象山君瀾度假酒店超限結構設計

方蘇軍

0 引言

地震作為一種無法避免的自然災害，一直對人類的生存和發展有著嚴重的威脅。由于建筑立面及平面造型需要，結構存在扭轉不規則、凹凸不規則、尺寸突變、樓板不連續等不規則項，屬于特別不規則多層建筑。本次設計強調結構體系的一系列抗震概念設計原則：（1）要求應具有明確的計算簡圖和合理地震作用傳遞途徑；（2）應避免部分結構的破壞而導致整個結構的倒塌；（3）應有必要的承載力、良好的變形能力和耗能能力；（4）應避免剛度和承載力分布不均，導致應力與塑性變形過分集中，而產生薄弱部位；第五是多道設防，防止局部構件破壞而倒塌；第六是兩個主軸方向動力特性宜相近，以減少扭轉振動影響等。并且通過兩種軟件分析計算，各項指標都滿足規范要求，使結構設計能達到預定的抗震性能目標。

1 工程概況

浙江廣電象山君瀾度假酒店新建項目位于寧波市象山縣新橋鎮影視大道11 號中國海影城。總建筑面積21 331.89m，地上6 層，地下1 層，建筑高度23.75m，客房部1 層高5.4m,其他樓層層高3.65m；宴會廳1 層層高5.4m，2 層層高6.5m；酒店大堂1 層層高5.4m，2 層層高4.6m。項目集書吧、會議室、童玩區、健身房、宴會廳、輔助用房、大堂、圖書吧、辦公等功能一體。

該工程的結構設計基準期為50 年，安全等級為二級，建筑樁基設計等級為乙級，人防工程抗力級別為核6、常6，場地地震基本烈度為6 度，設計基本地震加速度值為0.05g，設計地震分組為第一組，本場地類別為Ⅳ類，多遇地震水平地震影響系數最大值為0.04，罕遇地震影響系數最大值為0.28，場地特征周期為0.45s。建筑物抗震設防類別為丙類。取50 年一遇的基本風壓為1.2KN/m，10 年一遇的基本風壓為0.95KN/m，地面粗糙度類別為B 類。

2 結構體系和布置

本酒店集客房部、宴會廳、酒店大廳通過設置兩道伸縮縫結構連為一體，上部結構均嵌固于地下室地板處，采用混凝土框架結構體系，基礎采用樁基+防水板基礎，樁型采用高強預應力管樁，混凝土強度等級采用C30。由于本項目平面尺寸較大，地下室最大有效長度210.42m,最大寬度38.9m；地面以上最大有效長度385.59m,最大有效寬度38.48m。為改善結構抗震性能，同時控制結構單元尺寸，減小混凝土的收縮及溫度應力的影響，在地面以上設置兩道防震縫兼伸縮縫將結構分為客房部、宴會廳、酒店大廳三個結構單元，盡量減少對建筑立面效果的影響。

2.1 結構超限判定

根據《建筑抗震設計規范（2016 版）》（GB 50011-2010）第3.4.3 條及條文說明，針對客房部、宴會廳、酒店大廳結構單元進行不規則判定。

2.1.1 客房部結構特點

（1）扭轉不規則，X 向考慮偶然偏心的位移比最大值1.27大于限值1.2，Y 向考慮偶然偏心的位移比最大值1.12 小于限值1.2。（2）凹凸不規則，屋頂層最大凹進尺寸與相應邊長的比值為35%大于限值30%。（3）樓板不連續，第9、10 層開洞后有效寬度比位37.5%大于限值30%。（4）尺寸突變，豎向構件位置最大縮進尺寸比為40%大于限值25%。

2.1.2 酒店大廳結構特點

（1）扭轉不規則，X 向考慮偶然偏心的位移比最大值1.40大于限值1.2，Y 向考慮偶然偏心的位移比最大值1.25 大于限值1.2。（2）凹凸不規則，屋面層最大凸出尺寸與相應邊長的比值為32.3%大于限值30%。（3）樓板不連續，第2 層開洞后有效寬度比位68.4%大于限值30%；設置穿層柱，已考慮其引起的樓板不連續時，穿層柱的不規則可不計入項。

