浅谈某高层酒店式公寓楼的结构设计

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇浅谈某高层酒店式公寓楼的结构设计范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

【摘要】由于框支－剪力墙结构上、下刚度突变，构件不连续，传力复杂，在地震作用下框 支层将产生很大的内力和塑性变形，抗震性能差，易造成震害；转换层应力复杂，材料耗用量大，自重大，施工复杂，造价高，但框支－剪力墙结构可满足建筑物上、下不同功能的组合，形成底部大空间。

【关键词】高层建筑结构；转换层；设计；构造要求

1 工程概况

本工程为杭州下沙某高层酒店式公寓楼建筑，功能为酒店客房、公寓楼。塔楼的平面尺寸为33mx33m，建筑面积:96516. 5m2 。其中,地上面积: 83581. 7 m2,地下面积: 12934. 8 m2。建筑物层数:地下1 层（局部有夹层）,地上29 层（局部裙房5层）,建筑总高度为: 90.4m。

该工程各层建筑功能是:底层为大型商场及酒店入口; 二层为大型商场及酒店的厨房和中、西餐厅;三~六层为酒店客房;七层为设备转换层；八层至二十九层为公寓住宅；屋顶层为电梯机房、设备用房、消防水箱等。

2 设计依据

2.1 设计荷载

本工程常用结构荷载取值按《建筑结构荷载设计规范》( GB50009 - 2001) (2006 年版) ,特殊设备荷载由有关方提供,其中部分用房活荷载标准值:

①酒店用房及设备区:5. 0kN/ m2

②公寓、酒店客房:2. 0kN/ m2

2.2 风荷载

按规范取用100 年一遇的基本风压0.50 kN/ m2 ,风荷载体型系数取1. 3 ,地面粗糙度为B 类。

2.3 地震作用

抗震设防烈度为6度,设计地震分组为第一组,设计基本地震加速度为0. 05g , 场地类别为Ⅲ类, 场地特征周期为0. 45s。地震影响系数最大值采用0. 04 (多遇地震) 。用反应谱法计算地震作用时,采用《建筑抗震设计规范》( GB 50011 -2001)（2008年） 第5. 1. 5 条规定的地震影响系数曲线,结构阻尼比取0.05 。

本工程属“框支剪力墙”,高度90.4m，6度设防，抗震设防重要性类别为丙类。框支框架抗震等级为二级,剪力墙底部加强部位为三级.考虑到加强底部及保持底部一致的因素,将转换层及其以下各层的一般框架梁和框架柱及转换梁的抗震等级定为二级.由于工程转换层设在建筑,8层楼面即结构7层,已属于“高位转换”,框支柱及落地剪力墙的抗震等级应提高一级.因此,框支柱应定为一级抗震,转换层以下落地剪力墙定为二级抗震；转换层以上部分纯剪力墙结构抗震等级定为三级。

3 基础设计简介

本工程主楼为高层塔楼建筑,荷重很大,最大单柱轴向力约为25000kN。根据地质勘察资料,该场地中风化花岗岩岩面埋深在地面以下50m。主楼地下室一层, 开挖深度约为6m ,若以中风化花岗岩为桩端持力层,桩长约为55m。主楼基础采用预应力管桩,桩端进入中风化岩层深度不小于1000mm。裙房部分荷重较小,基础亦采用预应力管桩,可以碎块状强风化花岗岩为桩端持力层。主楼柱和剪力墙筒体下均采用群桩基础,桩径取 800mm。裙房柱下采用三桩、四桩基础，桩径取600mm。地下室抗浮采用抗拔桩。

4 建筑结构布置情况

4.1 建筑结构平面布置

工程底部为框架-剪力墙结构,体型简单、规则;上部为纯剪力墙结构.在剪力墙平面布置上,东西向完全对称,南北向质量中心与刚度中心偏差不超过1.5m,结构偏心率较小.除核心筒外,其余剪力墙布置分散、均匀;且尽量沿周边布置,以增强抗扭效果.

4.2 建筑结构竖向布置

高层建筑的侧向刚度宜下大上小,且应避免刚度突变.然而带转换层的高层建筑结构显然有悖于此,因此有关文献对转换层结构的侧向刚度作了专门规定.对该工程而言,属于“高位转换”.转换层上下等效侧向刚度比宜接近于1,不应大于1.3。在设计过程中,应把握的原则归纳起来,就是要强化下部,弱化上部.可以采用的方法有以下几种.

4.2.1 与建筑专业协商,使尽可能多的剪力墙落地，除核心筒部分剪力墙在底部必须设置外,让两侧各有四片剪力墙落地。这些无疑都大大增强了底部刚度。

4.2.2 加大底部剪力墙厚度.转换层以下剪力墙中,核心筒部分的厚度取为250mm,其余部分的厚度取为300mm.

4.2.3 底部剪力墙尽量不开洞或开小洞,以免刚度削弱太大.

4.2.4 提高底部柱、墙混凝土强度等级,采用C40混凝土.

4.2.5 适当减少转换层上部剪力墙数目,控制剪力墙厚度, 同时为减轻自重，剪力墙厚度分200mm及250mm两种，沿高度分两次变化，即墙厚250mm减到200mm，墙厚200mm减到160mm.

弱化上部刚度不仅对控制刚度比有利,还可减轻建筑物重量,减小框支梁承受的荷载;增大结构自振周期,减小地震作用力.工程综合采用上述几种方法后,转换层上下刚度比在X方向为0.809,在Y方向为0.907,满足规范要求,效果良好.

