蘇州晉合廣場－酒店部分結構抗震超限討論稿2009-12-092023/11/261目錄一、 工程概況二、 設計規范及計算軟件三、 基本設計參數四、 荷載取值、荷載組合及材料五、 地基基礎六、 結構體系概述七、 晉合廣場－酒店部分結構超限情況說明八、 酒店主樓結構計算結果分析九、 兩種分析軟件的對比一〇、 時程分析一一、 結構性能目標的確定及實現措施一二、 關鍵構件分析一三、 酒店裙房主要計算結果一四、 結論2023/11/262一、工程概況本工程位于蘇州工業園區金雞湖東岸，總用地面積約為3.7公頃。總建筑面積約20萬平方米。其中五星級的酒店主樓高約100米，共27層，采用框架－剪力墻的結構形式；酒店裙房為多層鋼筋混凝土框架結構體系。地下2層共約5.5萬平方米，地下室埋深11.5m，采用鋼筋混凝土結構體系。其中酒店范圍內原有地下室已經施工到地下室頂板，新修建酒店與原來酒店主體平面基本相同，高度略有增加。2023/11/2632023/11/264新舊酒店結構概況對照表

舊酒店結構新酒店結構結構類型鋼筋混凝土框架－剪力墻鋼筋混凝土框架－剪力墻結構總高度81.7m99.7m建筑面積約34’900m2約41’500m2結構層數21層25層地下室埋深-12.3m與原結構相同高寬比81.7/43.0=1.999.7/43=2.3平面規則性扭轉>1.2但<1.4與原結構相同凹凸平面有凹凸樓板連續一～三層開洞面積為33%標準層中庭開洞面積為27％。樓板在任一方向的最小凈寬為12m任意一邊的樓板凈寬度為4m。平面局部突出部分l/b=1.3。豎向規則性側向剛度均勻與原結構相同抗側力構件一～四層局部有斜柱樓層承載力均勻2023/11/265減輕結構自重的主要措施現在雖然總層數和總高度提高約20％左右，但設計擬采取以下措施以減輕由面積、高度增加對結構的影響：所有客房內的建筑面層按照30厚水泥砂漿，上鋪地毯考慮0.6Kn/m2，原來為50厚面層，1.0Kn/m2;

單位面積荷載減輕約60％；所有隔墻全部采用輕質石膏板墻，面層按照1.0Kn/m2考慮；原來為輕質砂加氣砌塊隔墻，面荷載2.5～3.5Kn/m2

單位面積荷載減輕約67％；所有框架柱采用型鋼混凝土柱，典型截面為600×1200，原為鋼筋混凝土柱，典型截面為800×1600， 考慮總高增加后仍減輕約54％；2023/11/2662009年11月17日，

