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1、 二级结构专业辅导：国芳大酒店筒中筒超限高层结构设计兰州国芳大酒店位于兰州市东方红广场，是兰州国际博览中心二期工程，为一五酒店兼商务写字楼及商场的大型超高层公共建筑。总建筑面积约 9 万 m 2 ，分主楼和裙楼两局部。其中裙楼为酒店附属用房，地下两层，地面以上九层，总高 43.4 米。主楼地下三层，为车库和六级人防兼设备用房，地面以上 39 层，由办公、客房及公共用房组成， 1-9 层层高为 4.8 米，标准层层高为 3.1 米和 3.15 米， 39 层为带夹层的旋转餐厅，层高 10 米，建筑主体高 144 米。另出屋面设有三层塔楼，建筑总高为 161.9 米，是兰州市中心繁华区内的一座建筑
2、（见图 1 ）。该工程抗震设防烈度为 8 度，属高度超消失行标准规定较多的超限高层建筑。按建立部 59 号令的要求，先后通过了全国和省超限高层建筑抗震设防审查委员会对初设和施工图的抗震设防专项审查。该工程主楼和裙楼间采纳了抗震缝，限于篇幅，本文仅介绍主楼部份的构造设计。2 地基与根底2.1 根底持力层的选择本场地地层构造简洁、稳定，建筑场地类别为类。各地层分布自上而下依次为 ：1 、杂填土：厚度 0.92.5m ，以粉土为主 . 2 、卵石层：顶面埋深约 0.92.5m ，厚度 4.79.7m . 3 、砂岩层：顶面埋深 7.112.5m ，未穿透，表层 9m 左右强风化，地基承载力标准值 f
3、 k = 500kPa ， E 0 =45MPa ，层面由西向东有肯定坡度，下部为微风化， E 0 =85Mpa .主楼地下三层，强分化砂岩层将成为根底持力层。这类砂岩有一个很大的特点就是在不受扰动的状况下有很高的承载力和变形模量，而在空气中暴露遇水后承载力和变形模量有很大降低。兰州地区高度在 100m 之内的建筑以该类强分化砂岩层为持力层已是很普遍和胜利的做法，但是作为高度 144m 、基底压力设计值达 800kPa 的建筑物持力在自然地基上是否可行，成为地基选择中最关怀的一个问题。通过以下的一些措施和分析计算，并经屡次专家论证后，认为采纳自然地基方案是可行的。1 、加大根底埋深，将基底标高
4、置于 -15m 左右，一方面可提高上部超高构造的抗倾覆力量，另一方面可将强分化砂岩层外表 23m 性能最不好的风化层剔除，且避开由于强分化砂岩层顶面有坡度而使主楼基底一半置于砂岩层外表，而另一半已处于砂岩层下肯定深度。尽量使根底坐落在匀称、性能较好的强分化砂岩上。2 、由于根底有较大埋深，经过深宽修正后的地基承载力设计值能够满意基底压力的要求。而对地基变形验算也说明，最终沉降量很小，约 55mm .另由于基底下 2m 范围内因砂岩风化程度不同所引起的差异沉降更小，不存在整体倾斜问题，故地基承载力及变形均能满意要求。3 、基坑开挖后进展的原位载荷试验证明设计所用地基承载力标准值是牢靠的。在 5
5、个试验点的数据中除 2 个点位由于试验条件不好，载荷板下砂岩浸水软化导致承载力极低外，其余 3 个点位承载力很高，加载到 1900kPa 时尚可连续加载， ps 曲线上未消失比例界限。2.2 根底选型依据上部荷载和地下使用功能，选用刚度较大的箱形根底（地下第三层）。内外筒间在柱网位置处设置 800mm 厚墙体，根底底板厚 1200mm .为增大根底底面积，减小基底压力，使外筒柱轴力在基底集中更加匀称，箱基底板和墙体在外筒柱位置向外挑出 3 米。根底内力分析受到地基模型、根底模型、上部构造刚度以及各种参数条件的影响，常常使不同计算方法的结果之间有或多或少的差异。本工程通过简化手算和专业软件 BO
