高层宾馆结构选型设计.doc

高层宾馆结构选型设计
一、工程概况
为适应城市发展的需要，拟在太原市区某地段内兴建规模为400间客房的高层宾馆一座。总建筑面积为33000㎡，以适应旅游、商务、会议的需要。该宾馆标准不低于三星级酒店标准，占地约15000㎡。
规划要求建筑退让东侧道路红线不得小于10米，退让南侧道路红线不得小于15米;建筑密度不大于0.4，建筑容积率不大于3，绿地率不小于0.3;做好场地的环境设计，组织好交通、人流;规划布局功能分区合理;满足无障碍设计要求;配建停车位，其中地下停车位不少于总停车位的三分之二。包括公共，餐饮，康乐，管理及客房部分，在总图中须布置全部用地范围内之内容，以及道路、绿化、停车场地划分以及、锅炉房、空调机房等设备用空间的布局。
建筑基地位于太原市重要地段，紧邻居住小区以及商业区，周围商业气氛强烈。要求工程功能完善，造型优美，创造都市环境。同时考虑建筑环保、节能方面的技术应用。规划建筑退让东南侧道路红线15m，西南侧道路红线10m。
本次设计对该方案进行结构选型，根据任务书要求，建筑设计概况如下：
占地面积为15000㎡，总建筑面积为30771.97㎡，建筑密度0.228，建筑容积率2.05，绿化率30.6％。建筑主体为21层，总高度为90.1m，裙房共3层，层高5.7m，标准层主体18层，层高3.6m。标准客房数310间，双套间30间，三套间10间。标准客房进深7.2m，开间3.9m。
二、房屋适用高度和高宽比
1、确定抗震设防烈度
抗震设防烈度是按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度，一般情况，取50年内超越概率10%的地震烈度。建筑所在地为山西省太原市，根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）确定太原市抗震设防烈度为8度，地震加速度值为0.20g。
2、房屋适用高度
初步拟定建筑结构体系为框架-剪力墙结构，根据太原市为8度抗震设防，查表1得此类A级高级钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度为100m。该酒店高度为90.1m，符合规定要求。
查表2得此类A级高级钢筋混凝土高层建筑的最大高宽比为5。该酒店宽度为29.33m，高宽比为3.07，符合规定要求。

表1 A级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度(m)
结构体系
非抗震设计
抗震设计
6度
7度
8度
9度
0.20g
0.30g
框架
70
60
50
40
35
—
框架-剪力墙
150
130
120
100
80
50
剪力墙
全部落地剪力墙
150
140
120
100
80
60
部分框支剪力墙
130
120
100
80
50
不应采用
筒体
框架-核心筒
160
150
130
100
90
70
筒中筒
200
180
150
120
100
80
板柱剪力墙
110
80
70
55
44
不应采用

表2 钢筋混凝土高层建筑结构适用的高宽比
结构体系
非抗震设计
抗震设防烈度
6度、7度
8度
9度
框架
5
4
3
—
板柱—剪力墙
6
5
4
—
框架—剪力墙、剪力墙
7
6
5
4

三、结构体系的选择
高层建筑结构设计应与建筑、设备和施工密切配合，并积极采用新技术、新工艺和新材料,提高建筑的安全适用性、技术先进性、经济合理性。高层建筑结构设计时应重视结构选型和构造，择优选择抗震及抗风性能好而经济合理的结构体系与平、立面布置方案，并注意加强构造连接。在抗震设计中，应保证结构整体抗震性能，使整个结构有足够的承载力、刚度和延性。
1、高层建筑结构选型应根据房屋高度、高宽比、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地类别、结构材料和施工技术条件等因素，并应满足建筑使用功能要求满足建筑造型艺术的要求、适应未来发展与灵活改造的需要，选用适宜的结构体系。
2、高层建筑结构体系直接影响抗震性能，结构选型应满足以下要求：
a、应具有必要的承载能力、刚度和变形能力。
b、应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载、风荷载和地震作用能力；应避免连续倒塌。
c、结构的竖向和水平布置宜具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部突变和扭转效应而形成薄弱部位。
d、宜具有多道抗震防线。
考虑到多方面的因素，初步确定该宾馆采用框架-剪力墙结构，以下是框架-剪力墙结构的特点。
框架-剪力墙结构体系（简称框剪结构），是在框架体系的基础上增设定数量的横向和纵向剪力墙所构成的双重受力体系。将框架体系和剪力墙体系结合起来，取各自长处，能为建筑提供较大的平面使用空间，可以充分利用楼梯间、电梯井、管道井等墙体座位抗侧力构件，具有良好的抗震性能，因而这种结构体系已经在高层建筑中得到了广泛的应用。

