北京饭店二期高层住宅结构的设计

北京饭店二期高层住宅结构的设计

1个地段的工程施工北京饭店一期改造工程位于北京市中心，是北京2008年奥运会的配套工程和2006年北京的重点工程。同时，它也是北京政府继续发展的动力。整个工程从东至西分为商业、酒店公寓、豪华公寓3个地块，地块之间分别有2条城市道路穿越，各地块地下部分均为4层，并通过车库将地下连成一体，该工程总建筑面积为27×104m2。本文仅介绍豪华公寓结构设计。豪华公寓地上建筑物总平面呈[字形布局，由南北两栋公寓（南侧为1#楼，北侧为2#楼）和会所3部分组成，地下4层，另外还有1个地下夹层，两栋公寓地上均为7层，会所地上2层（见图1），地上建筑面积为3.5×104m2。在会所两端设防震缝，将3栋建筑地上分为3个独立的抗震单元。本工程抗震设防烈度8度，设计地震分组第一组，设计基本地震加速度0.20g，场地类别Ⅱ类。在豪华公寓结构设计中遇到了一些难点，下面分别讨论。2开发地下夹层楼板结构计算中，模型嵌固部位的确定是否符合实际情况，直接影响结构受力真实性，从而关系到结构安全。一般建筑只要符合《建筑抗震设计规范》的要求，均可将地下室顶板作为嵌固部位。该公寓楼结构计算中，嵌固部位很难直接依据规范要求确定。一方面，本工程中地下车库顶板有3m覆土，用于庭院绿化。豪华公寓两个主楼地下室均为两侧临室外回填土，另外两侧临地下车库顶板覆土。因为绿化土层没有压实要求，故车库顶板覆土对于主楼的嵌固作用不大，也就是说主楼地下室顶板（即±0.00m处楼板）不能做为主楼的嵌固部位。另一方面，主楼范围内地下夹层楼板（即-3.20m处楼板）与车库顶板处于同一标高，该处楼板往下的地下室均临室外回填土，对主楼的嵌固作用比较强，应该可以做为嵌固层，但是地下夹层楼板由于建筑功能及设备需要等原因，板面开了很多洞，不符合抗震规范要求。因此，地下夹层楼板也不能做为嵌固部位。根据以往工程实践，嵌固部位如果再下移一层，设计结果将会很保守，经济性不好。针对本工程结构嵌固部位很难确定在哪一层，结构设计中采取了以下措施：1）利用地下室建筑布局，增加地下混凝土剪力墙布置，提高地下室结构楼层的侧向刚度。经计算地下室楼层侧向刚度是相邻上部楼层的4倍多，满足《建筑抗震设计规范》要求；2）对于地下夹层楼面开洞较多的情况，和建筑专业及有关设备专业认真协调后，在满足他们要求的情况下，在楼板开洞处间隔2.8m左右布置了多道井字梁，从而有利于楼层水平力传到周围土体中；3）分两个版本计算，将结构嵌固部位分别设置于地下室顶板和地下夹层楼板，回填土对地下室约束相对刚度比定为2，结构设计中按二者的不利情况控制。3模型计算结果对比该公寓建筑竖向功能变化较多，依次是：地下4层～地下1层为车库，地下夹层为物业及设备用房，首层为商铺，2层以上为住宅。由于竖向功能的变化，使上部很多竖向构件不能落到基础上，需要转换。本工程位于8度区，《高层建筑混凝土结构技术规程》对于转换结构有严格的规定。相对于其它转换结构，本工程有1点有利之处，即所有转换均发生在地下夹层和地下1层，没有在地上转换。但是由于上部楼层较多，而且转换梁上墙体开边门洞很普遍，从而转换梁受力复杂。本工程设计中采取了以下措施，保证结构设计安全可靠：1）采用SATWE和ETABS两种软件进行整体计算，分析比较二者的计算结果，按不利情况设计。下面，以1#公寓为例，比较二者的计算数据。(1)周期和楼层最大位移计算结果如表1、表2所示，可以看出两种软件整体计算结果比较接近。(2)SATWE整体计算完毕后，接力运行其针对转换结构的子程序“框支剪力墙有限元分析”；ETABS整体分析中，将转换梁按壳单元模拟，单元划分时应与上部剪力墙协调一致。取出一榀有代表性的转换结构进行对比，该榀转换结构平面位置为1#楼M轴，如图2所示，具体以(4)轴～(5)轴转换梁内力进行对比，结果如表3。从表中可以看出，两种模型计算结果有一定的差别，主要是有限元单元不同造成的，设计中按二者的不利情况控制设计。