張延赫

(北京市建筑設(shè)計研究院有限公司，北京 100045)

1 概述

瀘州希爾頓酒店項目位于瀘州市江陽區(qū)，為瀘州佳樂世紀(jì)城歡樂匯二期工程的子項。佳樂世紀(jì)城歡樂匯二期建筑由兩棟塔樓及裙房構(gòu)成，西塔為辦公樓，東塔為希爾頓酒店樓，本工程為東塔希爾頓酒店樓。酒店樓地上36層，地下4層，建筑地上面積54 338 m2，結(jié)構(gòu)高度155.30 m，為B級高度超限高層建筑，結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系。建筑效果圖如圖1所示。

本工程設(shè)計基準(zhǔn)期為50 a，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50 a，安全等級為二級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.0?？拐鹪O(shè)防烈度為6度，設(shè)計基本地震加速度為0.05g，建筑抗震設(shè)防類別為丙類，設(shè)計地震分組為第一組，建筑場地類別為Ⅲ類，特征周期為0.45 s，結(jié)構(gòu)阻尼比為5%。

酒店樓基礎(chǔ)形式采用機(jī)械成孔灌注樁+平板式筏板，樁以中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖和中風(fēng)化砂巖作為持力層，不考慮樁土共同工作，并考慮新近填土負(fù)摩阻的影響，場地勘察揭露深度范圍內(nèi)地下水貧乏，無樁基抗拔問題。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計難點及解決措施

2.1 結(jié)構(gòu)高度和規(guī)則性超限

本工程地下3層與一期連為一體，地下1層與一期工程及二期裙房設(shè)縫分開，由于側(cè)限條件不足，故將地下2層頂板作為嵌固部位，但地下1層頂板仍按照規(guī)范對于嵌固部位的要求進(jìn)行構(gòu)造加強(qiáng)。

酒店樓高度為155.30 m，為B級高度的超限高層結(jié)構(gòu)；1層～4層有效樓板寬度小于該層相應(yīng)位置樓板典型寬度的50%，4層游泳池降板形成局部錯層，結(jié)構(gòu)存在局部樓層的樓板不連續(xù)、躍層柱等不規(guī)則情況。

針對本項目高度超限以及樓板不連續(xù)、躍層柱等不規(guī)則情況，提出了抗震性能目標(biāo)和結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)措施。通過結(jié)構(gòu)中震、大震的補充計算以及補充彈性時程分析、動力彈塑性時程分析，找到結(jié)構(gòu)在地震作用下的薄弱部位，結(jié)合概念設(shè)計，對結(jié)構(gòu)的薄弱部位和重點部位予以加強(qiáng)。

2.2 屋頂裝飾架體地震響應(yīng)

屋頂裝飾架體為建筑外觀造型，結(jié)構(gòu)類型為鋼結(jié)構(gòu)，架體高度為12 m，頂部平面尺寸為36.6 m×30.6 m，結(jié)構(gòu)平面向下逐步縮進(jìn)至核心筒墻體位置。

當(dāng)建筑達(dá)到一定高度，高階振型較多，且頂端有剛度突變的附屬部分，在此情況下，頂端的附屬部分將會在地震當(dāng)中受到較大的地震作用[1]。本工程主體結(jié)構(gòu)高度超限，自振周期長，受高階振型地震作用影響大，屋頂裝飾架體質(zhì)量輕、剛度小，結(jié)構(gòu)在地震作用下“鞭梢效應(yīng)”顯著。

針對結(jié)構(gòu)“鞭梢效應(yīng)”問題，本工程在采用振型分解反應(yīng)譜法分析的基礎(chǔ)上，對屋頂裝飾架體補充彈性時程分析，并根據(jù)計算結(jié)果調(diào)整放大架體地震作用，同時加強(qiáng)柱腳及下部剪力墻，從而保證屋頂裝飾架體及下部相連的結(jié)構(gòu)在地震作用下的可靠性。

3 結(jié)構(gòu)計算分析

希爾頓酒店樓結(jié)構(gòu)類型為混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)高度155.30 m，地上35層，地下4層，塔樓平面尺寸長度×寬度為44 m×31.6 m，高寬比為4.9，核心筒高寬比為11.1。核心筒外墻厚度從下往上依次為500 mm～350 mm，框架柱截面尺寸為1 400 mm×1 600 mm(鋼骨柱)～1 200 mm×1 200 mm，外框架梁截面為400 mm×1 000 mm，內(nèi)框架梁為400 mm×900 mm，標(biāo)準(zhǔn)層樓樓板厚度為120 mm?？蚣苤凹袅炷翉?qiáng)度等級為C60～C40，地上梁板混凝土強(qiáng)度等級為C30。酒店樓標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面圖及結(jié)構(gòu)布置剖面圖見圖2,圖3。

