天水某超高层酒店结构设计

天水某超高层酒店结构设计

姬旭1，李小龙1

（1 西安基准方中建筑设计有限公司，西安710000）

摘要：随着国内旅游产业的发展，各地相继涌现出高规格酒店，这些酒店规模大功能齐全，并且塔楼高度较高。在高烈度地区，超高层酒店塔楼结构体系的选型及性能目标的确定至关重要，结构体系的选型需结合酒店业态空间需求及土建成本综合考虑，合理的性能目标能确保结构在各地震水准下实现相应的承载力及正常使用极限状态。本文就天水市某超高层酒店结构设计过程及关键内容进行介绍，供业界参考。

关键词：高烈度区结构设计；墙肢受拉；性能目标；

中图分类号：TU352.1      文献标志码：A         文章编号：

第一作者：姬旭，工程师，Email：1473832482@qq.com.

Structural design of a super high rise hotel in tianshui

JI Xu1

(1 JZFZ Design, Xi’an 710000, China；)

Abstract:With the development of the domestic tourism industry, high standard hotels have emerged in various regions. These hotels are large in scale, fully functional, and have high tower heights. In high-intensity areas, the selection of structural systems and the determination of performance goals for super high-rise hotel towers are crucial. The selection of structural systems should be combined with the spatial requirements of the hotel industry and the comprehensive consideration of civil engineering costs. Reasonable performance goals can ensure that the structure can achieve corresponding bearing capacity and normal service limit state at various earthquake levels. This article introduces the structural design process and key content of a super high-rise hotel in Tianshui City, for reference by the industry。

Keywords:Structural design in high-intensity areas；Wall limb under tension；Performance goals；

1 工程概况

项目位于甘肃省天水市秦州区，由酒店及酒店配套裙楼组成（图1），其中酒店塔楼主要功能为客房，21层的剪力墙结构，房屋高度为84.15米。裙楼主要功能为宴会厅及泳池等，为三层至四层的框架结构。场地内设置有一层地下车库，车库层高4.4m。酒店建筑面积地上为25895.91m²，地下为7691.59m²。结构设计使用年限50年，标准设防类，抗震设防烈度为8度，基本地震加速度0.3g，设计地震分组为第二组，结构安全等级二级，基础设计等级为甲级。

图1 三维效果图

2 结构体系及布置

酒店裙楼部分存在体型收进、跃层柱及大开洞等不规则情况，为减少单体建筑不规则程度，对裙楼部分进行脱缝处理。常见的酒店塔楼设计采用框架剪力墙结构或框架核心筒结构，具有开间大，便于功能房间布置等优点。对本项目酒店塔楼进行了框架剪力墙结构及剪力墙结构两种方案比较测算，测算结果为剪力墙结构土建成本有较大优势，通过调整各功能房间布置进行优化，剪力墙结构（图2）也可满足酒店各功能房间要求。外围剪力墙厚度由500mm渐变到400mm，内部剪力墙由350mm渐变到200mm，混凝土强度等级由C55变化到C30，为避免出现竖向变截面及混凝土强度等级变化带来的薄弱部位，剪力墙截面收进与混凝土强度等级变化错开布置。

图2 标准层结构平面布置图

3 超限情况及性能目标

酒店塔楼底部四层位移比均大于1.2，最大为1.27，判定为扭转不规则。第四层层高较上部楼层变化较大，导致第四层与相邻上层侧向刚度90%的比值为0.93，与上三层平均侧移刚度80

%的比值为0.83，判定为刚度突变。酒店塔楼部分房屋高度为84.15米，超过建质[2015]67号超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点［1］中8度（0.3g）抗震墙结构房屋高度80米限值。综上，本酒店塔楼为平面和竖向均不规则的超限高层剪力墙结构。

针对本工程结构类型及不规则情况，设计采用结构抗震性能设计方法进行补充分析和论证。本工程高度超过A级最大适用高度,为B级高度高层建筑，并较为规则。依据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2010）［2］针对性的选用性能目标D，其中关键构件性能目标要求见表1。小震时结构保持弹性；中震时关键构件不屈服，部分竖向构件以及大部分耗能构件进入屈服阶段，但竖向构件抗剪截面满足要求；大震下关键构件满足不屈服，较多竖向构件屈服，但同一楼层竖向构件不宜全部屈服，竖向构件抗剪截面满足要求，允许部分耗能构件发生较严重的破坏。

表1 性能目标

4 结构计算分析

4.1 多遇地震及风荷载下结构计算分析

采用YJK及ETABS两种软件进行计算并对比分析，各主要阵型、周期、楼层剪力等参数均接近。选取五条天然波及两条人工波，进行了弹性时程补充计算，见图3，在主要周期点上，多组时程曲线的加速度谱与规范反应谱在统计意义上相符［2］。上部楼层地震放大系数取时程分析法的平均值与振型分解反应谱法的较大值进行设计，小震作用下各部分构件能够满足性能水准1的抗震设计要求.

