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一、工程概况
沙洲湖大酒店位于张家港城北沙洲湖公园,由宾馆区(中间区)、酒店区(右侧外伸部位)、休闲区(左侧外伸部位)、地下停车库等组成,总建筑面积38908㎡,建筑高度22.10m,其中宾馆区4~6层,休闲区2~3层,酒店区2~4层,底层为大底盘地下室结构。形状如下图所示:
本工程抗震设防烈度6度,设计地震分组第二组0.05g,抗震等级四级(酒店区三级)。基本风压0.45KN/㎡,基本雪压0.40KN/㎡,地面粗糙度B类。混凝土结构阻尼比:0.05。混凝土强度等级:C35,预应力部分:C45。
二、结构设计
2.1基础设计
根据本工程的地质勘察报告,拟建场地地貌属长江中下游泻湖相,整个场地土层分布较稳定,为中软场地土,场地类别为IV类。土层自上而下分布为:①层耕植土、②层粉质粘土夹粉土、③层淤泥质粉质粘土夹粉砂、④层粉细砂夹粉质粘土、⑤层淤泥质粉质粘土夹粉砂、⑥层粉质粘土夹粉砂、⑦层粉质粘土夹粉土、⑧层粉细砂夹粉质粘土、⑨层粉细砂。根据场区地基土特性及拟建建筑物特性,场地浅部土层分布不均匀,且②层土土层较薄,性质一般,下卧层分布③层淤泥质粉质粘土夹粉砂,呈流塑状、强度低、压缩性高,为不均匀地基,天然地基不能满足设计要求,第⑨层粉细砂,层厚、层位较稳定,强度均匀。故用第⑨层粉细砂作为桩端持力层。经计算,最终选择高强管桩PHC-500(125)AB-C80-27。
2.2变形缝的设置
本工程体形较为复杂,底层为大底盘结构,底盘上则分布了三~七层的各个塔楼,属抗震不利的结构体形。考虑底层为大底盘地下室结构,上部还有种植屋面,设缝会带来整个防水设计的难度,所以底层的底板、顶板、侧墙均未设缝,而采用了结构后浇带处理。二层以上则分为四个区,每个区均设有变形缝分开,高低部分体系明确,体形相对规则,有利于抗震概念设计。
后浇带采用高标号混凝土待主体封顶后再进行浇筑,后浇带内梁箍筋提高一级,后浇带梁板内另加附加钢筋数量为原设计钢筋用量的50%,混凝土采用低水化热的微膨胀抗渗混凝土。
2.3設计中主要的技术问题及解决措施
2.3.1框架抗震等级
设缝分区后,各区均为一般框架结构,框架抗震等级为四级。应注意的是C区大宴会厅各层均为25m跨,按《抗震规范》规定,跨度超过18m框架为大跨度框架结构,需提高抗震等级至三级框架,其配筋量应按三级框架计算确定。最终采用预应力框架结构处理。
2.3.2游泳池顶板处理
A区游泳池位于地下室部位,柱网为8mx14m,由于业主要求尽量提高净高,所以屋面采用了现浇空心板结构。游泳池屋面位于上层结构之外的道路位置,需考虑消防车道荷载及路面基层荷载,经计算采用了700mm空心板,内模为500x500x400轻质芯模,框架柱之间采用了暗梁连接,如下图:
2.3.4柱设计
柱是框架的竖向构件,地震时柱破坏和丧失承载力比梁破坏和丧失承载力更容易引起框架倒塌,本工程为了实现延性耗能框架柱设计时除了符合强剪弱弯、限制最大剪力设计值的要求外,还着重遵循以下几点:
1)采用大剪跨比柱,避免小剪跨比柱
柱的破坏形态与其剪跨比有关。剪跨比大于2的柱为长柱,其弯矩相对较大,一般容易实现延性压弯破坏,剪跨比不大于2但大于1.5的柱为短柱,一般发生剪切破坏,若配置足够的钢筋,也可能实现延性较好的剪切受压破坏,剪跨比不大于1.5的柱为极短柱,一般发生剪切斜拉破坏。本工程建筑体形复杂,错层部分不可避免存在短柱,设计时对该处柱进行箍筋全高加密以提高延性。
2)限制轴压比
轴压比是柱子设计时一个非常重要的参数,是指钢筋混凝土框架柱截面在大小偏心受压破坏界限状态下的轴压比值。规范控制轴压比的设计目的是要求钢筋混凝土框架柱截面达到具有较好延性功能的大偏心受压破坏状态。柱的延性随着轴压比的增大而减小,为了保证柱有较高的延性,柱的轴压比控制在0.8以内。
3)提高纵筋配筋率
提高柱纵筋配筋率可以提高其轴压承载力,同时还可以提高轴压力作用下的正截面承载力,推迟屈服。
4)箍筋约束塑性铰区混凝土
箍筋对混凝土的约束程度是影响柱的延性和耗能能力的主要因数之一,本工程严格按照规范配置箍筋,错层处及楼梯间短柱都进行了全高加密。
三、结语
该工程由于功能及外观要求,整个建筑平面布置极不规则,立面造型别具一格。整个建筑集成了各种结构类型体系,包含有大跨度预应力梁结构,错层结构,无梁楼盖体系,地下游泳池,幕墙结构预埋,钢结构电梯井道,下沉式庭院室外挡土墙,后续加固改造结构设计等。整个设计过程充分体现了概念设计的重要性,也从设计细节上满足了功能要求,实现了从建筑表现到工程实际的转变。