蘇州晉合廣場酒店結構設計咨詢會形成了專家設計咨詢意見如下：專家咨詢意見答復1樁基承載力應詳細復核，地下部分已施工完成的結構應全面復核，新建部分與已完成的結構的連接構造應加強詳見第五章2框架承擔的傾覆力矩不應大于總力矩的50%詳見8.5節3三叉斜柱節點處，鋼管柱與型鋼柱的連接節點應細化并補充節點應力分析詳見12.1節4應復核斜柱承受的剪力，斜柱的計算長度應進一步復核，斜柱承受的剪力應適當增加，三根斜柱形成的倒三角錐部分宜按照其等效側向剛度進行整體計算詳見12.1節5A6、A7軸之間連接樓板尚應加強詳見12.2節2023/11/267結構主要調整內容2023/11/268調整連接板區域結構布置，主要包括：將AD~AF/A7軸線之間電梯井道之間的混凝土框架改為了200厚剪力墻；加大AD/A6、AF/A6軸線混凝土柱截面，由φ500變成了500X850；對于酒店標準層的偶數樓層，在原有井字梁結構基礎上增加了400X200混凝土暗撐；對于酒店標準層的奇數樓層，連接板薄弱的區域，布置混凝土外邊梁600X800；2023/11/2692023/11/2610調整將首層~二層的斜柱設計為D=1200的十字形鋼骨混凝土型鋼柱；二層樓面樓面以上變成D=1000鋼管混凝土柱；加強二層、四層，三根斜柱之間的連接梁，500X800混凝土梁內置工字鋼500*300*20*20的型鋼混凝土梁，并加強此區域板厚和配筋；2023/11/2611二、設計依據建筑結構可靠度設計統一標準 （GB50068－2001）建筑結構荷載規范(2006年修訂版) （GB50009－2001）建筑抗震設防分類標準 （GB50223－2008）建筑抗震設計規范（2008年版） （GB50011－2001）建筑地基基礎設計規范 （GB50007－2002）建筑樁基技術規范 （JGJ94－2008）高層建筑混凝土結構技術規程 （JGJ3－2002）高層民用建筑鋼結構技術規程 （JGJ99－98）混凝土結構設計規范 （GB50010－2002）鋼結構設計規范 （GB50017－2003）建筑工程設計文件編制深度規定 （2003年版）及其它國家相關規范江蘇省有關地方規范、規程2023/11/2612三、計算軟件高層鋼結構采用PKPM系列的PMCAD模塊進行建模。用空間有限元分析程序SATWE進行內力分析計算；用ETABS軟件進行分析；2023/11/2613四、設計條件、參數1、設計基本數據序號項目數據內容1設計基準期50年2設計使用年限50年3建筑結構的安全等級二級4地基基礎安全等級甲級5抗震設防類別丙類6抗震設防烈度6度7設計基本地震加速度值0.05g8設計地震分組第一組9場地類別III類10結構抗震等級按照規范三級2023/11/26142、荷載取值樓面活荷載按現行建筑結構荷載規范（GB50009－2001）進行標準客房 2.0KN/m2辦公室會議室 2.0KN/m2餐廳的廚房洗衣房 4.0KN/m2

食堂 2.5KN/m2健身房 4.0KN/m2儲藏室備品間 5.0KN/m2上人屋面 2.0KN/m2屋頂花園 3.0KN/m2消防樓梯 3.5KN/m2……其它有特別要求的房間荷載按實際情況確定隔墻荷載輕質石膏板的隔墻材料。2023/11/2615風荷載風荷載標準值按下式確定：Wk＝βzusuzω。，風荷載體形系數為1.3地震作用遵循全國規范《建筑抗震設計規范》（GB50011－2001），混凝土結構阻尼比取值0.05，水平地震影響系數αmax對多遇地震作用取0.04。

2023/11/2616五、基礎設計情況本工程原有酒店主樓及裙房采用樁基筏板基礎，樁基為預應力混凝土管樁，現在已經施工完畢近兩年，兩層地下室也已經施工完畢。酒店采用樁型為PHC預應力混凝土管樁，型號為PHC-AB600（110），樁長為27米。單樁豎向抗壓承載力設計值為3000kn，樁端持力層為第8層（粉土夾粉質粘土）。根據業主提供的原建屋的試樁報告（《蘇州工業園區建設工程質量檢測咨詢服務有限公司提供的試樁報告》），報告給出的結論是單樁極限承載力為5500Kn，根據《建筑樁基技術規范》的規定，單樁豎向承載力設計值可以取為3300kn，單樁豎向承載力特征值可以取為2750kn。理論上樁的承載力可以在原有基礎上提高10%。2023/11/2617五、基礎設計情況原有主樓范圍內共有預應力混凝土管樁347根。群樁理論上的承載力為：（所有數值均為特征值）347x2750=95425t現在分析得到新建混凝土結構酒店主樓總重量約為99000噸。（標準值，采取減輕荷載的措施后。）地下室底板的總重量大約能和水浮力相抵消，這里不再考慮。綜上所述，樁承擔建筑的總重量不能滿足要求，尤其在增加剪力墻和荷載較大區域，最終的補樁數量將根據實際情況進行調整，目前統計出的補樁數量為25根。原有樁基和基礎盡量不作調整，直接利用，采用靜壓鋼管錨桿樁的方法進行補樁。2023/11/2618 本工程包括兩層地下室，上部結構按照首層作為嵌固端考慮，地面以上裙房與主樓間用抗震縫分開，使各個單體成為獨立的受力單元，有利于抗震設防。地下室頂板作為上部結構的嵌固層，板厚按照200mm進行設計。五、結構體系概述