綜合考慮結(jié)構(gòu)的重要性和經(jīng)濟(jì)性，酒店樓采用性能目標(biāo)D，結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)如表1所示。

表1 結(jié)構(gòu)設(shè)計性能目標(biāo)

就上述抗震性能目標(biāo)，相應(yīng)采取的對策措施有如下兩個方面：

在計算分析上：1)采用SATWE，MIDAS，PACO三種軟件分別計算整體結(jié)構(gòu)，對比結(jié)構(gòu)主要整體指標(biāo)，驗證計算模型可靠性；2)通過結(jié)構(gòu)小震、中震、大震的計算，保證各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗彎、抗剪承載力、軸壓比、剪壓比等指標(biāo)達(dá)到性能目標(biāo)要求；3)通過補充小震彈性時程分析，小震作用下提高相應(yīng)樓層剪力，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體抗震能力；4)通過中震、大震下剪力墻拉應(yīng)力復(fù)核，保證剪力墻構(gòu)件的抗震性能；5)對樓板(特別是樓板不連續(xù)的首層～四層)進(jìn)行大震下?lián)p傷分析，保證樓板在大震下的安全性；6)對大堂形成的穿層柱進(jìn)行承載力復(fù)核，保證其二道防線的抗震能力；7)通過大震下的動力彈塑性分析，驗算結(jié)構(gòu)層間位移，滿足規(guī)范“大震不倒”的要求；8)針對豎向構(gòu)件損傷情況，提高豎向構(gòu)件的抗震措施，增強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)的抗震性能。

在設(shè)計構(gòu)造上：1)在小震作用下，底部加強(qiáng)區(qū)關(guān)鍵構(gòu)件按抗震設(shè)防烈度提高1度設(shè)計；2)通過增設(shè)型鋼、提高框架柱的體積配箍率、角柱全高加密等構(gòu)造措施提高，增強(qiáng)第二道防線的抗剪能力，提高框架柱的延性；3)在底部加強(qiáng)區(qū)適當(dāng)增大核心筒外墻配筋率，配筋率0.4%,提高底部加強(qiáng)區(qū)的抗震構(gòu)造措施；4)在底部加強(qiáng)區(qū)上兩層設(shè)置過渡層；5)對1層～4層樓板不連續(xù)采取雙層雙向配筋等措施，加強(qiáng)其整體性；6)對游泳池形成的局部錯層，通過加強(qiáng)錯層處豎向構(gòu)件抗剪、抗彎配筋，保證大震下的性能要求。

3.1 彈性反應(yīng)譜分析

分別采用SATWE，MIDAS，PACO對酒店樓進(jìn)行了彈性反應(yīng)譜分析，主要結(jié)果見表2。由表2可知，三種程序計算結(jié)果比較吻合，保證了力學(xué)模型的可靠性，周期、位移、剪重比等各項指標(biāo)均滿足規(guī)范的要求。

表2 彈性反應(yīng)譜計算結(jié)果

根據(jù)抗震性能化目標(biāo)，通過SATWE軟件對酒店樓進(jìn)行了中震不屈、中震彈性和大震不屈的計算分析，根據(jù)計算結(jié)果，各類構(gòu)件均能滿足性能目標(biāo)要求。

3.2 彈性時程分析

根據(jù)GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范[2](以下簡稱“抗規(guī)”)規(guī)定，本工程選取了2條天然波TH005TG045，TH121TG045，1條人工波RH2TG045進(jìn)行彈性時程分析。在結(jié)構(gòu)第一周期附近，3條地震波時程反應(yīng)譜與規(guī)范譜所用的地震影響系數(shù)變化在20%之內(nèi)，符合“在統(tǒng)計意義上相符”的原則，地震波時程反應(yīng)譜與規(guī)范譜對比見圖4。

通過對計算結(jié)果的比較，所選地震波雙方向最小的底部剪力均大于振型分解反應(yīng)譜法的65%，平均值大于振型分解反應(yīng)譜法的80%，所選地震波與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計意義上相符，對于本工程結(jié)構(gòu)單元是合理的。設(shè)計時，樓層剪力取時程分析法的包絡(luò)值與振型分解反應(yīng)譜法的較大值，并確保結(jié)構(gòu)任一樓層的水平地震剪力滿足地震剪力最小值(即剪重比)的要求。酒店樓計算分析結(jié)果表明，X向各樓層時程分析剪力包絡(luò)值均大于規(guī)范反應(yīng)譜法結(jié)果，在29層至出屋面層Y向時程分析剪力包絡(luò)值均大于規(guī)范反應(yīng)譜法結(jié)果，故根據(jù)計算結(jié)果調(diào)整放大相應(yīng)樓層規(guī)范反應(yīng)譜法的地震作用，使其樓層剪力不小于時程法的計算結(jié)果，從而確保結(jié)構(gòu)安全可靠[3]。樓層剪力對比如圖5所示。