虽然上下部刚度比满足要求,但毕竟工程仍属于竖向不规则结构,转换层及其下一层无法满足要求,形成了结构薄弱层.因而应将该两层的地震剪力乘以1.15的增大系数。

4.3 转换层设计

框支－剪力墙结构应控制转换层上、下层的剪切刚度比。增高转换层以上楼层高度 ，能直接改善剪切刚度比。往往转换层下部为大空间，层高较高；转换层以上是住宅，层高较低，造成剪切刚度比加大。本工程转换层层高不高，从而降低了剪切刚度比。

本工程设计时从减轻自重出发，尽管上部剪力墙方向复杂，仍优先考虑梁系转换。梁高1.8m，梁宽一般为0.9m、1.2m.

计算结果显示梁的扭矩大，配置纵向抗扭钢筋及横向抗扭箍筋均难满足要求，因此采用部分封底，形成箱形，转换层上、下板厚均为200mm.

5 结构计算结果分析

5.1 结构计算模型及程序

结构整体分析采用了PKPM系列软件中的两种程序计算:

5.1.1 PKPM系列建筑结构三维分析软件TAT,计算中各构件的计算单元分别为:

①线单元:梁、柱、斜撑;②膜单元:水平楼板;③壳单元:剪力墙

5.1.2 基于广义协调墙元模型PKPM系列的高层建筑结构空间有限元分析软件SATWE 2008 版,各构件计算单元为:

①杆元:梁、柱、斜杆;②膜单元:水平楼板;③墙元:剪力墙

5.2 反应谱法计算的主要结果分析

5.2.1 计算得到的前6 阶模态振型的振动周期结果列于表1 。两个程序计算得到的第一、第二周期T1 、T2 分别为X、Y方向的平动周期,第三周期T3 为扭转第一周期, T3/ T1 小于规范的限值0.90 ,表明该结构具有良好的抗扭能力,符合抗震概念设计的要求。振型曲线符合正常规律。从表1 可见,扭转周期比满足要求,有效质量系数满足要求。

5.2.3 结构楼层抗侧刚度比及层抗剪承载力比均满足规范要求。

5.2.4 舒适度要求: 考虑10 年一遇的风荷载作用(w0 = 0. 50kN/ m2 ) 下的脉动影响,结构顶点最大加速度限值αmax = 0. 25m/ s2 ;

X向:

顶点顺风向的最大加速度αw=0.037m/ s2 ;顶点横风向的最大加速度αtr=0.080m/ s2 ;

Y向:

顶点顺风向的最大加速度αw=0.031m/ s2;顶点横风向的最大加速度αtr=0.069m/ s2 ;

均满足要求。

5.3 弹性时程分析主要计算结果及比较与分析

时程分析采用“中国建筑科学研究院工程抗震研究所”提供的3 条小震的地震波:

H KS1 (天然波) 、HKS3 (天然波) 、H KS4 (人工波)

时程法计算得到的结构最大响应计算结果列于表3 。

对应于3 条输入地震时程曲线,时程法计算得到的结构响应位移,均略小于反应谱的计算结果。总体而言,时程法计算结果与反应谱法计算结果基本吻合,符合设计规范的有关要求。

6 结构整体抗震性能综合评价

本工程抗震设防目标是“小震不坏,中震可修,大震不倒”,在50 a中,小震的出现概率是63%,中震的出现概率是10%,大震的出现概率是2%。小震不坏是当遭遇低于本地区抗震设防烈度的多遇地震时,建筑一般不受损坏;中震时,建筑可能受损坏,但经修理后仍可使用;大震时,建筑不倒塌或不发生危及人员的严重破坏。

本工程属A级高度的高层。由于在结构设计中采取了较为合理的结构布置和有效的构造措施,从而减小了由于结构体系变化等带来的不利影响,使得结构仍具有良好的抗震性能,计算结果满足现行规范和规程的要求。

两个程序的计算结果基本规律一致,只是由于对某些特殊情况的处理方法在概念上不尽相同,在单元模型上(如墙元的处理) 、刚域处理上的差异以及重力加速度g 的取值不同(SATWE 取10. 0 , TAT 取9. 81) ,计算结果在数值上存在一定的差异,但均在工程上可接受的范围内。

从结构三维整体分析的结果看,本工程在6 度多遇地震作用下,结构反应满足规范要求。

7 结束语

本文前面仅仅简单介绍了整体结构设计计算中的有关问题以及几个特殊部位的结构布置型式,在本工程施工图设计过程中,还对以下几个问题进行了充分的考虑:

7.1 钢筋混凝土高层建筑的结构自重引起框架柱和混凝土墙的轴向变形差异较大,如果主框架梁与中部核心筒的连接为强连接构造,则在框架梁端部将产生很大的弯矩。调整的方法可以采用减弱支座节点连接的刚度的措施。

7.2 框支－剪力墙结构抗震性能差，造价高，应尽量避免采用。但它能满足现代建筑不同功能组合的需要，有时结构设计又不可避免此种结构型式，对此应采取措施积极改善其抗震性能，尽可能减少材料消耗，以降低工程造价。

参考文献

[1]JGJ3 - 2002 ,J186 - 2002 高层建筑混凝土结构技术规程[ S] .

[2]GB50011-2001建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.

[3]徐培福，王翠坤等.转换层设置高度对框支剪力墙的影响[J].建筑结构，2000(1)