沙洲湖大酒店位于张家港城北沙洲湖公园,由宾馆区(中间区)、酒店区(右侧外伸部位)、休闲区(左侧外伸部位)、地下停车库等组成,总建筑面积38908㎡,建筑高度22.10m,其中宾馆区4~6层,休闲区2~3层,酒店区2~4层,底层为大底盘地下室结构。形状如下图所示:
本工程抗震设防烈度6度,设计地震分组第二组0.05g,抗震等级四级(酒店区三级)。基本风压0.45KN/㎡,基本雪压0.40KN/㎡,地面粗糙度B类。混凝土结构阻尼比:0.05。混凝土强度等级:C35,预应力部分:C45。
二、结构设计
2.1基础设计
根据本工程的地质勘察报告,拟建场地地貌属长江中下游泻湖相,整个场地土层分布较稳定,为中软场地土,场地类别为IV类。土层自上而下分布为:①层耕植土、②层粉质粘土夹粉土、③层淤泥质粉质粘土夹粉砂、④层粉细砂夹粉质粘土、⑤层淤泥质粉质粘土夹粉砂、⑥层粉质粘土夹粉砂、⑦层粉质粘土夹粉土、⑧层粉细砂夹粉质粘土、⑨层粉细砂。根据场区地基土特性及拟建建筑物特性,场地浅部土层分布不均匀,且②层土土层较薄,性质一般,下卧层分布③层淤泥质粉质粘土夹粉砂,呈流塑状、强度低、压缩性高,为不均匀地基,天然地基不能满足设计要求,第⑨层粉细砂,层厚、层位较稳定,强度均匀。故用第⑨层粉细砂作为桩端持力层。经计算,最终选择高强管桩PHC-500(125)AB-C80-27。
2.2变形缝的设置
本工程体形较为复杂,底层为大底盘结构,底盘上则分布了三~七层的各个塔楼,属抗震不利的结构体形。考虑底层为大底盘地下室结构,上部还有种植屋面,设缝会带来整个防水设计的难度,所以底层的底板、顶板、侧墙均未设缝,而采用了结构后浇带处理。二层以上则分为四个区,每个区均设有变形缝分开,高低部分体系明确,体形相对规则,有利于抗震概念设计。
后浇带采用高标号混凝土待主体封顶后再进行浇筑,后浇带内梁箍筋提高一级,后浇带梁板内另加附加钢筋数量为原设计钢筋用量的50%,混凝土采用低水化热的微膨胀抗渗混凝土。
2.3設计中主要的技术问题及解决措施
2.3.1框架抗震等级
设缝分区后,各区均为一般框架结构,框架抗震等级为四级。应注意的是C区大宴会厅各层均为25m跨,按《抗震规范》规定,跨度超过18m框架为大跨度框架结构,需提高抗震等级至三级框架,其配筋量应按三级框架计算确定。最终采用预应力框架结构处理。
2.3.2游泳池顶板处理
A区游泳池位于地下室部位,柱网为8mx14m,由于业主要求尽量提高净高,所以屋面采用了现浇空心板结构。游泳池屋面位于上层结构之外的道路位置,需考虑消防车道荷载及路面基层荷载,经计算采用了700mm空心板,内模为500x500x400轻质芯模,框架柱之间采用了暗梁连接,如下图:
2.3.4柱设计
柱是框架的竖向构件,地震时柱破坏和丧失承载力比梁破坏和丧失承载力更容易引起框架倒塌,本工程为了实现延性耗能框架柱设计时除了符合强剪弱弯、限制最大剪力设计值的要求外,还着重遵循以下几点:
1)采用大剪跨比柱,避免小剪跨比柱
柱的破坏形态与其剪跨比有关。剪跨比大于2的柱为长柱,其弯矩相对较大,一般容易实现延性压弯破坏,剪跨比不大于2但大于1.5的柱为短柱,一般发生剪切破坏,若配置足够的钢筋,也可能实现延性较好的剪切受压破坏,剪跨比不大于1.5的柱为极短柱,一般发生剪切斜拉破坏。本工程建筑体形复杂,错层部分不可避免存在短柱,设计时对该处柱进行箍筋全高加密以提高延性。
2)限制轴压比
轴压比是柱子设计时一个非常重要的参数,是指钢筋混凝土框架柱截面在大小偏心受压破坏界限状态下的轴压比值。规范控制轴压比的设计目的是要求钢筋混凝土框架柱截面达到具有较好延性功能的大偏心受压破坏状态。柱的延性随着轴压比的增大而减小,为了保证柱有较高的延性,柱的轴压比控制在0.8以内。
3)提高纵筋配筋率
提高柱纵筋配筋率可以提高其轴压承载力,同时还可以提高轴压力作用下的正截面承载力,推迟屈服。
4)箍筋约束塑性铰区混凝土
箍筋对混凝土的约束程度是影响柱的延性和耗能能力的主要因数之一,本工程严格按照规范配置箍筋,错层处及楼梯间短柱都进行了全高加密。
三、结语
该工程由于功能及外观要求,整个建筑平面布置极不规则,立面造型别具一格。整个建筑集成了各种结构类型体系,包含有大跨度预应力梁结构,错层结构,无梁楼盖体系,地下游泳池,幕墙结构预埋,钢结构电梯井道,下沉式庭院室外挡土墙,后续加固改造结构设计等。整个设计过程充分体现了概念设计的重要性,也从设计细节上满足了功能要求,实现了从建筑表现到工程实际的转变。