)果進(jìn)行對(duì)比得到：X 向地震力放大系數(shù)1.061、Y 向地震力放大系數(shù)1.101。

3.3 罕遇地震下彈塑性靜力分析（Pushover）

3.3.1 分析計(jì)算

為保證“大震不倒”的抗震性能要求，為避免大震作用下結(jié)構(gòu)薄弱部位較早破壞導(dǎo)致嚴(yán)重后果，進(jìn)行了 Pushover 彈塑性靜力分析計(jì)算，分析采用北京盈建科軟件有限責(zé)任公司編制的建筑結(jié)構(gòu)分析軟件 YJK-A（4.0 版）。罕遇地震影響系數(shù)按照規(guī)范取 0.28，特征周期取0.50s。結(jié)構(gòu)彈性狀態(tài)阻尼比 0.05。本項(xiàng)目地上首層嵌固，對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈塑性靜力分析。荷載采用“彈性 CQC”和“倒三角”兩種形式分別計(jì)算。

3.3.2 罕遇地震下抗倒塌驗(yàn)算

（1）當(dāng)采用“彈性 CQC”荷載形式時(shí)，當(dāng) X 向推覆力達(dá)到 5382.6kN 時(shí)，結(jié)構(gòu)達(dá)到推覆性能點(diǎn)，此時(shí)樓層最大層間位移角為 1/335；當(dāng) Y 向推覆力達(dá)到5891.5kN 時(shí)，結(jié)構(gòu)達(dá)到推覆性能點(diǎn)，此時(shí)樓層最大層間位移角為 1/367，均滿足規(guī)范對(duì)框架結(jié)構(gòu)彈塑性層間位移角的 1/50 要求，能夠滿足大震不倒的抗震目標(biāo)，如圖1 及圖2 所示。

圖1 X 向抗倒塌驗(yàn)算

圖2 Y 向抗倒塌驗(yàn)算

工況X+向推覆性能點(diǎn)信息如下：Inc=23、Sd=0.0482 m、Sa=1.0255 m/s、T=1.3616s、Δ=67.64 mm、V=26939.44 KN、ζ=0.0820。工況Y+向推覆性能點(diǎn)信息如下：Inc=24、Sd=0.0412m、Sa=1.0719 m/s、T=1.2315s、Δ=65.41mm、V=28110.72 KN、ζ=0.0918。

（2）當(dāng)采用“彈性 倒三角”荷載形式時(shí)，當(dāng) X 向推覆力達(dá)到 6 921.4kN 時(shí)，結(jié)構(gòu)達(dá)到推覆性能點(diǎn)，此時(shí)樓層最大層間位移角為 1/345；當(dāng) Y 向推覆力達(dá)到7 168.6kN 時(shí)，結(jié)構(gòu)達(dá)到推覆性能點(diǎn)，此時(shí)樓層最大層間位移角為 1/386，均滿足規(guī)范對(duì)框架結(jié)構(gòu)彈塑性層間位移角的 1/50 要求，能夠滿足大震不倒的抗震目標(biāo)，如圖3、圖4 所示。

圖3 X 向抗倒塌驗(yàn)算

圖4 Y 向抗倒塌驗(yàn)算

工況X+向推覆性能點(diǎn)信息如下：Inc=28、Sd=0.0407 m、Sa=1.1418 m/s、T=1.1868s、Δ=63.61mm、V=32775.77KN、ζ=0.0824。工況Y+向推覆性能點(diǎn)信息如下：Inc=29、Sd=0.0380m、Sa=1.1877m/s、T=1.1235s、Δ=61.38mm、V=33946.33 KN、ζ=0.0922。