四、 建筑形体设计
按照《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）、《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）的规定，建筑平面形状应尽量规则、对称，并有良好的整体性，均匀变化，震害调查及力学分析表明，建筑平、立面外形尺寸突变处、由于应力集中都容易产生比较严重的震害。本建筑平面为规则的平面，有利于抗震、抗风。

1、平面设计：
该建筑中L=104.06m，B=29.33m,L/B=3.54,符合要求。
建筑平面见图1：

图1 建筑首层平面图

2、立面设计：
建筑的立面宜简单、对称，竖向形体规则、均匀，避免有过大的外挑和收进。抗震设计时，当结构上部楼层收进部位到室外地面的高度H1与房屋高度H之比大于0.2时，上部楼层收进后的水平尺寸B1不宜小于下部楼层水平尺寸B的75%。
该建筑中H1=18.9m，H=90.1m，H1/H=0.21＞0.2，符合要求。
B1=17.6m，B=19.34m，B1/B=91%，符合要求。
立面简单，对称，在地震时较不容易破坏，容易采取抗震构造措施和进行细部处理。
建筑立面见图2：

图2 建筑立面图
五、结构布置
结构体系确定后，应当密切结合建筑设计进行结构总体布置，使建筑具有良好的造型和合理的传力路线。结构的总体布置，是指其对高度、平面、立面和体型的选择，除应考虑到建筑使用功能、建筑美学要求外，在结构上应满足强度、刚度和稳定性要求。地震区的建筑，在结构设计时，还应保证建筑具有良好的抗震性能。设计要达到先进合理，首先取决于清晰合理的概念，而不仅依靠力学分析来解决。确定结构布置方案的过程就是一个结构概念设计的过程。
1框架柱的布置
a、柱网的布置满足建筑功能的要求
b、柱网的布置与建筑隔墙布置相协调，将柱子设在纵横墙交叉点上，尽量减少c、柱网对建筑适用功能的影响
d、柱网布置规则、整齐、间距适中，传力体系明确，结构受力合理
e、柱网布置便于施工

表3 框架-剪力墙结构的抗震等级

抗震设防烈度
6度
7度
8度
9度
结构高度（m）
≤60
＞60
≤24
25～60
＞60
≤24
25～60
＞60
≤24
25～60
框 架
四
三
四
三
二

