王巖　楊體斌　王雄清　先雯

摘 要：本文結(jié)合三亞海棠灣洲際度假酒店的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)要介紹了超限結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程，并就結(jié)構(gòu)抗震性能化設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了探討，可供結(jié)構(gòu)工程師參考。

關(guān)鍵詞：超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)； 轉(zhuǎn)換層；型鋼混凝土桁架； 結(jié)構(gòu)超限；性能化設(shè)計(jì)

Abstract： In this paper， the Intercontinental Resort Sanya Haitang Bay structural design， briefly overrun structural design process， and discussed the issues related to seismic performance design reference available for structural engineers.

Key words： long structure； conversion layer； steel reinforced concrete truss； structural overrun； performance-based design

1.工程概況

三亞海棠灣洲際度假酒店位于海南省三亞市海棠灣，建筑主要功能為超五星級(jí)酒店。工程總建筑面積70886㎡，其中地上建筑面積44689㎡，地下建筑面積26196㎡。建筑總高度為48m；地下2層，地上13層（結(jié)構(gòu)為地下1層，地上14層）；層高：-2層4.8m，-1層5.4m，1層5.5m，2～頂層3.5m。建筑平面呈倒“S”形，長(zhǎng)度約290m，寬約10.20m。建筑在軸2-7～軸2-12之間1至5層開(kāi)一大洞，洞口寬度約52米，高度為19.5m。

2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總則

該工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年，安全等級(jí)為二級(jí)；地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)。地震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.05g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)，設(shè)計(jì)特征周期為0.35秒，工程建筑抗震設(shè)防類(lèi)別為丙類(lèi)?；撅L(fēng)壓為0.85kN/m2，地面粗糙類(lèi)別為A類(lèi)。主體結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)為三級(jí)，轉(zhuǎn)換構(gòu)件及與開(kāi)洞部分相鄰的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震等級(jí)為二級(jí)。

3.地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

根據(jù)場(chǎng)地巖土工程條件，結(jié)合本建筑物結(jié)構(gòu)布置及荷載特點(diǎn)，以及不同類(lèi)型樁的施工可能性，經(jīng)綜合比較最后采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，并以第⑩層中風(fēng)化花崗巖作為樁端持力層。

4.結(jié)構(gòu)布置

根據(jù)建筑平面布置、使用功能要求、本地區(qū)的抗震設(shè)防烈度、基本風(fēng)壓及業(yè)主的要求，主體結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，中間不設(shè)置伸縮縫。結(jié)構(gòu)高寬比為4.7，長(zhǎng)寬比為28.4。

建筑開(kāi)洞部位第六層設(shè)為轉(zhuǎn)換層，轉(zhuǎn)換層采用型鋼混凝土桁架進(jìn)行轉(zhuǎn)換。主桁架為弧形，外弧31.2米，半徑為86.6米，內(nèi)弧長(zhǎng)為27.7米，半徑77.0米，桁架高度為4.3米。桁架與兩側(cè)結(jié)構(gòu)采用剛性連接，為了加強(qiáng)桁架與兩側(cè)結(jié)構(gòu)連接處的可靠性，采取以下結(jié)構(gòu)措施：在洞口兩端軸2-7和軸2-12處布置1000mm厚的剪力墻和4根1500×1500型鋼混凝土柱、將縱向主桁架伸進(jìn)兩側(cè)結(jié)構(gòu)一跨。為了使轉(zhuǎn)換桁架受力和變形更合理，在軸2-8和軸2-11處增加4根2000x2000的支撐型鋼混凝土柱，并延伸至轉(zhuǎn)換桁架上2層。轉(zhuǎn)換桁架上部4根框架柱采用型鋼混凝土柱，與桁架弦桿型鋼連接并向上延伸2層，以保證構(gòu)造連接的過(guò)渡。

5.結(jié)構(gòu)整體分析及主要結(jié)果

結(jié)構(gòu)整體計(jì)算采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPM CAD工程部編制的SATWE和PMSAP程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算分析，在結(jié)構(gòu)計(jì)算中選用合理的計(jì)算簡(jiǎn)圖和計(jì)算參數(shù)。兩種計(jì)算程序分析的主要結(jié)果見(jiàn)表一。

利用SATWE程序?qū)φw結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈性動(dòng)力時(shí)程分析補(bǔ)充計(jì)算，彈性動(dòng)力時(shí)程分析中地震波采用TH3TG035、TH4TG035兩條實(shí)際地震波和RH3TG035一條人工波，三條地震波的地震加速度時(shí)程曲線的最大值18cm/s2，三向地震波的加速度最大值按1：0.85：0.65的比例調(diào)整。彈性動(dòng)力時(shí)程分析結(jié)果見(jiàn)表二。

計(jì)算結(jié)果的分析：

① SATWE及PMSAP兩個(gè)軟件的計(jì)算結(jié)果基本接近。 第一扭轉(zhuǎn)周期與第一平動(dòng)周期之比：SATWE為0.855，PMSAP為0.849與規(guī)范要求的0.85接近，結(jié)構(gòu)在考慮偶然偏心地震力作用下的樓層最大位移與平均位移比局部超過(guò)1.2，最大1.33，小于1.4；同時(shí)結(jié)構(gòu)的位移值尚小于規(guī)范值1/800的50%。 SATWE及PMSAP其它計(jì)算結(jié)果（層間位移角、樓層最小剪力系數(shù)、等）均滿足規(guī)范要求。