2023/11/2619地下室：采用鋼筋混凝土結構；因為地下室作為上部結構的嵌固端，地下室部分框架的抗震等級統一采用三級；主樓在地下室部分的剪力墻和核心筒的抗震等級為二級；五、結構體系概述

2023/11/2620酒店主樓：總高約100m，采用鋼筋混凝土框架－剪力墻結構體系；地下室通過加大柱截面，h＝200的首層板并雙層雙向配筋；同時驗算地下室結構抗側剛度≥地上首層結構抗側剛度2倍，以保證地下室嵌固端的計算假定；依據規范要求，主體框架和剪力墻結構抗震等級判定為三級，設計中將6層以下框架、剪力墻結構（斜柱轉換斜柱柱頂為五層）提高到二級抗震等級；五、結構體系概述2023/11/2621酒店裙房：鋼筋混凝土的多層框架結構，共4層，總高度23.1m。因為宴會廳部分為大跨度大空間結構，參照規范對劇場、體育館等大跨度公共建筑的規定，取框架的抗震設防等級為三級。2023/11/2622晉合廣場－酒店部分

結構超限情況說明酒店情況規范要求備注結構類型框架－剪力墻結構總高度99.8（地面以上）130滿足抗震規范限值地下室埋深=12.3m1/15房屋高度=6.66m滿足要求高寬比長寬比99.7/43≈2.358.4/34.1≈1.7165滿足要求平面規則性扭轉最大位移比1.35不宜>1.2不應>1.5考慮雙向地震作用、

偶然偏心地震作用Tt/T13.2498/3.6982=0.8790.9滿足要求凹凸樓板凹入或開洞尺寸無凹凸無洞口≤50％總尺寸滿足要求開洞面積開洞面積535m2/樓層面積2215m2=24％≤30％總面積滿足要求任一方向樓板最小寬度約17m≥5m滿足要求每一邊樓板最小凈寬4.2m≥2m滿足規范對剛性樓板的計算假定對薄弱樓板采取板加厚，布置井格梁等加強措施，豎向規則性側向剛度無薄弱層≥70％相鄰上一樓層≥80％相鄰上部三層平均滿足要求抗側力結構的受剪承載力下層的抗剪承載力均不小于上一層的不宜小于上一層的80%不應小于上一層的65%滿足要求抗側力構件連續連續，但存在局部斜柱過渡連續需特別加強處理樓層承載力均勻≥80％相鄰上一樓層滿足要求2023/11/2623綜上所述，晉合廣場結構在豎向規則性和平面規則性方面，基本符合規范要求，但在特別重要部位需要特別分析考慮。

2023/11/2624酒店主樓結構計算結果分析基本自振周期層間位移角結構扭轉驗算兩種分析軟件的對比時程分析2023/11/2625基本自振周期原酒店結構2009-11-17評審會目前酒店結構周期變化備注振型周期(sec)13.8643.6982-4.29%X向振型23.7663.6183-3.92%Y向33.4613.2498-6.10%扭轉41.1031.0597-3.93%X向51.0080.9735-3.42%扭轉60.9400.8964-4.64%Y向70.5730.5472-4.50%X向80.5270.5044-4.29%扭轉90.4370.4185-4.23%Y向100.3720.3539-4.87%X向110.3340.3157-5.48%扭轉120.2680.2565-4.29%Y向2023/11/2626T1＝3.6982T2＝3.6183T3＝3.2498基本自振周期2023/11/2627層間位移角X向最大層間位移角：＝1/968，Y向最大層間位移角：＝1/999X向最大層間位移角：＝1/1754，Y向最大層間位移角：＝1/1872100年風荷載作用下常遇地震荷載作用下2023/11/2628結構扭轉驗算地震作用下X向最大位移比：＝1.28<1.40滿足要求！地震作用下Y向最大位移比：＝1.35<1.40滿足要求！2023/11/2629結構整體傾覆力矩分析數據表明，經過調整后的結構，框架承擔的傾覆彎矩均小于50%（全樓總高約100m）2023/11/2630兩種分析軟件的對比ETABS與PKPM軟件對比結果EtabsSATWE誤差周期振型13.5663.6983.56%振型23.5113.6182.96%振型33.1593.2502.80%自重