（3）X、Y 向靜力推覆時(shí)塑性鉸分布情況。當(dāng)采用“彈性 CQC”荷載形式，X 向靜力推覆時(shí)加載到第 23 步時(shí)，達(dá)到大震性能點(diǎn)，此時(shí)結(jié)構(gòu)基底剪力達(dá)26939.4kN，Y 向靜力推覆時(shí)加載到第24 步時(shí)，達(dá)到大震性能點(diǎn)，此時(shí)結(jié)構(gòu)基底剪力達(dá)28 110.7 kN。當(dāng)采用“倒三角”荷載形式，X 向靜力推覆時(shí)加載到第 28 步時(shí)，達(dá)到大震性能點(diǎn)，此時(shí)結(jié)構(gòu)基底剪力達(dá)32 775.8kN，Y 向靜力推覆時(shí)加載到第29 步時(shí)，達(dá)到大震性能點(diǎn)，此時(shí)結(jié)構(gòu)基底剪力達(dá)33 946.3kN。由X、Y 向靜力推覆時(shí)塑性鉸分布情況可知，大震下大部分沿加載方向連梁及與剪力墻順接的框架梁端部出現(xiàn)塑性鉸，起到耗能的作用，部分樓層剪力墻剛度退化到限定值，進(jìn)入屈服階段，少部分框架梁、大跨度梁、大懸臂梁、穿層柱子達(dá)到屈服狀態(tài)，出現(xiàn)塑性鉸，個(gè)別框架梁出現(xiàn)了破壞狀態(tài)，但是結(jié)構(gòu)整體仍具有一定的抗側(cè)剛度，不至于危及結(jié)構(gòu)整體安全，滿足“大震不倒”要求。

此外，通過(guò)塑性鉸出鉸順序可知，連梁先于框架梁、框架柱進(jìn)入屈服狀態(tài)，表明剪力墻作為第一道防線吸收大量地震力并通過(guò)連梁屈服有效地消耗了地震能量，其后框架作為第二道防線共同參與抗震耗能，最終塑性鉸都分布在連梁及框架梁上，實(shí)現(xiàn)了“強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)目標(biāo)，保證結(jié)構(gòu)的安全。其中輕微損傷、中等損傷、重度損傷、破壞退出工作性能的衡量標(biāo)準(zhǔn)為梁、柱構(gòu)件的塑性轉(zhuǎn)角，本工程中四種性能水準(zhǔn)的相對(duì)限值分別為0.40、0.60、0.80、0.99。

4 結(jié)語(yǔ)

本工程屬于超限多層建筑，鑒于本工程的設(shè)防烈度、場(chǎng)地條件、房屋高度、不規(guī)則的部位和程度以及經(jīng)濟(jì)性等方面的綜合考慮，本工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)設(shè)定了與建筑物本身相匹配的較為合理的性能目標(biāo)。

小震下的振型分解反應(yīng)譜法的計(jì)算分析，結(jié)果表明在小震下結(jié)構(gòu)的周期、振型、位移指標(biāo)、剛度、內(nèi)力等均滿足規(guī)范要求，兩種不同程序的計(jì)算結(jié)果基本一致，其變化規(guī)律、形態(tài)均完全相同。

針對(duì)關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行了性能化設(shè)計(jì)，結(jié)果顯示結(jié)構(gòu)在小震作用下完好、無(wú)損壞；在中震作用下出現(xiàn)中度損壞，但經(jīng)修復(fù)或加固后可繼續(xù)使用；在大震作用下出現(xiàn)比較嚴(yán)重?fù)p壞，需排險(xiǎn)大修，但不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞。結(jié)構(gòu)能達(dá)到所選用的D 級(jí)抗震性能設(shè)計(jì)目標(biāo)。

多遇地震下的彈性時(shí)程補(bǔ)充分析結(jié)構(gòu)表明，結(jié)構(gòu)具備良好的抗震性能。罕遇地震下的靜力彈塑性補(bǔ)充分析結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)能夠滿足“大震不倒”的抗震目標(biāo)。

為達(dá)到上述抗震性能，施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，重點(diǎn)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)，特別是鋼筋混凝土框架、鋼結(jié)構(gòu)等節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)。針對(duì)超長(zhǎng)較多結(jié)構(gòu)地下室未斷縫，地上結(jié)構(gòu)雖經(jīng)結(jié)構(gòu)斷縫，但仍屬超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，為了減少溫度和混凝土收縮對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，采取以下措施：（1）適當(dāng)增加超長(zhǎng)方向縱向鋼筋。（2）設(shè)置后澆帶。（3）做好外墻、頂板的保溫隔熱措施，降低溫差產(chǎn)生的溫度應(yīng)力。

綜上所述，本結(jié)構(gòu)具有較好的抗震性能，設(shè)計(jì)能達(dá)到預(yù)定的抗震性能目標(biāo)。