五星级酒店结构抗震设计探究

摘要：怀化某五星级酒店为一大底盘单塔楼结构，采用钢筋混凝土框架-核心筒结构，存在平面凹凸不规则、扭转不规则及塔楼偏置的不规则项，为了确保结构安全可靠，根据结构特点，采取了有针对性的加强措施，合理选取抗震性能目标，采用PKPM和YJK软件进行了多遇地震弹性分析、设防地震分析和罕遇地震静力弹塑性分析，并顺利通过了超限审查。各项分析指标满足规范及超限审查要求，结构安全可靠、经济合理。

关键词：大底盘单塔楼；超限；框架-核心筒结构

1工程概况

某五星级酒店位于湖南省怀化市，总建筑面积81165m2，由酒店塔楼及裙房组成。塔楼地上21层，结构高93.9m；裙房地上6层，结构高30.9m；塔楼及裙房均设3层地下室，地下2层、3层主要为机动车库和设备用房，层高均为4.0m；地下1层主要为非机动车库，层高5.4m；1层主要功能为酒店大堂、餐饮和商业，层高5.4m；2~6层主要功能为办公、商业和宴会，层高5.1m；7~11层主要功能为办公，层高4.5m；12~21层主要为客房，层高3.8m。建筑效果见图1。设计条件和参数：50a一遇基本风压为0.30kN/m2，地面粗糙度类别为B类；50a一遇基本雪压为0.35kN/m2。详细设计参数见表1。

2结构体系

根据建筑平面布置，酒店塔楼及裙房采用框架－核心筒结构，塔楼和裙房连为一个整体，不设永久的变形缝，框架柱与内筒之间的距离约11m（<12m）。核心筒为矩形，长边边长约19m，短边边长约13m，高宽比为7.2（<12），满足《高规》[1]相关要求。裙房2层结构平面布置见图2。考虑到宴会厅中间不允许设置框架柱且该处跨度较大，为满足建筑使用需求，改善框架延性，提高其抗剪承载力，并减小截面，设计中采用型钢混凝土梁、柱。主要构件截面见表2。

3超限情况分析和抗震性能目标

3.1高度超限分析

根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》[2]的规定，本塔楼高度不超限。

3.2超限情况小结

（1）扭转不规则。考虑偶然偏心的扭转位移比＞1.2。（2）凹凸不规则。酒店大堂处平面凹凸尺寸大于相应边长30%。（3）塔楼偏置。单塔与大底盘质心偏心距大于底盘相应边长的20%。3.3抗震性能目标综合考虑本工程的设防烈度、场地条件、结构的特殊性、建造费用、震后损失和修复难易程度，结合概念设计中的“强柱弱梁”“强剪弱弯”“强节点弱构件”的基本理念，确定本工程抗震性能目标为C级，具体内容见表3。

4结构弹性分析

4.1小震反应谱分析

采用SATWE和YJK软件对整体结构进行小震弹性分析。对于各水准地震加速度反应谱，考虑了X向、Y向和竖向地震作用（主要针对宴会厅大跨度框架及楼盖）；对于小震，考虑了双向地震及偶施工技术然偏心的影响。保证结构的各项指标满足规范对复杂结构的要求，确定结构的构件尺寸，保证结构的变形满足国家现行规范的要求，主要计算指标详见表4。计算结果表明，结构的主振型以平动为主，周期比、层间位移角、剪重比、位移比、刚度比、受剪承载力比、刚重比均满足《高规》[1]的限值要求。结构抗震设计可达到预期的性能目标，且两套软件的计算结果相近，从侧面反映出结构建模与分析的正确性。

4.2弹性时程分析

根据《抗规》[3]的要求，选择2条天然地震波和1条人工地震波进行计算（见图3）。比较3条地震波的地震影响系数曲线与振型分解反应谱法所用的地震影响系数曲线，各条地震波平均谱和规范谱在前3个周期点对应的地震影响系数相差≤20%，满足《抗规》[3]“统计意义上相符”的要求。4.2.1时程分析比较。（1）楼层剪力。弹性时程分析法补充计算结果与振型分解反应谱法计算结果基本一致，每条时程曲线计算的底部剪力不小于振型分解反应谱法计算的65%，平均值不小于振型分解反应谱法计算的80%，满足规范要求。计算结果见表5。（2）楼层位移角。弹性时程分析法补充计算结果表明，时程分析得到的楼层位移角与振型分解反应谱法计算结果基本一致。4.2.2最不利设计工况。根据规范规定，当取3组时程曲线进行计算时，结构地震作用效应可取时程法计算结果的包络值与CQC法计算结果的较大值。由以上分析结果可知，本工程由CQC法计算得到的楼层地震剪力大部分小于时程法计算结果的包络值，因此施工图设计时对CQC法地震力进行全楼放大，放大系数取1.224，以确保结构安全。