② 彈性動(dòng)力時(shí)程分析法結(jié)果表明，3條時(shí)程曲線計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不小于振型分解反應(yīng)譜計(jì)算結(jié)果的80%，每條時(shí)程曲線計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力均不小于振型分解反應(yīng)譜計(jì)算結(jié)果的65%，滿足規(guī)范要求。三條地震波的平均位移曲線和剪力曲線均包絡(luò)在CQC曲線內(nèi)。位移曲線表明結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度沿豎向分布沒(méi)有明顯太大的突變，基本平緩。

6.超限設(shè)計(jì)的分析計(jì)算及采取的措施

6.1 結(jié)構(gòu)超限的情況：

根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2002、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50111-2001及2010年版《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專(zhuān)項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》超限認(rèn)定如下：

1）平面復(fù)雜，2個(gè)半圓反接而成為1個(gè)倒“S”形，長(zhǎng)度約290米。

2）扭轉(zhuǎn)不規(guī)則：考慮偶然偏心的扭轉(zhuǎn)位移比大于1.2，最大達(dá)到 1.33。

3）豎向構(gòu)件間斷：在軸2-7～軸2-12之間1至5層開(kāi)一大洞，造成了豎向構(gòu)件間斷。

4）最大周期比為0.855，接近0.85 。

6.2 結(jié)構(gòu)超限及復(fù)雜部位處理措施：

1）計(jì)算分析采用了多個(gè)不同力學(xué)模型的分析軟件進(jìn)行計(jì)算。

2）結(jié)構(gòu)的布置盡量規(guī)整，均勻，并盡可能使結(jié)構(gòu)的剛度中心和質(zhì)量中心重合，以減小扭轉(zhuǎn)。

3）建筑開(kāi)洞部位采用型鋼混凝土桁架進(jìn)行轉(zhuǎn)換。為了保證桁架的整體空間性和加強(qiáng)桁架水平向剛度，抵抗豎向軸力產(chǎn)生的平面外彎矩，在桁架橫向增設(shè)四榀橫向次桁架，并在上下弦水平方向加設(shè)交叉水平撐桿。桁架上下層樓面板厚設(shè)為180mm，配筋為雙層雙向Φ12@150，并加強(qiáng)開(kāi)洞兩側(cè)樓板的配筋。

4）采用北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)的MIDAS/Gen軟件，對(duì)轉(zhuǎn)換桁架進(jìn)行進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算分析。根據(jù)MIDAS的結(jié)果顯示，桁架各構(gòu)件的受力情況與SATWE和PMSAP的整體計(jì)算結(jié)果基本一致。桁架桿件的截面和配筋，綜合了MIDAS、SATWE和PMSAP三種軟件的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)。

5）補(bǔ)充計(jì)算多遇地震下桁架的豎向地震作用，結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

6）由于整個(gè)建筑長(zhǎng)度較長(zhǎng)且中間不設(shè)置伸縮縫，總長(zhǎng)約290米，屬超長(zhǎng)建筑。三亞地區(qū)建筑物本身在正常使用年限內(nèi)溫差不大，溫度應(yīng)力主要產(chǎn)生在施工階段。主要措施采取后澆帶+膨脹帶方式和樓板內(nèi)摻砼膨脹劑UEA以改善砼收縮性能，并在砼內(nèi)摻加聚丙烯抗裂纖維。同時(shí)對(duì)端部溫度應(yīng)力較大部分采取雙層雙向鋼筋網(wǎng)，配筋率不小于0.25%。

7.性能化設(shè)計(jì)目標(biāo)

本項(xiàng)目經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，在初步設(shè)計(jì)階段，將部分豎向支撐構(gòu)件及轉(zhuǎn)換層進(jìn)行性能化目標(biāo)設(shè)計(jì)，即：

7.1 型鋼砼轉(zhuǎn)換桁架與4根支撐型鋼混凝土柱按中震彈性和大震不屈服設(shè)計(jì)。

7.2 單榀框架的框架柱按中震彈性設(shè)計(jì)。

7.3 利用SATWE對(duì)整體結(jié)構(gòu)在的計(jì)算，最大地震影響系數(shù)取0.12，考慮10年基本風(fēng)壓W0=0.50KN/M2。中震作用下結(jié)構(gòu)的X向位移角1/1255，Y向位移角1/672。經(jīng)復(fù)核，型鋼砼轉(zhuǎn)換桁架與4根支撐型鋼混凝土柱和單榀框架的框架柱，在多遇地震作用下的截面和配筋均能夠滿足中震要求。

7.4 利用SATWE近似計(jì)算（不考慮構(gòu)件剛度的退化）大震不屈服，不考慮風(fēng)荷載，最大地震影響系數(shù)取0.28。大震作用下結(jié)構(gòu)的X向位移角1/559，Y向位移角1/518。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，型鋼砼轉(zhuǎn)換桁架與4根支撐型鋼混凝土柱在多遇地震作用下的截面和配筋能滿足大震不屈服，達(dá)到大震不倒的設(shè)防目標(biāo)。

8.結(jié)論：

8.1 結(jié)構(gòu)多遇地震常規(guī)抗震設(shè)計(jì)、中震彈性設(shè)計(jì)和大震不屈服分析的結(jié)果均能夠滿足現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范、規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)的要求。

8.2 對(duì)結(jié)構(gòu)采取相應(yīng)的抗震措施后，經(jīng)計(jì)算分析，本建筑的抗震設(shè)計(jì)能夠達(dá)到預(yù)定的性能化目標(biāo)，結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的抗震能力。

8.3 通過(guò)上述分析計(jì)算可知，結(jié)構(gòu)性能可較好的滿足結(jié)構(gòu)正常使用、規(guī)范要求及本工程設(shè)定的性能目標(biāo)要求。

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