(ton)9.832E+049.821E+040.1%風荷載層間位移角（規范）X1/10331/9686.71%Y1/11181/99911.9%地震層間位移角X1/14781/175415.7%Y1/17121/18728.5%2023/11/2631時程分析地震波作用方向為0度樓層剪力地震波作用方向為90度樓層剪力2023/11/2632時程分析

X向基底剪力對比工況基底剪力(kN)多條時程曲線計算基底剪力平均值/振型分解反應譜法計算基底剪力單條時程曲線計算基底剪力/振型分解反應譜法計算基底剪力反應譜SX464391.0%>80%,OK89.6%>65%,OKTH1TG0454289TH4TG0454158RH2TG0454270Y向基底剪力對比工況基底剪力(kN)多條時程曲線計算基底剪力平均值/振型分解反應譜法計算基底剪力單條時程曲線計算基底剪力/振型分解反應譜法計算基底剪力反應譜SX489399.0%>80%,OK83.5%>65%,OKTH1TG0455591TH4TG0454086RH2TG0454847計算結果滿足GB50011-2001中5.1.2節中關于基底剪力的規定。2023/11/2633時程分析地震波作用方向為0度最大位移地震波作用方向為90度最大位移2023/11/2634層間位移角數據對比地震波作用方向為0度層間位移角地震波作用方向為90度層間位移角計算結果滿足GB50011-20015.5.1條中關于結構變形的規定。2023/11/2635結構性能目標的確定地震水平多遇地震設防地震罕遇地震性能水平不損壞中震可修大震不倒三叉轉換斜柱保持彈性中震不屈服通過抗震構造措施保證樓層連接板保持彈性中震不屈服連接板附近豎向構件保持彈性中震不屈服2023/11/2636主要實現措施適當提高框架、剪力墻抗震等級，根據規范要求6度區60米以上框架－剪力墻結構的框架、剪力墻均為三級抗震等級，設計中將6層以下框架、剪力墻結構（斜柱轉換斜柱柱頂為五層）提高到二級抗震等級；對結構關鍵受力構件，考慮中震作用下進行內力分析，并與其它荷載進行標準組合，以確保關鍵部位在中震下不屈服；對平面內存在連接薄弱位置，本工程采用ETABS對樓板進行有限元分析，保證樓板在中震時具有足夠的抗剪承載力，保持整體性；對連接板區域的豎向構件進行中震驗算，以保證連接板區域豎向構件在中震不屈服；采用在梁端布置水平加腋的連接形式，解決框架結構梁柱偏心的不利影響；采用滿足抗震要求的鋼材，鋼骨采用Q345B，強屈比>1.2，延伸率>20％，并控制鋼材屈服強度變化幅度。2023/11/2637關鍵構件分析-1三叉柱示意圖2023/11/2638三叉柱介紹根據咨詢意見的精神，我們對三叉斜柱的布置進行了進一步的優化和調整，主要的調整內容包括：首層~二層的斜柱設計為D=1200的十字形鋼骨混凝土型鋼柱，上部鋼管柱通過內加勁肋與型鋼連接，逐漸將上部柱內力轉移型鋼柱承擔，再通過型鋼的對接連接，傳至基礎：加強二層，四層，三根斜柱之間的連接梁，500X800混凝土梁構造內置工字鋼500*300*20*20的型鋼混凝土梁；將三根斜柱圍成的核心區域樓板加厚至250，同時鋼筋φ12@150雙層雙向布置，以加強樓板對斜柱的約束作用；2023/11/2639三叉柱與周邊外框柱對比2023/11/2640首層外框柱內力最大值（KN）

