林啟亮

(廈門中福元建筑設(shè)計研究院 福建廈門 361009)

引 言

廈門閩南古鎮(zhèn)(F部)快捷酒店位于廈門市廈門市湖里區(qū)寨上高殿一號路邊上，位于廈門航空線下方，有航空限高要求。建筑總面積約為5.4萬m2，建筑總高度34.9m，功能為快捷式酒店。地下兩層，地上九層，地下兩層均為車庫及設(shè)備用房，地面一層為商店及酒店配套用房，地面二層以上為酒店房間。建筑平面總尺寸約為62.0mx84.7m，為滿足采光及通風(fēng)要求，建筑平面二層及二層以上內(nèi)開兩個大洞，尺寸均為37.2m×24.0m。建筑平面呈“日”字形。如(圖1)所示:

1 結(jié)構(gòu)方案選型分析

建筑所在地區(qū)的抗震設(shè)防烈度7度0.15g，場地類別為Ⅱ類。房屋高度本身不高，初步結(jié)構(gòu)方案選型可以采用框架結(jié)構(gòu)體系。但是建筑平面布置為12.4m×12.1m的大跨度柱間距，混凝土強(qiáng)度等級取C40，框架柱截面面積初步估算仍需要1.5×1.5m。為了獲取更多的使用空間，即使采用預(yù)應(yīng)力寬扁梁，梁高按按跨度的1/21估算仍需要600高左右。由于航空限高，建筑的層高僅3.3m，若布置突出板底的框架梁或次梁，將影響設(shè)備走管高度，也壓低了走廊的吊頂高度。采用框架結(jié)構(gòu)的明梁明柱占用了太多的使用空間，嚴(yán)重影響了建筑功能布置。因此，排除了框架結(jié)構(gòu)體系的方案，采用板柱－剪力墻結(jié)構(gòu)體系:利用在主框架軸線上的酒店房間隔墻布置一定長度的鋼筋混凝土剪力墻，厚度同房間隔墻，形成板柱－剪力墻結(jié)構(gòu)體系。房屋高度也滿足高規(guī)表3.3.1－1中對板柱－剪力墻結(jié)構(gòu)體系規(guī)定的7度區(qū)70m限高要求。采用無梁板方便了酒店房間隔墻靈活布置，也提高了建筑凈空。由于板跨達(dá)12.4mx12.1m，樓板形式可采用現(xiàn)澆無梁空心樓蓋或現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力樓蓋方案。無梁空心樓蓋厚度可按跨度的1/35取值，取板厚h=350。

圖1 酒店建筑平面

表1 現(xiàn)澆空心樓蓋主要優(yōu)缺點分析

圖2a 空心樓蓋示意圖

圖2b 暗梁構(gòu)造大樣圖

不計板自重，根據(jù)建筑房間布置，將房間隔墻折算分?jǐn)傊翗敲?，加上建筑面層荷載共計q1=7kN/m2，而空心板自重q2=4.8kN/m2。在總荷載不大、板自重在總荷載中占較大比重的情況下，應(yīng)盡量減少板的自重，故采用現(xiàn)澆無梁空心樓蓋(圖2a)的方案明顯具有優(yōu)勢。根據(jù)高規(guī)對板柱－剪力墻結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計要求，在房屋四周、洞口周邊及樓、電梯間等處設(shè)置框架邊梁。對于無梁空心樓蓋，在柱上板帶設(shè)置了現(xiàn)澆實心暗梁，暗梁高度350，寬度取柱(墻)寬及兩側(cè)各1.5倍板厚之和(圖2b)。

為了滿足建筑功能布置要求，地下室的柱網(wǎng)布置必須考慮滿足車庫及車道的使用，地面一層作為大商業(yè)使用，具有較大開間，而上部酒店房間多，開間較小，上部剪力墻豎向構(gòu)件無法全部直接貫通落地(圖3a)。經(jīng)多種方案分析比較后，決定采用部分框支板柱－剪力墻結(jié)構(gòu)體系。根據(jù)計算結(jié)果，本工程不存在剛度突變或承載力突變，僅存在樓板局部不連續(xù)(開洞面積大于30%)和豎向構(gòu)件不連續(xù)兩項不規(guī)則類型。因此，本工程不屬于超限高層，在預(yù)估的罕遇地震作用下，層間位移角滿足《高規(guī)》第3.7.5條的規(guī)定。

采用Satwe和廣廈CAD軟件整體分析分別得出以下主要計算結(jié)果:

表2 結(jié)構(gòu)動力特性對照表

由(表2)可以看出結(jié)構(gòu)的整體性能在前三個周期下表現(xiàn)較好，抗扭周期出現(xiàn)在第三周期。周期比T3/T1=0.89＜0.9滿足規(guī)范的限值。由(表2)及查看結(jié)構(gòu)前3階空間振型可知:結(jié)構(gòu)第一周期對應(yīng)的振型以Y向水平平動為主;第二周期對應(yīng)的振型以X向水平平動為主;第三周期對應(yīng)的振型則表現(xiàn)為四個角部的平面內(nèi)扭動。