6、X 的弹性地基梁方法相互协作进展多种模型下的根底内力计算，综合分析后确定设计内力。主楼和裙房间在地上局部设抗震缝隔开，地下连为整体，并设后浇带解决二者不匀称沉降问题。3 上部构造3.1 构造选型及布置3.1.1构造选型本工程主体高 144 米，平面布置规章，接近正方形，经技术经济分析采纳现浇钢筋混凝土筒中筒构造。内筒为剪力墙（平面长宽分别为 21m 和 12.6m ），外筒由密柱高裙梁组成（平面长宽分别为 45m 和 36.6m ）。另结合建筑功能在外筒体四角处布置局部剪力墙，以增加构造抗扭刚度和外筒的整体抗弯力量。标准层构造平面布置见图 2 . 3.1.2 体型参数为保证本工程筒中筒构造的空
7、间受力性能和承载力，设计中对各项参数在满意建筑功能的前提下，尽量掌握在合理范围内。其中：构造平面长宽比 1.23 ，构造高宽比短向为 3.9 、长向为 3.2 ，内筒高宽比长向为 12.5 、短向为 7.5 ，内筒面积占楼层面积的 16% .外筒柱距 4.2m ，外筒标准层立面开洞率为 39% ，洞口高宽比 0.64 和层高与柱距之比 0.74 根本接近。3.1.3 主要构造构件外筒柱在底层为适应建筑入口的要求采纳 1100x1100mm 方柱，二层至顶层则由 1400x800mm 变至 1400x600 扁柱。内筒外墙在底部 500mm 厚，顶部变为 400mm .内隔墙上下均 300mm
8、.为提高墙体的极限承载力和延性，对不小于 400mm 厚的剪力墙在每层楼面处均设置高为 700mm 暗梁。外框筒梁在底部层高 4.8m 楼层截面大多为 500x1600mm ， 层高 3.1m 标准层截面大多为 500x1300mm .内筒连梁在底部截面大多为墙厚 x1600mm ， 标准层截面大多为墙厚 x1000mm .在南侧底层入口及地下车库入口处都需要形成大柱距空间，因此在该部位底层抽去一根柱，在二层设置高度为一层的转换梁。在出屋面塔楼和中部层高较大的设备层调整梁高度，以减小层刚度的突变。混凝土强度等级从底部的 C60 渐渐过度到 38 层的 C35 ，旋转餐厅以上为 C40 . 3.
9、2 楼盖选型该工程内外筒轴线跨度 12m ，楼盖的选型对使用功能、构造合理性、经济性影响较大，为此做了多种方案的比拟：1 、内外筒间加柱，减小楼盖跨度，采纳一般钢筋混凝土梁板体系。该方案工艺简洁，自重轻，经济指标好，设计、施工便利，但建筑使用功能较差，目前国内的筒中筒和框筒构造中较少采纳。2 、内外筒间在柱轴线上采纳间距 4.2m 的预应力梁，梁间楼板由于跨度小，可用一般钢筋混凝土板。该方案楼盖自重轻，经济指标较好，但梁高对楼层净空有影响，要求较大层高。3 、内外筒间不设梁，采纳“环形”预应力混凝土平板。该方案构造高度最小，净空大，在建筑总高不变的状况下，楼层数和建筑面积最多，板底平坦美观，利
10、于管道通行，模板体系也简洁，但楼盖自重大，内力简单，楼盖经济指标不抱负。由于业主要求在建筑总高限定的状况下有尽可能多的层数，经过多方案比拟，在 1 层、 1039 层办公和客房局部的楼盖采纳预应力混凝土平板构造（上述第三种方案），板厚 270mm ；在 29 层公共用房局部由于要和一期工程连通，层高较大，采纳预应力梁、一般钢筋混凝土板构造（上述其次种方案），梁截面为 400x650mm . 3.3构造计算与分析3.3.1 构造计算1 、采纳 PKPM 系列软件中的 SATWE 和 TAT 进展了比照分析计算，由于构造较规章，两者的总体计算结果接近。但 SATWE 和 TAT 的剪力墙计算模型不
11、同，墙体的局部内力和配筋有些差异，施工图设计中，采纳了更符合实际状况的 SATWE 墙元模型的计算结果。以下是考虑平扭藕连作用的主要分析结果。1） 空间振型的周期： T1=2.41 （Y 方向平动系数 1.0 ） ； T2=2.10 （ X 向平动系数 1.0 ）； T3=1.04 （扭转系数 1.0 ）。2） X 方向地震作用时：层间位移角 1/2328 ；底层剪重比 2.85% . 3） Y 方向地震作用时：层间位移角 1/1760 ；底层剪重比 2.74% . 4） 楼层层间位移与楼层平均层间位移的比值均在 1.05 之内。2 、进展了多遇地震作用下的弹性时程分析补充计算，选用甘肃省地震
