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[摘要] 以某酒店结构的方案设计为例，阐述了针对结构的特点进行概念设计，用基本规则的结构方案完成相对复杂的建筑方案。
[关键词] 规则性；方案设计；基于性能的抗震设计
Scheme Design for a hotel
Zeng TianRen
(Shenzhen 518026,China)
Abstract:On the basis of scheme design of a hotel, elaborated how to use the performance-based analysis methods which is contrapoled the characteristics and the key problems are pointed out of structure to process the scheme deisgn .And how to use a regular structure to build a irregular archiecture plan.
Keywords: regular structure; scheme design; performance-based seismic design
1. 工程概述
1.1 建筑概述
某海滨城市五星级酒店地面以上26层，建筑高度109米；裙楼两层，裙楼屋顶平台标高13米，部分为商业用途与一期的两栋甲级写字楼相连；地下室四层，底板顶面绝对标高为-10.25米，作为商业与地下车库。
1.2 结构概述
该酒店位于7度区，结构采用框架剪力墙结构体系，地面以上26层，高99米，标准层高3.2米。5层以上为酒店标准层与宴会、商务楼层，标准层以下分别为机电转换层、大堂与商业楼层，结构的计算嵌固端取在首层（地下室顶板）。裙房与酒店塔楼通过抗震缝基本分开，使得裙房与塔楼相互独立，受力清晰。
2.结构方案设计
2.1方案设计总体思路
酒店的建筑方案相对复杂，要满足多方面的建筑与机电功能的要求，会造成结构体系的多项不规则，因此结构方案设计的总体目标就是在不影响建筑、机电使用功能的前提下，采取一系列的有针对性的基于性能的抗震措施与构造，尽量减少结构的不规则性并同时加强结构的薄弱部位，减少超限条目，使之成为基本规则的不超限结构，进而加快设计与施工进度。然后再在此基础上进一步优化结构的经济性指标。
2.2建筑的方案特点及结构的针对性设计
1)酒店标准层：建筑平面基本对称；因建筑功能需要，X向墙体与周边柱之间无法通过梁来连接；走廊部位为布置机电管道并保证必要的建筑净空，要求Y向墙体与框架的连系梁限值为400高。
针对以上特点，采取以下措施（详图二）：
标准层结构平面偏心较小，扭转不明显。为有效控制整体结构的扭转，研究发现外圈柱与外环梁对抵抗地震扭转作用最有效，结构Y向为弱方向，设计时使Y向外圈柱截面略大于X向外圈柱，外圈柱与外环梁截面大于内圈柱与内部梁。
在X向通过局部拉次梁的方式，将墙体与周边柱间接连接起来，并将X向墙体周边走廊范围内的楼板加厚至300mm，以增强X向墙体与框架结构之间的连接。
通过加大宽度的方法加强Y向墙体与框架的连系梁（宽度为700），在后续设计中可以考虑在梁中加设型钢，以减少梁截面宽度。Y向框架与剪力墙之间的连系梁越强，框架在整个抗侧体系中所起的作用越明显。酒店标准层的剪力墙Y向长度较短， 提供的剪力墙抗倾覆弯矩的力臂小，框架将承担很大一部分倾覆弯矩。为保证结构体系中框架承担的倾覆弯矩小于50% ，满足两阶段抗震设防的要求，在满足结构的最大层间位移角的刚度要求下，适当减弱连系梁，降低框架在整个抗侧体系中所起的作用是有利的。
2) 酒店大堂與机电转换层：酒店在标准层以下为机电转换层，层高2.15米；L3层为酒店大堂；L4层在大堂上空的楼板均挑空，形成2层高的大堂空间，L3层与L4层的层高为5.5米。由于建筑空间要求，标准层以下的楼层需取消中间核心筒两侧的柱。在酒店的L2﹑L3层平面右下角设置了跨层自动扶梯，开洞较大。
