高层酒店抗震设计

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摘要：本文结合徐州市青年路117号高层酒店的设计，从建筑设计的角度对现浇钢筋混凝土框架―核心筒结构体系进行抗震设计，在现有结构优缺点分析基础上提出进一步的结构加强措施。

关键词：高层酒店框架―核心筒结构抗震设计 

0 引言

伴随国民经济的不断发展，高层建筑需求愈来愈大，结构形式也趋向多样化发展。其中，框架一核心筒结构体系由于整体性好、刚度大、侧向变形小、抗震性能好，而得到广泛应用。论文结合徐州市青年路117号高层酒店的设计案例从建筑设计的角度介绍了其框架一核心筒结构体系的抗震设计，并在优缺点的分析下进行了抗震结构加强措施。

1 项目概况与结构选型

项目位于徐州市CBD和火车站、汽车站中间，是一栋集商业、酒店为一体的高层建筑。大楼总建筑面积为24000平方米，共25层，其中地下一层，层高5.0米，地上一层5.0米，二至四层层高为4.5米，标准层层高3.0米，地面以上高78.5米。建筑标准层平面呈类矩形形式，是种根据建筑造型设计而变形的四边形。面积约为1430平方米。大厦4层以下与裙房相连组成健身场所、康乐设施、餐饮娱乐等灵活空间，4层以上为酒店用房。

工程抗震设防类别为乙类，建筑场地类别为II类，抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，结构设计使用年限50年。

根据建筑使用功能、内部设施要求和建筑立面特点，设计采用了现浇钢筋混凝土框架一核心筒结构体系。体系包含了由两种不同的抗侧力结构，即框架结构和由剪力墙组成的核心筒结构。由于剪力墙的抗侧刚度比框架的抗侧刚度大很多，故整体结构的抗侧力能力大为加强。此外，采用框架结构能满足建筑设计中大小空间不同的需求，可以将电梯间、楼梯间及设备用房等小空间设置于贯通建筑物通高的两个核心筒内，框架柱则设置在周边区域，可以灵活分割空间(图1)。

图1标准层、一层平面结构示意图

Fig. 1The standard layer and the first layer plane structure diagram

2 抗震结构的优缺点分析

2.1 高层建筑抗震设计原则

为了达到“小震不坏，中震可修，大震不倒”的目标，高层建筑结构设计应满足以下基本原则：①结构构件应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性等方面的性能，遵守“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强底层柱(墙)”的原则。②尽可能设置多道抗震防线。③对可能出现的薄弱部位，采取措施提高其抗震能力。

2.2 设计方案优缺点分析

在高层建筑抗震设计原则指导下，结合高层建筑的受力特点，下文从建筑方案设计角度对徐州市青年路117号高层酒店的抗震设计进行优缺点分析。

2.2.1 优点分析

①多道防线的设置。

地震往往伴随多次余震，如果建筑抗震设计只有一道防线，很有可能在遭遇余震的时候形成倒塌。故高层酒店的设计选取框架一核心筒结构作为主体结构，从而实现了第一道防线和第二道防线的设置：第一道防线为核心筒；第二道防线为外框架。同时，设计有意识地建立一系列分布的屈服区，作为第三道防线。即设计通过加强主要耗能构件的延性和刚度，保证结构能吸收和耗散大量的地震能量，从而提高结构抗震性能，避免大震时倒塌。

②裙房与建筑主体之间抗震缝的设置。

117号高层酒店东段24层，西段4层，东西端之间防震缝的宽度为150厘米。建筑平面通过防震缝的设置，将建筑划分为“规则”的平面部分，降低了抗震设计的难度，并提高了抗震设计的可靠度。

2.2.2 缺点分析

①此酒店建筑属于高层建筑，由此引发由高度产生的短柱问题。

②建筑结构设计中薄弱环节的出现。在独特的扭转造型下，框架一核心筒结构的连梁、剪力墙的底部加强区和结构刚度突变区域都是结构设计中的薄弱环节。

3 结构加强措施

3.1 提高短柱的抗震性能

高层建筑底层柱的柱截面随着建筑物高度的增加而增大，便形成延性很差短柱，在地震发生很容易发生剪切破坏而造成结构破坏甚至倒塌，故提高混凝土短柱的抗震性能十分必要。可以采取如下措施：

①提高短柱的受压承载力来改善整个结构的抗震性能，最直接的方法是提高混凝土的强度等级，或者采用钢骨和钢管混凝土柱。

②采用钢管混凝土柱以提高其的承载力。此类柱的柱截面可比普通钢筋混凝土柱减小一半以上，可以在消除短柱的同时可提高柱子的抗震性能。

③采用分体柱。由于短柱的抗弯承载力比抗剪承载力要大得多，在地震作用下其抗弯强度往往不能完全发挥作用，因此人为地削弱短柱的抗弯强度，使抗弯强度相应于或略低于抗剪强度，有利于提高柱子的抗震性能。

3.2 加强薄弱环节，提高抗震性能

3.2.1 加强层的设置

因为框架一核心筒结构抗侧力刚度不能满足设计要求，所以117号高层酒店设计选取13层作为加强层。在具体的建筑设计中，13层本是作为转换层、避难层而存在的，现在可将该楼层的核心筒与框架之间设置刚度较大的水平伸臂构件或沿该层的框架设置刚度较大的周边环带作为结构设计中的加强层而存在。

加强层的设置可使周边框架柱有效地发挥作用，增强整个结构的抗侧力刚度。在风荷载作用下，设置加强层是一种减少结构水平位移的有效方法。但在地震作用下，加强层的位置往往转化为薄弱层，故设计进一步采用“有限刚度”加强层，“有限刚度”加强层弥补整体刚度之不足的同时可以适当控制加强层的刚度，减少结构刚度突变和内力的剧增。

3.2.2 加强薄弱环节的抗震性能

以框架一核心筒结构的底部加强区为例：

采取措施加强底部简体剪力墙的抗弯承载能力，方案设计针对薄弱部位采取比规范更严格的配筋构造，从而提高剪力墙的抗弯承载能力，保证其抗剪承载能力处理好连梁和墙肢的关系，达到“强剪弱弯”的抗震构造要求。

4 结论

高层建筑的造型和功能日趋多样化。高层结构设计尤其需要重视抗震设计，本文结合徐州市青年路117号高层酒店设计探讨了框架―核心筒结构在高层建筑中的抗震设计，提出了改善结构抗震性能的加强措施。

参考文献：

⑴易永胜，刘霞. 徐州天成国贸二期工程超限高层结构设计. 江苏建筑，2010，4：54-57

⑵王学文.高层建筑结构设计. 中华民居，2010，9：19

⑶洪婷婷.浅析框架一核心筒结构设计中的几个问题. 结构工程师，2010，26（4）：15-20

⑷许文静.昆明世纪广场主楼结构设计简介. 云南建筑，2010，2：18-20

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