图3 时程波谱与规范谱

4.2设防地震作用下结构分析

选用YJK软件，采用等效弹性算法进行中震不屈服计算，地震影响系数为0.68，特征周期0.4，周期折减系数取1.0，阻尼取0.06，中梁刚度系数1.2，连梁刚度系数取0.4。计算结果表明，中震地震作用下计算的基底剪力约为小震基底剪力的2.6倍，关键构件剪力墙斜截面及正截面承载力满足性能目标4的要求。

为了考察翼缘墙肢在中震下的受拉情况，选取具有代表性的楼层，提取墙肢在恒载、活载及中震地震工况下的轴向力，墙肢轴向力取为Nk=±NE-(ND+0.5NL)，墙肢应力取为σk =Nk /AQ，设其应力拉为正、压为负，式中AQ为墙肢面积。提取典型墙肢编号如图4，二层墙肢受拉情况如表2。当组合剪力墙平均名义拉应力≤ftk时，满足要求，不需要配置型钢；当ftk＜组合剪力墙平均名义拉应力≤2.0ftk时，剪力墙内设置型钢或墙体增加竖向钢筋承担墙肢拉力；严格控制组合剪力墙平均名义拉应力≤3.0ftk。对于出现小偏拉的翼缘墙肢，将其抗震构造措施提高到特一级。

表2 中震墙肢受拉计算

图4 主要墙肢编号

4.3罕遇地震作用下结构分析

选用YJK软件，采用振型分解反应谱法进行大震等效弹性计算。地震影响系数最大值为1.2，特征周期0.45S，周期折减系数取1.0，阻尼0.07，中梁刚度系数1.0，连梁刚度系数取0.3。结果表明，大震不屈服的基底剪力约为小震基底剪力的4.75倍，读取各墙肢截面剪力组合为V=SGE+SEhk，当剪压比V/fckbh0小于0.15时满足截面要求，经验算剪力墙各墙肢均满足大震下抗剪截面要求。

对于罕遇地震作用下动力弹塑性时程分析，本工程选用3条地震波，其中2条为天然波USER1(Northridge-04_NO_1679)和USER2(TH4TG040)，另1条为场地人工拟合波USER3(ArtWave-RH3TG045)。8度区（0.3g）罕遇地震作用约为多遇地震作用的5倍（1.2/0.24=5），而弹塑性动力时程分析的结构平均底部地震剪力与小震CQC结果之比仅为2.844（X）和2.35（Y）倍，说明部分构件通过非线性行为退化刚度消减了地震作用。罕遇地震下X方向最大层间位移角为1/221,Y方向最大层间位移角为1/167,变形均不大于规范塑性变形的限值（1/120），结构在罕遇地震下仍具有较稳定的抗侧推能力。

根据混凝土受压及钢筋受拉云图显示（图5，图6），剪力墙整体损伤程度并不严重，可认为罕遇地震作用下剪力墙性能良好，部分框架梁、连梁进入屈服阶段且损伤为延性破坏，宏观判断为中度或严重损坏。综上，结构大震下整体可以达到性能水准5，能达到“大震不倒”的抗震设防要求。

图5混凝土受压破损等级分布情况        图6钢筋受拉破损等级分布情况

5 抗震加强措施

（1）本工程地下室均为全埋，嵌固端取基础顶，设计时采用现浇梁板楼盖体系并采取以下措施来实现顶板的实际嵌固作用：a.首层楼板厚取为180mm，采用双层双向配筋且每个方向配筋率不小于0.25%；b.主楼相关范围地下室顶板无大洞口；c.施工图设计时配筋取基础顶嵌固和首层嵌固包络设计。

（2）罕遇地震下的弹塑性时程分析显示，塑性铰均发生在连梁和框架梁上，符合预先设定的屈服顺序，且塑性变形发展充分，起到了屈服耗能作用，部分连梁的损坏程度比较严重。针对此情况，对剪力较大、剪跨比较小的连梁设置交叉暗撑或交叉斜筋，其它梁适当提高抗剪箍筋配筋率的措施，提高连梁、框架梁的耗能能力。

（3）控制底部加强区剪力墙的轴压比大部分不超过0.40（规范限值为0.50），以保证其延性。

（4）底部加强区取至四层板面，四层板面至五层板面设置为过渡层，外筒约束边缘构件延伸至轴压比小于0.3楼层处，核心筒四角全高设置约束边缘构件。

（5）对底部加强区核心筒四角部分小偏拉剪力墙设置型钢承担拉力，提高延性；将其约束边缘构件的抗震构造措施提高到特一级。

（6）底部加强部位外筒剪力墙的水平和竖向分布钢筋最小配筋率取为0.40%。

6 结语

（1）酒店结构体系选型中，通过各功能房间配合调整后采用剪力墙结构也可满足业态需求，相比于常见的框架剪力墙或框架核心筒结构体系，一定程度可以降低土建成本。

（2）通过小震、中震及大震作用下的分析表明，关键构件、普通构件及耗能构件均能够实现既定的性能目标。

（3）根据本工程结构布置特点及弹塑性时程分析结果，给出一定的抗震加强措施，供业界参考。

参考文献

[1]建质[2015]67号超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点.

[2]高层建筑混凝土结构技术规程：JGJ3-2010[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2010.

[3]建筑隔震设计标准:GB/T 51408-2021[S]. 北京：中国计划出版社，2021.