北京飯店二期高層住宅結(jié)構(gòu)的設(shè)計

北京飯店二期高層住宅結(jié)構(gòu)的設(shè)計

1個地段的工程施工北京飯店一期改造工程位于北京市中心，是北京2008年奧運會的配套工程和2006年北京的重點工程。同時，它也是北京政府繼續(xù)發(fā)展的動力。整個工程從東至西分為商業(yè)、酒店公寓、豪華公寓3個地塊，地塊之間分別有2條城市道路穿越，各地塊地下部分均為4層，并通過車庫將地下連成一體，該工程總建筑面積為27×104m2。本文僅介紹豪華公寓結(jié)構(gòu)設(shè)計。豪華公寓地上建筑物總平面呈[字形布局，由南北兩棟公寓（南側(cè)為1#樓，北側(cè)為2#樓）和會所3部分組成，地下4層，另外還有1個地下夾層，兩棟公寓地上均為7層，會所地上2層（見圖1），地上建筑面積為3.5×104m2。在會所兩端設(shè)防震縫，將3棟建筑地上分為3個獨立的抗震單元。本工程抗震設(shè)防烈度8度，設(shè)計地震分組第一組，設(shè)計基本地震加速度0.20g，場地類別Ⅱ類。在豪華公寓結(jié)構(gòu)設(shè)計中遇到了一些難點，下面分別討論。2開發(fā)地下夾層樓板結(jié)構(gòu)計算中，模型嵌固部位的確定是否符合實際情況，直接影響結(jié)構(gòu)受力真實性，從而關(guān)系到結(jié)構(gòu)安全。一般建筑只要符合《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》的要求，均可將地下室頂板作為嵌固部位。該公寓樓結(jié)構(gòu)計算中，嵌固部位很難直接依據(jù)規(guī)范要求確定。一方面，本工程中地下車庫頂板有3m覆土，用于庭院綠化。豪華公寓兩個主樓地下室均為兩側(cè)臨室外回填土，另外兩側(cè)臨地下車庫頂板覆土。因為綠化土層沒有壓實要求，故車庫頂板覆土對于主樓的嵌固作用不大，也就是說主樓地下室頂板（即±0.00m處樓板）不能做為主樓的嵌固部位。另一方面，主樓范圍內(nèi)地下夾層樓板（即-3.20m處樓板）與車庫頂板處于同一標高，該處樓板往下的地下室均臨室外回填土，對主樓的嵌固作用比較強，應(yīng)該可以做為嵌固層，但是地下夾層樓板由于建筑功能及設(shè)備需要等原因，板面開了很多洞，不符合抗震規(guī)范要求。因此，地下夾層樓板也不能做為嵌固部位。根據(jù)以往工程實踐，嵌固部位如果再下移一層，設(shè)計結(jié)果將會很保守，經(jīng)濟性不好。針對本工程結(jié)構(gòu)嵌固部位很難確定在哪一層，結(jié)構(gòu)設(shè)計中采取了以下措施：1）利用地下室建筑布局，增加地下混凝土剪力墻布置，提高地下室結(jié)構(gòu)樓層的側(cè)向剛度。經(jīng)計算地下室樓層側(cè)向剛度是相鄰上部樓層的4倍多，滿足《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》要求；2）對于地下夾層樓面開洞較多的情況，和建筑專業(yè)及有關(guān)設(shè)備專業(yè)認真協(xié)調(diào)后，在滿足他們要求的情況下，在樓板開洞處間隔2.8m左右布置了多道井字梁，從而有利于樓層水平力傳到周圍土體中；3）分兩個版本計算，將結(jié)構(gòu)嵌固部位分別設(shè)置于地下室頂板和地下夾層樓板，回填土對地下室約束相對剛度比定為2，結(jié)構(gòu)設(shè)計中按二者的不利情況控制。3模型計算結(jié)果對比該公寓建筑豎向功能變化較多，依次是：地下4層～地下1層為車庫，地下夾層為物業(yè)及設(shè)備用房，首層為商鋪，2層以上為住宅。由于豎向功能的變化，使上部很多豎向構(gòu)件不能落到基礎(chǔ)上，需要轉(zhuǎn)換。本工程位于8度區(qū)，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》對于轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)有嚴格的規(guī)定。相對于其它轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，本工程有1點有利之處，即所有轉(zhuǎn)換均發(fā)生在地下夾層和地下1層，沒有在地上轉(zhuǎn)換。但是由于上部樓層較多，而且轉(zhuǎn)換梁上墻體開邊門洞很普遍，從而轉(zhuǎn)換梁受力復雜。本工程設(shè)計中采取了以下措施，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計安全可靠：1）采用SATWE和ETABS兩種軟件進行整體計算，分析比較二者的計算結(jié)果，按不利情況設(shè)計。下面，以1#公寓為例，比較二者的計算數(shù)據(jù)。(1)周期和樓層最大位移計算結(jié)果如表1、表2所示，可以看出兩種軟件整體計算結(jié)果比較接近。(2)SATWE整體計算完畢后，接力運行其針對轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的子程序“框支剪力墻有限元分析”；ETABS整體分析中，將轉(zhuǎn)換梁按殼單元模擬，單元劃分時應(yīng)與上部剪力墻協(xié)調(diào)一致。取出一榀有代表性的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)進行對比，該榀轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)平面位置為1#樓M軸，如圖2所示，具體以(4)軸～(5)軸轉(zhuǎn)換梁內(nèi)力進行對比，結(jié)果如表3。