5设防地震分析

在中震作用下剪力墙和框架柱受剪承载力满足中震弹性的设防目标，少数连梁、框架梁出现超筋，剪力墙和框架柱受弯承载力经中震不屈服验算，满足中震不屈服的设防目标。设计时，取中震计算结果和小震计算结果的包络值。历次震害表明，底部剪力墙在拉剪作用下会发生较严重的破坏。中震不屈服计算时，底层大部分墙肢处于受压状态，仅个别小墙肢产生了拉应力，但处于受拉状态的小墙肢的名义拉应力标准值均小于混凝土抗拉强度标准值；根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》[2]的相关要求，对在中震受拉的核心筒剪力墙，按特一级墙肢采取抗震构造措施。

6关键构件分析

6.1关键构件的性能目标

（1）大凹口处楼层楼板性能目标：小震下楼板混凝土主拉应力不大于混凝土抗拉强度标准值；中震下楼板混凝土主压应力及剪应力不大于混凝土抗压强度标准值。（2）裙房越层柱性能目标：抗剪及抗弯均满足中震弹性、大震弹性的要求。（3）宴会厅大跨度框架性能目标：抗剪及抗弯均满足中震弹性、大震弹性的要求。

6.2裙房越层柱

为满足酒店大堂的大空间使用需求，裙房底部存在跨3层的通高越层柱（见图4），为保证结构的安全，选取1.0恒载（含结构自重）+1.0活载的工况对上述部位进行稳定性分析，对于越层柱，需借助屈曲分析确定其计算长度，保证整体模型计算时承载力及稳定性验算的准确性。采用SAP2000软件进行线性屈曲分析，构件临界屈曲荷载=初始工况内力×屈曲因子。裙房越层柱1、越层柱3在结构第4阶出现屈曲，屈曲因子为39.44，屈曲模态见图5。选取越层柱的第一次屈曲荷载作为验算计算长度系数的临界荷载，所有越层柱的计算长度系数推导见表6。由计算结果可知，越层柱的计算长度系数均小于SATWE软件计算时所取的计算长度系数（1.25），因此使用SATWE软件计算越层柱能满足结构的受力要求，安全可靠。

7大震静力弹塑性补充分析

振型分解法计算表明，结构2个主轴方向的地震反应主要由第一振型控制。采用PKPM软件的PUSHOVER程序进行罕遇地震的静力弹塑性分析。X向、Y向的能力曲线见图6、图7，大震状态时单体建筑的抗倒塌验算结果见表7。从抗倒塌验算结果来看，在预估的大震作用下，弹塑性层间位移角远小于《抗规》[3]限值（1/100），且随楼层较为均匀分布，说明本单体在大震作用下，具有良好的变形性能，能够满足“大震不倒”的设防要求；越层柱未出现塑性变形，始终保持弹性，刚度基本无退化；塑性铰位置主要出现在梁端，无柱端出现塑性铰的现象，能够实现强柱弱梁的目标。

8针对超限采取的措施

（1）对于塔楼结构在裙房顶的收进部位对应的相邻上下各2层的核心筒剪力墙，采用约束边缘构件，抗震等级提高至二级，箍筋全高加密，纵筋配筋率相比计算值提高15%。（2）对于大凹口处的楼板，采用PMSAP软件进行小震、中震下的楼板有限元分析，增加楼板厚度至150mm，并采用双层双向配筋且配筋率不小于0.25%，施工图设计时采用中震下主拉应力计算值进行楼板配筋。（3）对于塔楼结构在裙房顶板对应的相邻上下各2层框架柱，抗震等级提高至二级，箍筋全高加密，纵筋配筋率相比计算值提高15%；裙房越层柱按实际计算长度进行有限元细化分析，抗震等级提高至一级，箍筋全高加密，纵筋配筋率相比计算值提高15%。（4）对于在中震出现小偏心受拉的底层核心筒剪力墙，将抗震等级提高至特一级，并适当提高水平和分布筋的最小配筋率。（5）对于宴会厅处的大跨度框架，采用型钢混凝土梁、柱，并将框架的抗震等级提高至一级；对该处的大跨度楼板，采用组合楼板，板厚加至150mm，并采用双层双向配筋且配筋率≥0.40%。

9结语

（1）PKPM和YJK两种软件计算分析的结果表明，在小震作用下，结构的层间位移角满足规范要求，结构构件均处于弹性工作状态，可保证“小震不坏”。（2）中震计算表明，框架柱、剪力墙未出现受压损伤，结构的主要竖向构件远未达到其承载能力极限，仅在耗能构件上出现局部破坏，通过执行有关构造措施可使其破坏程度得到有效控制，保证“中震可修”。（3）通过大震静力弹塑性分析，结构整体和抗侧力构件的最大弹塑性变形值都小于规范规定的最大弹塑性变形限值，结构在大震下的抗震性能满足防倒塌的设计目标；结构整体和主要抗侧力构件仍具有足够的强度和变形能力，可保证“大震不倒”。综上，所有指标均满足相关规范要求，结构能够实现预期的抗震性能目标，结构设计方案可行且安全。

参考文献：

[1]高层建筑混凝土结构技术规程：JGJ3—2010[S].

[2]住房和城乡建设部.超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点[R].2015.

[3]建筑抗震设计规范：GB50011—2010（2016年版）[S].

作者:刘文彬 单位:上海绿地建设设计研究院有限公司