某高层酒店超限结构分析与设计

朱伟平

（同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司 上海 200092）

1 工程概况

本工程为某高层酒店建筑，地上7～12层，地下1层。总建筑面积56000m2，其中地上建筑面积45000m2，地下建筑面积11000m2。地上功能为酒店客房及餐饮娱乐，地下层为辅助用房、设备用房。酒店建筑效果图见图1。

图1 酒店建筑效果图

本工程设计基本信息如下：

民用建筑工程设计等级：一级。结构设计安全等级：二级。设计使用年限：50年。基本风压：W0=0.45kN/m2。基本雪压：W0=0.25kN/m2。建筑物地面粗糙度类别：C类。场地土类别：II类。基础设计等级：甲级。地震设防烈度：设防烈度为Ⅵ度。设计基本地震加速度：0.05g。设计地震分组：第一组。地震动反应谱特征周期：0.35s。建筑抗震设防类别：丙类。

本工程由于平面不规则且超长，考虑设置变形缝将建筑分成平面相对规则的几个单体。分区示意详见图2。上部结构嵌固层设在基础顶。其中塔楼C相对复杂，超限情况也多，文章主要介绍塔楼C的分析及设计。

图2 塔楼分区示意图

2 计算软件与建模

本工程主要采用中国建筑科学研究院编制的系列软件SATWE、PMSAP和EPDA&PUSH进行计算分析。其中SATWE主要进行静力和多遇地震作用下分析；EPDA&PUSH进行弹塑性静力分析。图3为塔楼C分塔计算模型。

图3 塔楼C模型

计算中为了反应结构刚度突变部位和连接薄弱部位楼板应力大小，把开洞较多层的楼板全部定义成弹性楼板。

3 结构体系

本工程塔楼C采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构。抗震设防类别为丙类，框架抗震等级为三级，剪力墙抗震等级为三级。典型不规则结构布置图见图4。

图4 典型结构布置图

塔楼C结构总高46.300m，共12层，其中首层层高4.5m，以上酒店标准层层高3.8m。根据建筑平面柱网布置，并满足底下两层大堂、宴会厅等的功能要求，另在建筑的端部适当加大柱截面，加大边梁截面以增大结构的抗扭刚度。框架柱截面从底层最大1000mm×1000mm逐渐变化到上部800mm×800mm。框架柱混凝土强度等级采用从C50逐渐递减到C30，梁，板等混凝土构件的强度等级均采用C30[1]。

屋盖采用现浇钢筋混凝土梁板结构。在局部楼层挑空处，加厚洞口附近楼板，提高楼板的配筋率，在洞口边缘设置边梁。为满足建筑大开间净高要求，酒店客房大板不设置梁，采用现浇钢筋混凝土楼盖，并加强楼板周边框架梁的刚度。

4 结构超限判定

（1）平面规则性超限判定

塔楼C裙房大堂及全日制餐厅上空2层～4层楼板开洞较大。2层楼板从北侧平面凹进尺寸＞投影方向总尺寸的30%，为凹凸不规则超限；3、4层楼板y向开洞长度约为24m，x向有效楼板宽度38.5%，＜典型宽度的50%，属于楼板局部不连续超限；y向开洞长度约为57m，有效楼板宽度约为36%，＜典型宽度的50%，属于楼板局部不连续超限。结构二层规定水平力下扭转位移比＞1.2，为扭转不规则超限[2]。

（2）竖向规则性超限判定

塔楼C在九层存在大跨度转换以上各层的情况，属于高位竖向抗侧力构件不连续超限。

5 结构计算结果分析

5.1 塔楼C模型的SATWE和PMSAP主要计算分析结果

如表1所示为塔楼C主要计算分析结果。

表1 塔楼C主要计算分析结果

分析结果表明，结构前两个振型均以平动为主，以扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比＜《高规》中0.90的限值。在考虑偶然偏心影响的规定水平力地震作用力下，楼层的最大水平位移和层间位移与该层平均值的比值均＜1.4。以上说明结构具有较好的抗扭刚度，结构布置较为合理。

塔楼C结构X向和Y向多遇地震作用下SATWE和PMSAP所得各楼层地震剪力均非常接近。结构的层间位移角SATWE和PMSAP的计算分析结果基本吻合，且都＜《高规》对框剪结构多遇地震层间位移1/800的限值，满足规范要求[3]。

5.2 动力弹性时程分析

塔楼C在SATWE模型分析中采用弹性时程分析方法进行多遇地震下的补充计算。弹性时程分析中经计算分析与比较后，各选取了3条时程曲线：TH2TG035天然波、TH4TG035天然波、RH1TG035人工波。多遇地震弹性时程分析时，地震加速度时程曲线的最大值均≥规范70cm/m2的要求。

每条时程曲线计算所得底部剪力均＞振型分解反应谱计算结果的65%，同时多条时程曲线计算所得底部剪力平均值＞振型分解反应谱计算结果的80%，满足规范对弹性动力时程分析的要求。

从剪力分布图（见图5a）中可以看出，塔楼C的x向振型分解反应谱所得楼层剪力可以包络各条时程曲线计算所得楼层剪力值；塔楼C在8层以上有时程曲线计算所得楼层剪力＞振型分解反应谱计算结果的现象，最大相差11%，因此，在结构设计时，可根据需要对塔楼8层以上振型分解反应谱法所得y向楼层剪力进行适当地放大[4]。

从位移分布图中（见图5b）可以看出，塔楼C二层以上至少一条时程曲线计算所得位移最大值＞振型分解反应谱法计算所得值，X方向层间位移角最大1/2580，Y方向层间位移角最大1/1520，仍＜规范限值1/800。综上，满足框剪1/800的位移角限值。

5.3 静力弹塑性分析

对塔楼C进行PUSHOVER分析，结果表明在大震下的性能特性满足规范要求，且结构构件未出现明显破坏（见图6）。

6 超限设计措施

图5 塔楼C反应谱与弹性时程分析第1方向楼层剪力与楼层位移对比图

图6 塔楼CPUSHOVER结构的能力曲线、需求曲线及抗倒塌验算

针对本结构的超限情况，在结构设计中，对有较大开洞，凹进处周边的楼板进行适当的加厚。洞口周边布置井字梁和交叉梁以提高楼板刚度。适当加大楼板配筋，板筋采用双向双层拉通布置。计算时将楼板定义为弹性楼板，以模拟楼板平面内外刚度，考虑在洞口周边的真实应力情况。对于位移比＞1.2的扭转不规则的情况，由于最大位移比出现的部位为裙房二层和屋面的角部节点，且绝对位移数值很小，结构设计时，适当提高裙房角部框架柱刚度，以及周边梁的拉结，增强抗扭刚度。结构布置中，体型收进部位上下各2层塔楼周边竖向结构构件的抗震等级提高为二级，转换构件抗震等级提高为二级。

7 结束语

综上所述，得出以下结论：

（1）本项目塔楼C在多遇地震下结构整体指标统计及超限分析表明，结构平、立面存在4项不规则，判定为超限高层。

（2）对结构进行计算分析，同时采取有效的抗震措施。结果表明在地震作用下，本工程的抗震结构体系基本能满足有关规范和标准的规定。

（3）根据结构超限情况及特点，提出超限设计的措施，可供类似项目参考。

[1]《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[2]《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.

[3]《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.

[4]徐培福.复杂高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.