表中,V4、V5分别表示(4)轴和(5)轴处的梁端剪力；M4、M5分别表示(4)轴、(5)轴支座处弯矩；M中表示跨中处梁弯矩。2）转换梁内力很大，为了满足强剪弱弯的设计思路，对于转换梁抗剪截面不足的梁端，采用竖向加腋的方法提高抗剪能力。3）参考《高层建筑混凝土结构技术规程》的有关规定，对于转换层及转换构件采取相应的抗震措施。主要措施如下：转换构件抗震等级提高为一级，计算中按一级的要求调整转换构件内力；转换层板厚至少180mm厚，钢筋双层双向布置，且每个方向单层配筋率不小于0.30%，与转换层相邻的楼板也适当的进行了加强；框支层以下的落地剪力墙在结构楼层处设置边框梁或暗梁，以加强结构整体性；剪力墙底部加强部位墙体水平和竖向分布钢筋最小配筋率不小于0.30%；框支柱箍筋全部采用复合箍，且全高范围加密等。4抗侧力，确保墙外稳定性根据《高层建筑混凝土结构技术规程》，高层建筑结构不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构，短肢剪力墙较多时，应布置筒体或一般剪力墙，形成短肢剪力墙和筒体（或一般剪力墙）共同抵抗水平力的剪力墙结构。本工程虽不是高层建筑，但是根据《建筑抗震设计规范疑问解答》，对于短肢剪力墙的设计要求，多层建筑也应按照《高层建筑混凝土结构技术规程》执行。由于建筑户型需要，公寓主体结构中一字形短肢剪力墙较多，如图2所示。一字形剪力墙平面外稳定性较差，抗震性能不好，更不利的是本工程中的一字墙大部分是短肢剪力墙。经过与审图公司的结构专家认真沟通后，针对本工程一字形短肢剪力墙较多的具体情况，采取以下措施予以解决。1）结合建筑功能及平面布置，在楼梯间、电梯井筒四周以及两端山墙处，尽可能多的布置长墙。根据计算结果，短肢剪力墙承受的底部地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩的百分比最大值为：1#楼43.7%，2#楼45.2%，均控制在50%之内。2）结构整体计算中，将楼面板按弹性板建模，这样可以比较准确的确定墙体的平面内、外弯矩，从而准确验算平面内、外稳定及承载力。3）提高短肢剪力墙的抗震等级为一级，内力调整和抗震构造措施均按一级考虑。4）严格控制短肢剪力墙的轴压比，提高结构延性。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》要求，一字形短肢剪力墙的轴压比应控制在0.4以内，根据计算结果，1#楼和2#楼短肢墙最大轴压比均为0.39。5）加大一字形短肢剪力墙厚度，使墙厚与层高的比值满足规范要求。2层楼面以下短肢墙厚度为500mm,2层楼面至3层楼面墙厚为300mm～350mm，标准层为250mm～300mm，这样，底部加强区墙厚是层高的1/11，非加强区为1/13.2，满足要求。6)1#楼K轴和N轴处短肢墙平面外没有连续梁约束，为了提高稳定性，结合楼板（板厚最薄为200mm），沿K轴和N轴做两条连续的暗梁加强墙体稳定，如图2所示。2#楼同样按此方法处理。5悬挑梁施工单元的确定本工程设计中，还遇到其它一些问题，此处简要阐述一下设计中是如何解决的。1)1#楼、2#楼及会所平面呈[形分布，结构平面不规则，如果连成一体，结构的扭转效应会很大，而且平面应力复杂，规范要求控制的诸多指标很难满足。设计中在会所两端设防震缝，将2栋建筑地上分为3个独立的抗震单元。2)1#楼2层楼面及以上，在K轴和N轴外侧均有2100mm的外挑，如图2所示。由于此处的外挑是室内客厅或卧室的延伸，为了满足业主居住时的舒适要求，使悬挑梁变形不要过大或使用中不要发生振颤，同时防止在悬挑梁根部产生裂缝，结构设计时在悬挑梁端部每层均做立柱，且柱中纵筋连续布置，按轴向受拉构件锚入悬挑梁内或互相搭接。这样，封边梁、悬挑梁和立柱会形成一个空间空腹桁架，从而减小悬臂端