因标准层、机电转换层、L3、L4层的层高与荷载差异较大，如果设计时均作为结构楼层将必定造成严重的结构刚度突变。为减小结构刚度突变，有必要将部分楼层作为夹层，从结构抗震体系中分离出去。经比较，将机电转换层作为夹层比将L5层作为夹层引起的结构刚度突变更严重，因此决定将L5层作为机电转换层的子结构层，采用钢结构支承在机电夹层主结构柱的分叉柱上，楼板与主体结构的墙、柱设缝分开，使整个L5层子结构与主体结构竖向构件脱开，不参与结构的抗震体系（详图六）。机电夹层（含L5层）因层高（层高5.35）与标准层层高相差仍较大，导致抗侧刚度有突变，形成结构薄弱层。
结构下层抽柱通常会引起构件间断，为避免造成这种不规则，充分利用大堂的两层高空间，在酒店机电转换层处将部分框架柱通过斜柱与下部结构连接，使构件连续，传力直接。斜柱斜率小于1：6，以利于竖向力的可靠传递。本层楼板厚180mm，以承担斜柱引起的水平分力。该层以下框架柱采用型钢混凝土柱，加强其刚度与强度。
在酒店L2﹑L3层的跨层自动扶梯处与L4层酒店大堂上空均有楼板大开洞，L4层处开洞面积大于30%，其楼板厚度和配筋率需要相应的增加。
因开洞形成的平面不对称与楼层质量分布不均导致L4层及以下楼层结构质心与刚心偏心较大，结构平面左侧的抗侧承载力明显弱于右侧，结构扭转明显。所以需要加大结构左侧的墙柱截面，减小偏心，并在建筑允许范围内在四角及两侧增加抗震墙，以满足抗侧和抗扭的需要，尽量控制结构位移比指标。
3) 酒店裙房基本上通过抗震缝与塔楼分开，但酒店入口处因使用需要无法设置抗震缝，使酒店平面左下角局部突出了一块区域，增加了控制结构扭转的难度。此区域为局部两层通高，范围为一个开间与进深，初步分析扭转对结构整体的影响较小，对该区域影响较大。为控制局部扭转而对整体结构调整花费代价较大，不适宜，分析后将该区域的结构柱设计成钢结构绞接柱，只承受竖向荷载，释放水平力的作用，不受扭转影响。
3.结构计算及弹性分析结果
结构的主要计算结果详下表。
在小震及风荷载作用下，结构的各项控制指标均在合理范围内，构件的承载力及结构的层间位移均满足现行规范要求。
4.结论
经过对结构的初步计算，酒店结构共具有楼板不连续于刚度突变两条一般性不规则，无严重不规则，不属于超限结构。计算结果表明，结构的各项控制性指标满足相关规范的要求，在计算分析的基础上，采取抗震构造加强措施，可保证结构的抗震安全性。在此方案设计的基础上可以进行进一步的施工图设计。
注：文章中涉及的公式和图表请用PDF格式打开
[关键词] 规则性；方案设计；基于性能的抗震设计
Scheme Design for a hotel
Zeng TianRen
(Shenzhen 518026,China)
Abstract:On the basis of scheme design of a hotel, elaborated how to use the performance-based analysis methods which is contrapoled the characteristics and the key problems are pointed out of structure to process the scheme deisgn .And how to use a regular structure to build a irregular archiecture plan.
Keywords: regular structure; scheme design; performance-based seismic design
1. 工程概述
1.1 建筑概述
某海滨城市五星级酒店地面以上26层，建筑高度109米；裙楼两层，裙楼屋顶平台标高13米，部分为商业用途与一期的两栋甲级写字楼相连；地下室四层，底板顶面绝对标高为-10.25米，作为商业与地下车库。
1.2 结构概述
该酒店位于7度区，结构采用框架剪力墙结构体系，地面以上26层，高99米，标准层高3.2米。5层以上为酒店标准层与宴会、商务楼层，标准层以下分别为机电转换层、大堂与商业楼层，结构的计算嵌固端取在首层（地下室顶板）。裙房与酒店塔楼通过抗震缝基本分开，使得裙房与塔楼相互独立，受力清晰。
2.结构方案设计
2.1方案设计总体思路
酒店的建筑方案相对复杂，要满足多方面的建筑与机电功能的要求，会造成结构体系的多项不规则，因此结构方案设计的总体目标就是在不影响建筑、机电使用功能的前提下，采取一系列的有针对性的基于性能的抗震措施与构造，尽量减少结构的不规则性并同时加强结构的薄弱部位，减少超限条目，使之成为基本规则的不超限结构，进而加快设计与施工进度。然后再在此基础上进一步优化结构的经济性指标。
