2014特色酒店结构设计案例（二）——广州番禺某酒店

1、工程概况

本工程是位于广州市番禺区，地面以上17层，其中裙楼共5层，为酒店大堂、银行、办公、会议及餐饮等；6层以上为酒店标准客房。地面以下1层，为六级人防地下室，平时用作地下立体停车库。总建筑面积约20000m2，其中地下室建筑面积3780m2，结构总高度为66.02m。

本工程设计使用年限为50年；基本风压0.6kN/m2，地面粗糙类别B类；安全等级为二级，结构重要性系数γo=1.0；抗震设防类别为丙类，工程所在地区抗震设防烈度为7度，地震分组为第1组，基本加速度值为0.1g，按7度抗震构造措施设防；场地类别为Ⅱ类，场地特征周期为0.35s，不存在液化土层。

2、场地地质情况

根据地质报告提供，本工程地下水对混凝土无腐蚀，基本稳定水位埋深为约 0.9~2.7m，场地岩土分布情况见表一。

3、地基基础设计

本工程地基基础设计等级为乙级，基础构件承载力计算重要性系数γo= 1.0。根据本工程的层数初步估算，基础柱底轴力较大（最大轴力设计值约30000kN，换算为标准组合24000kN）。 地质勘察报告揭示的场地岩土分布情况，以强风化花岗岩为持力层的预应力管桩或以中、微风化花岗岩为持力层的钻（冲）孔灌注桩均是可能方案。

为此我们对两种桩型进行了经济技术分析，从表二可见，以微风化花岗岩为持力层的钻（冲）孔灌注桩比预应力管桩在造价上略有优势。尽管预应力管桩也具有施工和检测周期短、质量容易保证等优点，但其单桩承载力偏低，在本工程中需要布置桩数多，不得不采用筏形承台，其基坑开挖深度必然增大，钻（冲）孔灌注桩的经济技术优势更明显了。

因此选用了冲（钻）孔灌注桩基础，Φ800~Φ1200以中风化花岗岩层为持力层，Φ1400~Φ1800以微风化花岗岩层为持力层，单桩竖向抗压承载力特征值5000~25100kN。

地下室结构设计受到以下客观条件限制：

（1）开挖深度范围内主要是填土和淤泥，地下水位较高；

（2）东面和北面地下室边线紧靠市政道路、西面临近河涌、南面距已建的小学教学楼不足10m；

（3）停车位数量紧张，建筑设计考虑了机械式双层立体停车设施。一方面为了减少基坑支护结构造价、有利地下室施工安全，必须尽量减少地下室的开挖深度，另一方面要保证地下室有足够的净空。解决这个矛盾的办法是尽量减少地下室底板、顶板结构高度。

由于地下室底板标高处于淤泥层，采用了无梁平板底板式底板，既便于施工又减少了开挖深度。设计时考虑了地下水的浮托作用，抗浮设防水位取至室外地坪，底板板厚为450mm，板面结构标高均为-5.550m，底板与桩承台砼整体浇注。

4、上部结构设计

4.1 结构设计的难点

（1）裙楼的正交柱网和标准层的鱼骨式斜交柱网各成体系，除作为电梯井的核心筒上下连通外，其余竖向抗侧力构件不连续，必须在第五层进行高位转换，而且转换层的结构布置比较复杂。

（2）某些楼层层高有较大变化，容易造成侧向刚度不规则。

（3）核心筒在裙楼平面偏置，在地震作用下裙楼容易产生严重的扭转。若在裙楼周边设置一定数量的抗侧力构件，由于地下室周边外伸，裙楼周边下方正好是地下室车库的车道，这类抗侧力构件无法直接伸入地下室底板基础。

故本工程整个结构布局比较复杂，使其具备良好的抗震性能是本工程结构设计的重点。

四层结构平面

标准层结构平面

4.2、结构体系与结构布置

根据使用功能的需要，标准层采用了短肢剪力墙-核心筒结构，在满足要求的前提下尽量使标准层的侧向刚度与下部结构接近，并将短肢剪力墙的抗震等级按规范[3]提高一级。标准层为了配合转换层结构布置，局部悬挑跨度较大，为了减少结构高度采用悬臂空腹桁架，并增加了其刚度。