3.3 動力彈塑性時程分析

酒店樓結(jié)構(gòu)高度155.3 m，T1=4.53 s，JGJ 3—2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[4](以下簡稱“高規(guī)”)要求對于高度在150 m～200 m的基本自振周期大于4 s的結(jié)構(gòu)，應(yīng)補充動力彈塑性時程分析。

本工程罕遇地震特征周期為0.50 s，地面加速度峰值取125gal，采用SAUSAGE軟件進(jìn)行了動力彈塑性分析，選取了1條人工波和2條天然波，彈塑性計算時主次雙方向地震波峰比值為1∶0.85。結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)見表3，滿足“大震不倒”要求，滿足最大彈塑性層間位移角小于1/100的要求，有較好的剛度儲備。大震作用下結(jié)構(gòu)彈塑性層間位移角見圖6。

表3 大震彈塑性動力時程分析位移

大震作用下框架和剪力墻的損傷程度如圖7所示。結(jié)構(gòu)損傷程度以受壓損傷因子Dc判定，在三組罕遇地震作用下，部分框架梁出現(xiàn)塑性鉸，梁端部受壓損傷因子最大值為0.28，損傷平均值在0.15左右，滿足強(qiáng)柱弱梁的抗震設(shè)防目標(biāo)；框架柱未出鉸，型鋼柱內(nèi)構(gòu)造鋼骨均處于彈性狀態(tài)，說明框架柱滿足二道防線的要求。F4層以上核心筒大部分連梁的混凝土受壓損傷因子超過0.5，形成了塑性鉸機(jī)制，很好的發(fā)揮了屈服耗能作用；剪力墻墻肢完好，基本處于彈性階段。

大震作用下樓板損傷情況見圖8。計算結(jié)果表明，大部分樓板未見明顯損傷，全樓樓板損傷因子基本在0.1范圍之內(nèi)，損傷較輕，樓板整體處于彈性狀態(tài)，1層～4層開洞處樓板相對未開洞處損傷較大，如圖9所示，對該部分樓板配筋加強(qiáng)，雙層雙向配筋。

3.4 屋頂裝飾架體地震響應(yīng)分析

屋頂裝飾質(zhì)量輕、剛度小，結(jié)構(gòu)在地震作用下“鞭梢效應(yīng)”顯著。關(guān)于結(jié)構(gòu)“鞭梢效應(yīng)”的分析方法，《抗規(guī)》5.2.4條規(guī)定采用底部剪力法時，需要人為放大地震力，采用振型分解法時，突出屋面部分可以作為一個質(zhì)點，《高規(guī)》3.5.9條建議，頂部樓層側(cè)向剛度和承載力與下部結(jié)構(gòu)相差較多時，是不利于抗震的結(jié)構(gòu)，宜采用彈性或彈塑性時程分析方法進(jìn)行補充計算。本工程在采用振型分解反應(yīng)譜法分析的基礎(chǔ)上，對屋頂裝飾架體補充彈性時程分析。計算分析結(jié)果對比見表4。

表4 計算分析結(jié)果對比

通過模型指標(biāo)對比發(fā)現(xiàn)，在彈性時程計算下屋頂裝飾架底部剪力、位移角有較為明顯增幅。故對屋頂裝飾架部分進(jìn)行設(shè)計時，采用反應(yīng)譜分析和彈性時程分析進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計，根據(jù)計算結(jié)果調(diào)整放大架體地震作用。裝飾架與鋼筋混凝土核心筒的連接節(jié)點為重點部位，對此連接節(jié)點按大震彈性設(shè)計，同時增加核心筒剪力墻的配筋。

4 結(jié)語

針對瀘州佳樂世紀(jì)城酒店樓超高和規(guī)則性超限的特點，提出了抗震性能目標(biāo)和加強(qiáng)措施，采用不同軟件對抗震計算結(jié)果進(jìn)行對比分析，驗證模型計算的可靠性。通過結(jié)構(gòu)中震、大震的補充計算以及補充彈性時程分析、動力彈塑性時程分析，對結(jié)構(gòu)采取了有效的加強(qiáng)措施，確保結(jié)構(gòu)達(dá)到抗震性能目標(biāo)的要求，提高結(jié)構(gòu)抗震承載力。

對于屋頂裝飾架體在地震作用下的“鞭梢效應(yīng)”問題，本項目針對采用反應(yīng)譜分析和彈性時程分析進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計，根據(jù)計算結(jié)果調(diào)整放大架體地震剪力，并采用構(gòu)造加強(qiáng)措施，保證屋頂裝飾架體及下部相連的結(jié)構(gòu)在地震作用下的可靠性。