2 部分框支剪力墻設(shè)計

在平面二層以上主要軸線處均設(shè)置混凝土內(nèi)橫墻(圖3b)后，由于二層樓面以下建筑使用功能限制，部分內(nèi)橫墻無法落地，因此將轉(zhuǎn)換層設(shè)置在二層樓面。轉(zhuǎn)換層以上框架柱地震剪力百分比X向、Y向分別為1.31%和0.19% ，說明地震剪力基本由剪力墻承擔(dān)。轉(zhuǎn)換層以上的剪力墻設(shè)計時，按高規(guī)8.1.10要求承擔(dān)各層100%地震剪力，板柱部分承擔(dān)不小于20%的地震剪力。轉(zhuǎn)換層設(shè)置在建筑二層不屬于高位轉(zhuǎn)換范圍，在建筑樓梯間及電梯井均布置落地剪力墻，基本滿足高規(guī)10.2.16對落地剪力墻布置與框支柱的間距不宜大于12m的要求。轉(zhuǎn)換層以下采用正常的梁板結(jié)構(gòu)，因轉(zhuǎn)換層樓板受較大內(nèi)力和變形，轉(zhuǎn)換層樓板采用180mm厚現(xiàn)澆混凝土樓板，雙層雙向配筋，并適當(dāng)提高板最小配筋率。在彈性膜的假設(shè)下，對轉(zhuǎn)換層樓板進(jìn)行了應(yīng)力分析。

為減少了轉(zhuǎn)換層上下的剛度突變，在滿足位移角的前提下，設(shè)計時對轉(zhuǎn)換層以上內(nèi)橫墻布置數(shù)量、長度和間距做了一定弱化。本工程轉(zhuǎn)換層與上一層的側(cè)向剛度比如下:

X方向下部剛度=0.9630E+08 X方向上部剛度=0.1035E+09 X方向剛度比=0.9303;Y方向下部剛度=0.9482E+08 Y方向上部剛度=0.9360E+08 Y方向剛度比=1.0130。本工程X、Y方向上，轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)剛度比γe1均接近1，滿足《高規(guī)》附錄E.0.1條要求。

在轉(zhuǎn)換梁和轉(zhuǎn)換柱的構(gòu)件型式選擇上，如果采用普通混凝土梁當(dāng)轉(zhuǎn)換梁，那么框支柱也可以選擇普通混凝土柱，施工上較為方便。如果采用型鋼轉(zhuǎn)換梁支托未落地的內(nèi)橫墻，那么與型鋼轉(zhuǎn)換梁相連的轉(zhuǎn)換柱也最好采用型鋼轉(zhuǎn)換柱以方便型鋼的連接，鋼筋的定位和綁扎、混凝土澆搗、節(jié)點區(qū)構(gòu)造處理都比較復(fù)雜。但是，廈門地區(qū)地震設(shè)防烈度和基本風(fēng)壓較高，水平荷載較大，在轉(zhuǎn)換梁混凝土強(qiáng)度等級設(shè)計為C40時，采用普通混凝土梁經(jīng)驗算仍需800x1800的截面大小才能滿足抗剪承載力要求;而采用型鋼混凝土梁則只需要800x1300的截面大小。雖然在施工過程中可能會碰到些困難，但目前的施工工藝也都比較成熟，可以克服。首先，建筑首層作為商場，凈高要求較大，如此可以大大提高建筑使用空間的高度，滿足了設(shè)備專業(yè)走管要求;其次，轉(zhuǎn)換梁高度直接決定了本層的剛度，不會導(dǎo)致轉(zhuǎn)換層上下剛度突變太大。再者，型鋼混凝土轉(zhuǎn)換梁和型鋼混凝土柱安全儲備較大，確保了整體結(jié)構(gòu)有更大的延性和抗倒塌能力。因此，在兩種方案進(jìn)行多次比較后，決定選擇采用型鋼混凝土梁和型鋼混凝土柱。轉(zhuǎn)換處型鋼混凝土構(gòu)件采用SATWE的框支剪力墻有限元FEQ補充分析(圖4)。二層③～⑥軸x?～?軸落地剪力墻間距較大，平面連接較為薄弱，將這八根型鋼混凝土框支柱按遭受7度中震抗剪及抗彎彈性性能目標(biāo)進(jìn)行復(fù)核，柱截面1200x1200，軸壓比0.53?？蛑Э蚣艹袚?dān)的地震傾覆力矩百分比X向和Y向分別為8.51%和7.11%，滿足規(guī)范要求的小于50%總地震傾覆力矩要求。