Shear-XShear-YAxialMx-BtmMy-BtmMx-TopMy-TopX地震7544212623525358202Y地震289420394529612275X風6854342530932382183Y風3192346247310910782恒載5511013846466187197148活載21272038119744852三叉斜柱內力最大值（KN）

Shear-XShear-YAxialMx-BtmMy-BtmMx-TopMy-TopX地震648988042738612247Y地震637676237834710451X風115167170081369021934Y風1181154836486426982恒載2093165951007248462活載16232659586886342023/11/2641 從上表可以看出，程序分析得到的單工況下斜柱的剪力、彎矩相對于常規外框柱較大，但分析程序在實際內力設計時，斜柱的設計彎矩卻小于外框柱的設計彎矩，主要原因是由于經過0.2Q0調整后的樓層地震剪力被分配到每個框架柱上，作為外框柱的附加彎矩進行設計。 柱內力數據表明，三叉斜柱和外框柱的剪力相對于軸力、彎矩較小，可按照壓彎構件設計；2023/11/2642經過0.2Q0的地震剪力比較，得到框架樓層剪力放大系數，最大值為2.77，詳見下表：外框柱內力放大系數應根據上表確定，計算得到最大值為2.77，可以作為三叉柱的內力放大設計內力系數：2023/11/2643等代柱模型與基本模型內力對比2023/11/2644等代柱模型與基本模型內力對比

斜柱截面（一根）等代柱截面編號KZ-1外徑1750外徑1000鋼板厚度50鋼板厚度30鋼管內徑1650鋼管內徑940砼等級C50砼等級C50砼彈性模量34500砼彈性模量34500鋼材彈性模量206000鋼材彈性模量206000Is96574790000Is10765226064Ic3.6393E+11Ic38334773936抗彎剛度計算2.7E+16抗彎剛度計算3.0E+15K＝EsIs+0.6EcIcK＝EsIs+0.6EcIc新舊柱剛度比9.11砼剪切模量13800砼剪切模量13800鋼材剪切模量79000鋼材剪切模量79000As91374As266900Ac693626Ac2137162.5剪切剛度1.7E+10剪切剛度5.1E+10GA＝GsAs＋GcAcGA＝GsAs＋GcAc等代柱與一根斜柱的剪切剛度比3.01等代柱與一根斜柱的面積比3.06等代柱與一根斜柱的重量比3.072023/11/26452023/11/2646底部各樓層0.2Q0框架內力放大系數匯總外框柱內力放大系數應根據上表確定，計算得到最大值為2.22，可以作為三叉柱的內力放大設計內力系數：2023/11/2647外框柱內力最大值（KN）

Shear-XShear-YAxialMx-BtmMy-BtmMx-TopMy-TopX地震5432212317118357145Y地震227920333847610359X風6854342730932281182Y風2993342946410510978恒載5511013831468189197144活載212720381197547522023/11/26482023/11/2649 通過斜柱模型和等代柱模型的分析，兩個模型的外框柱、斜柱均選擇了恒載控制工況作為構件設計的控制工況，軸力較大，彎矩較小； 分析得到的剪力相對于軸力，彎矩較小，完全可以通過首層鋼骨和柱箍筋的抗剪滿足；2023/11/2650 從這些數據，可以得到以下結論：調整后的基本模型，無論從周期、還是斜柱軸力的角度上看，結構剛度相對原結構有了一定的增強，如周期減少了4.3%；等代柱的模型總體信息能夠較好與基本模型相吻合；斜柱和等代柱均是在設計中都是壓力為主進行設計，在設計內力中，等代柱設計內力中得到的軸力略有降低，彎矩有了一定的增加；這主要是由于等代柱參與了0.2Q0的剪力調整得到的結果；相對于軸力和彎矩，剪力由于量級較小，對構件和節點設計影響較小，在后面的設計中可以忽略；偏安全的，斜柱的彎矩設計值應按照外框柱內力調整系數進行放大，調整系數取為基本模型和等代柱模型的剪力調整系數最大值max（2.77，2.22）=2.77； 對于地下室鋼骨混凝土柱柱頂內力：