從表中可以看出，兩種模型計算結(jié)果有一定的差別，主要是有限元單元不同造成的，設(shè)計中按二者的不利情況控制設(shè)計。表中,V4、V5分別表示(4)軸和(5)軸處的梁端剪力；M4、M5分別表示(4)軸、(5)軸支座處彎矩；M中表示跨中處梁彎矩。2）轉(zhuǎn)換梁內(nèi)力很大，為了滿足強剪弱彎的設(shè)計思路，對于轉(zhuǎn)換梁抗剪截面不足的梁端，采用豎向加腋的方法提高抗剪能力。3）參考《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定，對于轉(zhuǎn)換層及轉(zhuǎn)換構(gòu)件采取相應(yīng)的抗震措施。主要措施如下：轉(zhuǎn)換構(gòu)件抗震等級提高為一級，計算中按一級的要求調(diào)整轉(zhuǎn)換構(gòu)件內(nèi)力；轉(zhuǎn)換層板厚至少180mm厚，鋼筋雙層雙向布置，且每個方向單層配筋率不小于0.30%，與轉(zhuǎn)換層相鄰的樓板也適當?shù)倪M行了加強；框支層以下的落地剪力墻在結(jié)構(gòu)樓層處設(shè)置邊框梁或暗梁，以加強結(jié)構(gòu)整體性；剪力墻底部加強部位墻體水平和豎向分布鋼筋最小配筋率不小于0.30%；框支柱箍筋全部采用復合箍，且全高范圍加密等。4抗側(cè)力，確保墻外穩(wěn)定性根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用全部為短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)，短肢剪力墻較多時，應(yīng)布置筒體或一般剪力墻，形成短肢剪力墻和筒體（或一般剪力墻）共同抵抗水平力的剪力墻結(jié)構(gòu)。本工程雖不是高層建筑，但是根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范疑問解答》，對于短肢剪力墻的設(shè)計要求，多層建筑也應(yīng)按照《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》執(zhí)行。由于建筑戶型需要，公寓主體結(jié)構(gòu)中一字形短肢剪力墻較多，如圖2所示。一字形剪力墻平面外穩(wěn)定性較差，抗震性能不好，更不利的是本工程中的一字墻大部分是短肢剪力墻。經(jīng)過與審圖公司的結(jié)構(gòu)專家認真溝通后，針對本工程一字形短肢剪力墻較多的具體情況，采取以下措施予以解決。1）結(jié)合建筑功能及平面布置，在樓梯間、電梯井筒四周以及兩端山墻處，盡可能多的布置長墻。根據(jù)計算結(jié)果，短肢剪力墻承受的底部地震傾覆力矩占結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的百分比最大值為：1#樓43.7%，2#樓45.2%，均控制在50%之內(nèi)。2）結(jié)構(gòu)整體計算中，將樓面板按彈性板建模，這樣可以比較準確的確定墻體的平面內(nèi)、外彎矩，從而準確驗算平面內(nèi)、外穩(wěn)定及承載力。3）提高短肢剪力墻的抗震等級為一級，內(nèi)力調(diào)整和抗震構(gòu)造措施均按一級考慮。4）嚴格控制短肢剪力墻的軸壓比，提高結(jié)構(gòu)延性。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》要求，一字形短肢剪力墻的軸壓比應(yīng)控制在0.4以內(nèi)，根據(jù)計算結(jié)果，1#樓和2#樓短肢墻最大軸壓比均為0.39。5）加大一字形短肢剪力墻厚度，使墻厚與層高的比值滿足規(guī)范要求。2層樓面以下短肢墻厚度為500mm,2層樓面至3層樓面墻厚為300mm～350mm，標準層為250mm～300mm，這樣，底部加強區(qū)墻厚是層高的1/11，非加強區(qū)為1/13.2，滿足要求。6)1#樓K軸和N軸處短肢墻平面外沒有連續(xù)梁約束，為了提高穩(wěn)定性，結(jié)合樓板（板厚最薄為200mm），沿K軸和N軸做兩條連續(xù)的暗梁加強墻體穩(wěn)定，如圖2所示。2#樓同樣按此方法處理。5懸挑梁施工單元的確定本工程設(shè)計中，還遇到其它一些問題，此處簡要闡述一下設(shè)計中是如何解決的。1)1#樓、2#樓及會所平面呈[形分布，結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則，如果連成一體，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)會很大，而且平面應(yīng)力復雜，規(guī)范要求控制的諸多指標很難滿足。設(shè)計中在會所兩端設(shè)防震縫，將2棟建筑地上分為3個獨立的抗震單元。2)1#樓2層樓面及以上，在K軸和N軸外側(cè)均有2100mm的外挑，如圖2所示。由于此處的外挑是室內(nèi)客廳或臥室的延伸，為了滿足業(yè)主居住時的舒適要求，使懸挑梁變形不要過大或使用中不要發(fā)生振顫，同時防止在懸挑梁根部產(chǎn)生裂縫，結(jié)構(gòu)設(shè)計時在懸挑梁端部每層均做立柱，且柱中縱筋連續(xù)布置，按軸向受拉構(gòu)件錨入懸挑梁內(nèi)或互相搭接。這樣，封邊梁、懸挑梁和立柱會形成一個空間空腹桁架，從而減小懸臂端