由负一至四层按使用功能要求采用了框架-核心筒结构，为减少柱截面、增加地下车库的有效使用面积，柱砼采用C50。为增加下部结构的侧向刚度，一方面增加了核心筒外壁的厚度（由300增至400），另一方面在E~F轴X 3轴和E~F轴X 9轴处各设一片剪力墙。

由于核心筒在裙楼平面中偏置，周边抗侧力构件数量少，最初试算发现，最大层间位移与平均层间位移的比值（以下称“位移比”）的最大值达到1.82（出现在第二层），远超过规范[3]的限值1.4。这说明结构底部抗扭刚度小（尤其是Y向），在地震作用下裙楼会产生严重的扭转。

最有效的解决方法是在裙楼边缘1轴和9轴处Y向各设一片剪力墙，但如前所述此处布置的剪力墙不能直接伸入地下室底板基础，而必须在地下室顶板进行转换。这样一来，既增加了地下室顶板结构高度、不符合前述的地下室顶板结构设计原则，又使整个结构存在两次转换，增加了整个结构设计的复杂性。经分析比较，最后在C~D轴X 1轴和C~D轴X 9轴（1—4层）处各设一道人字钢支撑，很好的解决了这个问题。最后一至四层形成了框架-核心筒+钢支撑的结构形式。

结构转换层布置方面，灵活采用了传力直接、可靠经济梁式转换体系,连接上部鱼骨式斜交轴网和下部正交轴网的竖向构件。由于上部短肢剪力墙大部分可以布置在接近轴线的位置，因此转换梁尽量根据下部正交柱网布置，并充分利用轴线上框架梁的强度和刚度，部分转换主梁采用宽扁梁。部分无法由转换主梁直接支承的，采取了平行双梁转换的形式，这样的优点是避免斜梁造成梁端与框架梁或框支柱相交而构造复杂，在构造上充分注意将双梁连接起来，使共同工作，将梁支座设计成刚性块体，避免对正交的框架梁产生过大扭矩（图四）。

五层(转换层)结构平面

4.3、整体结构分析计算

本工程主体结构采用中国建筑科学院PKPM软件系列软件SATWE进行计算。经计算，所有钢支撑截面均取HW400x400后，位移比最大值降至1.48（出现在第六层），虽然仍略超出规范[3]的限值1.4，但其对应的最大层间位移角为1/2393，小于规范[3]的限值1/2，按参考文献[9]建议的处理办法（P199）可认为符合抗扭设计要求。

4.4、消能减震设计

在转换层下部加设的钢支撑对结构底部的抗扭有很重要的作用，钢支撑弹性刚度大，抵抗多遇地震有效，但在罕遇地震下支撑斜杆反复拉压，一旦杆件受压屈服，杆件产生压屈塑性变形，重新受拉后变形不能完全恢复，杆件不能完全拉直，再次受压时承载力降低，容易在罕遇地震时首先破坏而成了第一道防线。

保证钢支撑在罕遇地震下的工作性能、提高其延性是保证转换层以下底部加强区结构安全的主要技术措施之一。经与建设单位协商，决定采用复合型铅粘弹性阻尼器，将阻尼器安放在下部两侧1、9轴（1—4层）钢支撑处，在每个支撑上加两个阻尼器。

4.4.1、分析与计算：

在多遇地震下采用振型分解反应谱法分析和非线性动力时程分析，罕遇地震情况下采用非线性动力时程分析，采用ETABS大型建筑结构有限元分析设计软件进行计算分析。计算分析中采用的地震烈度为7度，所选时程曲线（二类土）为EL-Centro波、唐山波、广州波。在多遇地震情况下层间变形比较小，采用粘弹性回复力模型；在罕遇地震情况下层间位移较大，直接采用试验所得的金属屈服性恢复力模型数据（图五）。

取前18个振型，各种工况参与质量比达到97％以上，结构Y方向位移刚度较弱，加阻尼器后结构在各种工况荷载作用下的变形曲线相对比较平缓。

主要分析结果：

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