2.1.3 宴會廳結構特點

（1）扭轉不規則，X 向考慮偶然偏心的位移比最大值1.07小于限值1.2，Y 向考慮偶然偏心的位移比最大值1.36 大于限值1.2。（2）樓板不連續，第2 層開洞后有效寬度比位72.1%大于限值30%；設置穿層柱，已考慮其引起的樓板不連續時，穿層柱的不規則可不計入項。

綜上所述，合并同類超限項后，根據《建筑抗震設計規范（2016 版）》（GB 50011-2010）第3.4.3 條及條文說明，屬于特別不規則，對超限進行補充分析計算及關鍵構件進行性能化設計等加強措施。

2.2 抗震性能目標

根據本項目的場地條件、結構特點和社會影響，擬定本項目的抗震性能目標如下：抗震性能整體目標擬選為 D，如表1所示。

表1 抗震性能目標（D 類）

3 整體抗震結構設計分析

3.1 多遇地震彈性分析

象山君瀾度假酒店在進行整體指標計算時采用了北京盈建科軟件有限責任公司編制的建筑結構分析軟件YJK-A（S4.0版），同時采用PKPM SATWE 軟件進行整體對比分析計算。

表2 YJK、PKPM SATWE 軟件整體指標計算結果對照分析表

3.2 多遇地震彈性時程分析

分析軟件采用YJK 軟件，地震波選取根據場地類別和特征周期提供的地震波數據，選取了下述三組地震波，其中天然波：①Imperial Valley-07_NO_198,Tg（0.43），②Superstition Hills-01_NO_718,Tg（0.43）；人工波：①ArtWave-RH1TG045,Tg（0.45）。時程分析時地震波持續時間不小于建筑結構基本自振周期的 5 倍和 15s，彈性時程分析所用地震加速度時程最大值為 35cm/s，按照規范要求可以采用。

取三組時程曲線進行計算時，結構地震作用效應宜取時程法計算結果的包絡值與振型分解反應譜法計算結果的較大值；結構選用了3 條地震波，取所有地震波樓層剪力的包絡值與CQC 結果進行對比得到：X 向地震力放大系數1.061、Y 向地震力放大系數1.101。

3.3 罕遇地震下彈塑性靜力分析（Pushover）

3.3.1 分析計算

為保證“大震不倒”的抗震性能要求，為避免大震作用下結構薄弱部位較早破壞導致嚴重后果，進行了 Pushover 彈塑性靜力分析計算，分析采用北京盈建科軟件有限責任公司編制的建筑結構分析軟件 YJK-A（4.0 版）。罕遇地震影響系數按照規范取 0.28，特征周期取0.50s。結構彈性狀態阻尼比 0.05。本項目地上首層嵌固，對整體結構進行彈塑性靜力分析。荷載采用“彈性 CQC”和“倒三角”兩種形式分別計算。

3.3.2 罕遇地震下抗倒塌驗算

（1）當采用“彈性 CQC”荷載形式時，當 X 向推覆力達到 5382.6kN 時，結構達到推覆性能點，此時樓層最大層間位移角為 1/335；當 Y 向推覆力達到5891.5kN 時，結構達到推覆性能點，此時樓層最大層間位移角為 1/367，均滿足規范對框架結構彈塑性層間位移角的 1/50 要求，能夠滿足大震不倒的抗震目標，如圖1 及圖2 所示。

圖1 X 向抗倒塌驗算

圖2 Y 向抗倒塌驗算

工況X+向推覆性能點信息如下：Inc=23、Sd=0.0482 m、Sa=1.0255 m/s、T=1.3616s、Δ=67.64 mm、V=26939.44 KN、ζ=0.0820。工況Y+向推覆性能點信息如下：Inc=24、Sd=0.0412m、Sa=1.0719 m/s、T=1.2315s、Δ=65.41mm、V=28110.72 KN、ζ=0.0918。