12、局供应的二组实测波和一组场地模拟波，地震加速度时程曲线的值为 70cm/s 2 .计算结果显示时程分析所得的各项结果的平均值，均小于考虑耦连影响的 CQC 法的计算结果。3.3.2 计算结果分析1 、由以上计算结果可看出，构造的周期和位移均在合理范围内，但构造底层剪重比拟小，这主要是构造本身的长周期动力特性和振型分解反响谱法的特点所打算，对地震作用的估量可能偏低。假如仍通过加大构件尺寸来增大刚度，提高地震作用，从经济性的角度来看是不太合理的。所以本工程对地震作用乘以放大系数 1.25 ，使构造底层剪重比不小于 3.2% .放大地震作用后的构造位移等参数均能满意标准要求，并且放大后的构造地震作用
13、效应根本不小于弹性时程分析的结果，说明按振型分解反响谱法的结果进展构造设计是牢靠的。2 、第一扭转振型的周期小于第一、二平动振型周期的 0.5 倍，构造平扭耦连效应小。另外楼层层间位移与楼层平均层间位移的比值均在 1.05 之内，这均说明构造平面布置规章、对称、抗扭刚度大。3 、设计中由于外筒有刚度较大的裙梁，角部设有局部剪力墙，使外筒整体抗弯力量大大加强，作为立体构件的工作特点明显，剪力滞后较小。在水平力作用下，由外筒柱、墙轴力形成的整体弯矩担当了底部总倾覆力矩的 65% 左右，角部墙体应力和翼缘框架中柱应力的比值在 2 以内，内筒墙体和外筒角部墙体匀称担当了总剪力的 90% 左右，各构件根
14、本无超筋超限的状况。4 、在水平力作用下，竖向刚度匀称的筒中筒构造的楼层位移曲线一般呈反 S 形，消失层间位移角的反弯点一般在房屋高度的中上部。本工程在旋转餐厅以下符合此规律，但在旋转餐厅以上又消失了另一个有着较大层间位移角的反弯点，说明外框筒在 39 层的中断对构造刚度减弱较大，形成一个薄弱部位。3.4 主要抗震措施前已述及，本工程筒中筒高度 144m ，已超过标准规定的适用高度的 20% ，存在高度超标准较多的高度超限问题。另外由于建筑功能要求，竖向存在有刚度突变而引起的薄弱层问题。对于这两个较突出问题，本工程设计中注意构造概念设计，实行了一些综合性抗震加强措施，抗震计算结果分析也说明，这
15、些措施的实行是必要的，也是有效的。1 、满意建筑功能要求的前提下，将主楼与裙楼设缝分开。即避开了主裙楼连为一体而引起的构造竖向刚度的突变，也避开了超高主楼对九层裙楼产生的较大偏心和连为一体后构造受力的简单性。从而使主楼筒中筒构造的平面布置和竖向布置可尽量满意规章性的要求。2 、在房屋四角结合建筑布置，设置局部墙体，增大构造刚度，使其在水平力作用下担当相应比例的内力，减轻内筒和外柱的内力。其效果已在本文 3.3.2 中作了分析。3 、选择牢靠的持力层，加大根底埋深，由此保证超高建筑的抗倾覆力量。4 、进展特地的场地安全性评价，确保场地地震惊参数的牢靠性。5 、在弹性阶段的抗震验算中，采纳两种不同
16、的计算模型进展比照分析，同时选用了两组实测波和一组场地人工波进展弹性动力时程分析的补充计算。6 、增大地震作用下的底层剪重比，提高构造牢靠度，使纵横向剪重比均不小于 3.2% . 7 、采纳比标准更严格的抗震措施进展设计，进一步提高构造的变形力量和耗能性能。8 、对主要的薄弱部位重点进展了加强：1） 、底层局部抽柱形成大柱距空间后，实行了严格掌握底层墙柱轴压比、提高墙柱配筋和配箍率以及外筒柱均采纳了芯柱的措施，同时对框支大梁这一重要构件又按深梁模型补充进展了计算分析，并提高框支梁的配筋和配箍率，加强构造措施，确保其有足够的安全度。2） 、顶部旋转餐厅薄弱层的加强措施，在本文4.2 中有具体介绍。9 、与兰州铁道学院合作，目前正在进展本工程弹塑性时程分析，以验算罕遇地震下的位移值，并进一