2.2建筑的方案特点及结构的针对性设计
1)酒店标准层：建筑平面基本对称；因建筑功能需要，X向墙体与周边柱之间无法通过梁来连接；走廊部位为布置机电管道并保证必要的建筑净空，要求Y向墙体与框架的连系梁限值为400高。
针对以上特点，采取以下措施（详图二）：
标准层结构平面偏心较小，扭转不明显。为有效控制整体结构的扭转，研究发现外圈柱与外环梁对抵抗地震扭转作用最有效，结构Y向为弱方向，设计时使Y向外圈柱截面略大于X向外圈柱，外圈柱与外环梁截面大于内圈柱与内部梁。
在X向通过局部拉次梁的方式，将墙体与周边柱间接连接起来，并将X向墙体周边走廊范围内的楼板加厚至300mm，以增强X向墙体与框架结构之间的连接。
通过加大宽度的方法加强Y向墙体与框架的连系梁（宽度为700），在后续设计中可以考虑在梁中加设型钢，以减少梁截面宽度。Y向框架与剪力墙之间的连系梁越强，框架在整个抗侧体系中所起的作用越明显。酒店标准层的剪力墙Y向长度较短， 提供的剪力墙抗倾覆弯矩的力臂小，框架将承担很大一部分倾覆弯矩。为保证结构体系中框架承担的倾覆弯矩小于50% ，满足两阶段抗震设防的要求，在满足结构的最大层间位移角的刚度要求下，适当减弱连系梁，降低框架在整个抗侧体系中所起的作用是有利的。
2) 酒店大堂與机电转换层：酒店在标准层以下为机电转换层，层高2.15米；L3层为酒店大堂；L4层在大堂上空的楼板均挑空，形成2层高的大堂空间，L3层与L4层的层高为5.5米。由于建筑空间要求，标准层以下的楼层需取消中间核心筒两侧的柱。在酒店的L2﹑L3层平面右下角设置了跨层自动扶梯，开洞较大。
因标准层、机电转换层、L3、L4层的层高与荷载差异较大，如果设计时均作为结构楼层将必定造成严重的结构刚度突变。为减小结构刚度突变，有必要将部分楼层作为夹层，从结构抗震体系中分离出去。经比较，将机电转换层作为夹层比将L5层作为夹层引起的结构刚度突变更严重，因此决定将L5层作为机电转换层的子结构层，采用钢结构支承在机电夹层主结构柱的分叉柱上，楼板与主体结构的墙、柱设缝分开，使整个L5层子结构与主体结构竖向构件脱开，不参与结构的抗震体系（详图六）。机电夹层（含L5层）因层高（层高5.35）与标准层层高相差仍较大，导致抗侧刚度有突变，形成结构薄弱层。
结构下层抽柱通常会引起构件间断，为避免造成这种不规则，充分利用大堂的两层高空间，在酒店机电转换层处将部分框架柱通过斜柱与下部结构连接，使构件连续，传力直接。斜柱斜率小于1：6，以利于竖向力的可靠传递。本层楼板厚180mm，以承担斜柱引起的水平分力。该层以下框架柱采用型钢混凝土柱，加强其刚度与强度。
在酒店L2﹑L3层的跨层自动扶梯处与L4层酒店大堂上空均有楼板大开洞，L4层处开洞面积大于30%，其楼板厚度和配筋率需要相应的增加。
因开洞形成的平面不对称与楼层质量分布不均导致L4层及以下楼层结构质心与刚心偏心较大，结构平面左侧的抗侧承载力明显弱于右侧，结构扭转明显。所以需要加大结构左侧的墙柱截面，减小偏心，并在建筑允许范围内在四角及两侧增加抗震墙，以满足抗侧和抗扭的需要，尽量控制结构位移比指标。
3) 酒店裙房基本上通过抗震缝与塔楼分开，但酒店入口处因使用需要无法设置抗震缝，使酒店平面左下角局部突出了一块区域，增加了控制结构扭转的难度。此区域为局部两层通高，范围为一个开间与进深，初步分析扭转对结构整体的影响较小，对该区域影响较大。为控制局部扭转而对整体结构调整花费代价较大，不适宜，分析后将该区域的结构柱设计成钢结构绞接柱，只承受竖向荷载，释放水平力的作用，不受扭转影响。
3.结构计算及弹性分析结果
结构的主要计算结果详下表。
在小震及风荷载作用下，结构的各项控制指标均在合理范围内，构件的承载力及结构的层间位移均满足现行规范要求。
4.结论
经过对结构的初步计算，酒店结构共具有楼板不连续于刚度突变两条一般性不规则，无严重不规则，不属于超限结构。计算结果表明，结构的各项控制性指标满足相关规范的要求，在计算分析的基础上，采取抗震构造加强措施，可保证结构的抗震安全性。在此方案设计的基础上可以进行进一步的施工图设计。
注：文章中涉及的公式和图表请用PDF格式打开