（2）當采用“彈性 倒三角”荷載形式時，當 X 向推覆力達到 6 921.4kN 時，結構達到推覆性能點，此時樓層最大層間位移角為 1/345；當 Y 向推覆力達到7 168.6kN 時，結構達到推覆性能點，此時樓層最大層間位移角為 1/386，均滿足規范對框架結構彈塑性層間位移角的 1/50 要求，能夠滿足大震不倒的抗震目標，如圖3、圖4 所示。

圖3 X 向抗倒塌驗算

圖4 Y 向抗倒塌驗算

工況X+向推覆性能點信息如下：Inc=28、Sd=0.0407 m、Sa=1.1418 m/s、T=1.1868s、Δ=63.61mm、V=32775.77KN、ζ=0.0824。工況Y+向推覆性能點信息如下：Inc=29、Sd=0.0380m、Sa=1.1877m/s、T=1.1235s、Δ=61.38mm、V=33946.33 KN、ζ=0.0922。

（3）X、Y 向靜力推覆時塑性鉸分布情況。當采用“彈性 CQC”荷載形式，X 向靜力推覆時加載到第 23 步時，達到大震性能點，此時結構基底剪力達26939.4kN，Y 向靜力推覆時加載到第24 步時，達到大震性能點，此時結構基底剪力達28 110.7 kN。當采用“倒三角”荷載形式，X 向靜力推覆時加載到第 28 步時，達到大震性能點，此時結構基底剪力達32 775.8kN，Y 向靜力推覆時加載到第29 步時，達到大震性能點，此時結構基底剪力達33 946.3kN。由X、Y 向靜力推覆時塑性鉸分布情況可知，大震下大部分沿加載方向連梁及與剪力墻順接的框架梁端部出現塑性鉸，起到耗能的作用，部分樓層剪力墻剛度退化到限定值，進入屈服階段，少部分框架梁、大跨度梁、大懸臂梁、穿層柱子達到屈服狀態，出現塑性鉸，個別框架梁出現了破壞狀態，但是結構整體仍具有一定的抗側剛度，不至于危及結構整體安全，滿足“大震不倒”要求。

此外，通過塑性鉸出鉸順序可知，連梁先于框架梁、框架柱進入屈服狀態，表明剪力墻作為第一道防線吸收大量地震力并通過連梁屈服有效地消耗了地震能量，其后框架作為第二道防線共同參與抗震耗能，最終塑性鉸都分布在連梁及框架梁上，實現了“強柱弱梁”的設計目標，保證結構的安全。其中輕微損傷、中等損傷、重度損傷、破壞退出工作性能的衡量標準為梁、柱構件的塑性轉角，本工程中四種性能水準的相對限值分別為0.40、0.60、0.80、0.99。

4 結語

本工程屬于超限多層建筑，鑒于本工程的設防烈度、場地條件、房屋高度、不規則的部位和程度以及經濟性等方面的綜合考慮，本工程結構抗震設計設定了與建筑物本身相匹配的較為合理的性能目標。

小震下的振型分解反應譜法的計算分析，結果表明在小震下結構的周期、振型、位移指標、剛度、內力等均滿足規范要求，兩種不同程序的計算結果基本一致，其變化規律、形態均完全相同。

針對關鍵構件進行了性能化設計，結果顯示結構在小震作用下完好、無損壞；在中震作用下出現中度損壞，但經修復或加固后可繼續使用；在大震作用下出現比較嚴重損壞，需排險大修，但不致倒塌或發生危及生命的嚴重破壞。結構能達到所選用的D 級抗震性能設計目標。

多遇地震下的彈性時程補充分析結構表明，結構具備良好的抗震性能。罕遇地震下的靜力彈塑性補充分析結果表明，結構能夠滿足“大震不倒”的抗震目標。

為達到上述抗震性能，施工圖設計時，重點加強結構構造設計，特別是鋼筋混凝土框架、鋼結構等節點構造設計。針對超長較多結構地下室未斷縫，地上結構雖經結構斷縫，但仍屬超長結構，為了減少溫度和混凝土收縮對結構的影響，采取以下措施：（1）適當增加超長方向縱向鋼筋。（2）設置后澆帶。（3）做好外墻、頂板的保溫隔熱措施，降低溫差產生的溫度應力。

綜上所述，本結構具有較好的抗震性能，設計能達到預定的抗震性能目標。