圖3a 轉(zhuǎn)換層以下墻柱布置

圖3b 轉(zhuǎn)換層以上結(jié)構(gòu)布置平面圖

圖4 部分框支剪力墻高精度有限元計算

圖5 邊框梁大樣圖

3 現(xiàn)澆空心樓蓋設(shè)計

由于建筑平面開了兩個大洞(X、Y向開洞率均大于30%)，屬于樓板開大洞的復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)，從規(guī)范的角度看不滿足整體剛性板假定，為使水平力能夠均勻有效地傳給抗側(cè)力構(gòu)件，在周邊(包括開大洞的洞口)，結(jié)構(gòu)計算時邊框梁按200×1200輸入。利用建筑立面窗臺高度900，墻厚200，考慮邊框梁作為空心樓蓋的邊支承，為提高其抗扭剛度，將梁寬加寬，故樓板以上部分實際按200寬，樓板以下部分實際按350寬做(圖5)。經(jīng)過這樣的技術(shù)處理，使得空心樓蓋滿足周邊嵌固的要求，并將豎向荷載直接傳遞到與邊框梁相連的框架柱上，傳力途徑簡單、明確。

考慮到結(jié)構(gòu)平面和豎向的復(fù)雜性，本工程采用PKPM系列結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件的SATWE和廣廈CAD分別進(jìn)行整體計算，空心樓蓋及墻柱配筋進(jìn)行包絡(luò)取值設(shè)計。一般轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)在上述兩種軟件的計算都已經(jīng)比較成熟。對于PKPM軟件，未能直接輸入空心樓蓋內(nèi)模，只能通過板厚折減處理，在PMCAD建模后導(dǎo)入SLABCAD設(shè)置有關(guān)數(shù)據(jù)后進(jìn)行計算分析得到空心樓蓋配筋。在整體計算時，空心樓蓋主要提供的是水平剛度作用。采用PKPM軟件進(jìn)行整體計算時，為了更真實地反應(yīng)樓板平面內(nèi)和平面外的剛度，采用擬梁法進(jìn)行PMCAD建模，板厚輸入為0?？招臉巧w進(jìn)行荷載及厚度折算后采用擬梁法輸入，即把空心樓板按混凝土截面的慣性矩等效為矩形梁(1300×350)，按等剛度等高度的原則換算輸入模型。內(nèi)橫墻間實心暗梁按實際截面(1200×350)輸入。模型建立后，采用總剛算法，使用SATWE對空心樓蓋進(jìn)行整體分析計算。而對于廣廈CAD軟件，程序可以直接把空心管內(nèi)模輸入，建模后進(jìn)入通用計算，采用板單元或殼單元對空心板進(jìn)行空間應(yīng)力分析，得出空心樓蓋各層真實的板配筋、板裂縫撓度、樓蓋豎向自振頻率和其他構(gòu)件配筋。最后，驗算現(xiàn)澆空心樓蓋的抗剪承載力，并按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》附錄F的規(guī)定補充不平衡彎矩作用下的節(jié)點沖切驗算(圖6)。通過增加附加支座筋保證結(jié)構(gòu)安全可靠，控制實心暗梁的通長筋布置以及最小配筋率等措施減小節(jié)點抗震不利影響。對于樓板開洞等不利因素的影響，設(shè)計時對每個開大洞的現(xiàn)澆空心樓板角部均附加設(shè)置9根12放射筋增強(qiáng)洞口四周抗扭能力。為了控制施工過程中空心管的上浮采取了(圖7)中的抗浮措施。

圖6 節(jié)點沖切驗算示意圖

圖7 內(nèi)模綁扎固定抗浮詳圖

4 結(jié)語

綜上所述，本工程上部通過采用板柱－剪力墻結(jié)構(gòu)體系解決了酒店層高較低、跨度較大的問題。整體結(jié)構(gòu)通過部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系和板柱－剪力墻體系的結(jié)合，形成了部分框支板柱－剪力墻結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)布置比較復(fù)雜，需要從整體概念上把握。對于此類復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系，經(jīng)過以上技術(shù)處理，按“強(qiáng)剪弱彎”和“強(qiáng)柱弱梁”等原則適當(dāng)增強(qiáng)轉(zhuǎn)換層以下結(jié)構(gòu)的剛度和延性，合理布置轉(zhuǎn)換層以上剪力墻的數(shù)量和長度保證整體側(cè)向剛度。

廈門地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度0.15g，使用現(xiàn)澆空心樓蓋在降低層高、增加了層數(shù)、滿足建筑空間和設(shè)備走管要求的同時，減少了混凝土樓板自重，也就相應(yīng)地減小了地震的作用。在施工階段(圖8)，由于其沒有大量的主次梁，能夠大大縮短工期并減少模板損耗，節(jié)省了大量的施工成本?？招陌宓膬?nèi)模提高了酒店的隔音效果，降低了噪音。在裝修階段，可以減少吊頂和內(nèi)外墻的裝修費用。因此，本工程采用空心樓蓋綜合經(jīng)濟(jì)效益還是比較明顯的。

圖8 現(xiàn)場空心管綁扎及設(shè)備預(yù)留孔

[1]GB50010－2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[2]JGJ 3－2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[3]CECS 175:2004，現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[4]05SG343，現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖集[S].