Nmax=23731*3=71193KN，M=693*3*2.77=5759KN.m

對于首層單根鋼骨混凝土柱設計內力：

Nmax=23731KN，M=693*2.77=1920KN.m2023/11/2651附：等代柱模型之二？2023/11/26522023/11/2653首層平面2023/11/2654二層平面2023/11/2655三層平面2023/11/2656四層平面2023/11/2657五層平面2023/11/2658模型總體信息對比2023/11/2659

三叉柱基本模型等代柱模型等代柱模型之二0.2Q0調整系數

最大值2.772.222.11各柱設計內力NmaxMmaxVmaxNmaxMmaxVmaxNmaxMmaxVmax斜柱123077693135690117698023288695221斜柱22373125023——————239221008285斜柱32361467580——————2335235296SUM7042216182386901176980705622055602備注表中設計內力未考慮內力放大表中設計內力已經考慮內力放大三個模型的框架剪力調整系數隨著柱子數量的增加，而不斷減少；等代柱模型之二不僅總信息與斜柱模型較好吻合，而且設計剪力、彎矩與原斜柱設計內力Nmax=23731KN，M=693*2.77=1920KN.m非常的接近三種方法計算出來的柱底設計內力，均能控制在Nmax=23731*3=71193KN，M=693*3*2.77=5759KN.m范圍之內，目前設計的結構構件是安全的；2023/11/2660關于斜柱的計算長度的確定

目前酒店結構首層結構6m層高，三叉斜柱在F2~F4樓面跨層，跨層柱高11m，五層作為斜柱頂。原報告中偏安全的將F2~F4跨層柱計算長度系數取為2，構件設計中柱計算長度達到了22m。2023/11/2661彈簧剛度法確定柱的計算長度本工程三叉斜柱的計算長度比常規工程復雜，不能簡單按有側移框架或無側移框架來查表確定。本工程采用彈簧剛度法來復核框架柱的有效計算長度。該計算方法已在中央電視臺新臺址CCTV主樓、廣州新電視塔等工程中得到應用。2023/11/2662柱的計算長度屈曲分析結果表明，斜柱計算長度系數等于1，這表明樓板在二層、四層梁板結構對斜柱的約束能力較強；考慮到斜柱的重要性，本報告仍建議斜柱計算長度系數的取值為2；鋼管柱在設計時，計算長度取為F2，F3層高：11.0mX2=22m2023/11/2663柱承載力計算-12023/11/2664柱承載力計算-22023/11/2665柱承載力計算-32023/11/2666柱承載力計算-4ETABS程序驗算過程中，充分考慮了P－△效應，構件計算長度修正，中震下地震力參與所有荷載組合，在此基礎上得到的所有桿件內力作為結構構件的設計內力（表12-4）。驗算過程中參考了《中國工程建設標準化協會標準CECS28：90（1992）》，《中華人民共和國電力行業標準DL/T5085-1999（1999）》，《福建省工程建設標準《鋼管混凝土結構技術規程》DBJ13-51-2003》三本規范關于壓彎構件的要求進行驗算。通過ETABS進行中震不屈服計算得到的內力，目前設計的三叉斜柱滿足設計要求，最大強度應力比控制在0.9以內（表12-5以CECS28：90為例，列出主要計算過程）。2023/11/2667柱承載力計算-42023/11/2668柱承載力計算-42023/11/2669三叉柱柱腳示意圖柱承載力計算-42023/11/2670連接樓板應力分析2023/11/2671模型均為3.5m*6m的樓板，四邊均布置有框架梁，分析中根據實際受力情況考慮13KN/m2豎向設計荷載和約400KN中震水平剪力荷載；其中模型一為150mm厚樓板，僅四邊有框架梁； 模型二為120mm厚樓板，在四邊框架梁基礎上，增加250*500井字梁，布置如圖； 模型三為150mm厚樓板，梁布置同模型二；連接樓板應力分析2023/11/2672變形連接樓板應力