剪 力 墙
三
三
二
二
一
一
查表3可得结构的抗震等级为一级
柱子的尺寸：混凝土强度选用C35
①初估柱子的轴向力Nc
Nc=γG·ω·S·Ns·β1·β2
式中γG —— 分项系数，取为1.25；
ω —— 单位面积自重，取12～14kN/m²;
S —— 柱的楼面负载面积，m²;
Ns —— 截面以上楼层数；
β1 ——考虑角柱的影响系数，抗震等级为一级、二级设计角柱时取1.3，其余情况取1.0；
β2 ——由于水平力使9轴力增大的系数，进行非抗震设计、6度及7度设计时取1.05；8度抗震设计取1.1；9度抗震设计取1.2。
NC=γG·ω·S·NS·β1·β2
=1.25x12x45.12x21x1.3x1.1=20324.30.kN
②初估柱截面面积Ac
（a）仅有风荷载作用或抗震等级为四级时N=（1.05～1.1）Nc；Ac≥N/fc
（b）有地震作用，抗震等级为一~三级时N=（1.1～1.2)Nc
抗震等级为一级时，Ac≥N/0.65fc；抗震等级为二级时，Ac≥N/0.75fc；
抗震等级为三级时，Ac≥N/0.85fc。
式中，Nc——柱组合的轴向力设计值；
Ac——柱截面全面积；
fc ——柱混凝土抗压强度设计值；
柱截面面积Ac确定后即可估计柱边长尺寸。
N=1.1NC=22356.7344kN
AC=N/（0.65fC）=2.06m²
柱子尺寸估算为：1.44mx1.44m
2剪力墙的布置
应遵循“均匀、对称、分散、周边”的原则，其中，均匀、分散是要求剪力墙的片数多，，且每片的刚度不要太大，在楼层平面内均匀不开。对称，周边是高层建筑抵抗扭转的要求。若平面内对称布置剪力墙有困难，则可以调整有关部位剪力墙的长度和厚度，使框架剪力墙结构体系的抗侧刚度中心与质量中心尽量接近，以减轻地震作用对结构产生扭转的不利影响。
1.剪力墙布置的位置和要求：
a、竖向荷载较大处
b、建筑平面复杂部位或变化处
c 、楼梯间和电梯间处
d、横向剪力布置在接近房屋端部，但又不在建筑物近端的部位
e 、纵向剪力布置在中部附近
2.剪力墙墙厚确定
1）剪力墙的混凝土强度等级不低于c20，本方案选择c35混凝土
2）按一、二级抗震等级设计时不应小于楼层高度的1/20，且不应小于160mm；按三、四级抗震等级和非抗震设计时不应小于楼层高度的1/25，且不应小于160mm。有边框即嵌在框架梁柱间时，剪力墙厚度>=墙体净高的1/30，且>=120mm。

根据表11.1.3确定本方案抗震等级为一级，层高为3600，剪力墙墙厚选择200mm。

3梁的尺寸
梁截面高度一般可取跨度的1/10左右，截面宽高比一般为1/3-1/2
主梁：750mmx250mm 次梁：600mmx200mm
4、墙体厚度
外墙400mm，内墙200mm
5、楼板选择
本为满足刚度要求，单向板楼板的厚度不应小于板跨度的1/40（连续板）、1/35（简支板）以及1/12（悬臂板），且应满足最小厚度要求。最小厚度取值为：一般屋面60mm，一般楼面60mm，工业房屋楼面80mm。
方案采用现浇钢筋混凝土楼盖，裙房采用普通肋梁楼盖，部分区域例如宴会厅与游泳馆采用密肋楼盖。
板的类型：单向板
单向楼板的厚度不应小于板跨度的1/40，且满足最小跨度要求。
板厚：200mm
6防震缝的设置
当高度不超过15米时不应小于100mm；超过15米时，6、7、8、9度相应每增加5米、4米、3米、2米，宜加宽20mm。
在多层及高层建筑结构中，在设缝时应尽可能地将“三缝合一”，应尽量少设缝或不设缝。这可简化构造、方便施工、降低造价、增强结构整体性和空间刚度，在进行建筑设计时，应通过调整平面形状、尺寸、体型等措施；在进行结构设计时，应通过选择节点连接方式、配置构造钢筋、设置刚性层等措施；在施工方面，应通过分阶段施工、设置后浇带、做好保温隔热层等措施，来防止由于温度变化、不均匀沉降、地震作用等因素所引起的结构或非结构构件的破坏。
建筑高度为90.1m，缝宽=（90.1-15）/3x20+100=600.67mm
7综合以上设计过程，选择框架-剪力墙结构，绘制结构图

结构布置见图3、图4：

图3 建筑首层结构布置图

图4 建筑标准层结构布置图

六、绘制图纸（详见附图）

参 考 资 料
[1]叶献国，建筑结构造型概论[M]。武汉：武汉理工大学出版社，2013
[2]张建荣，建筑结构选型[M]。北京：中国建筑工业出版社，2013
[3]JGJ 3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S]北京：中国建筑工业出版社，2010
[4]GB 50011-2010，建筑抗震设计规范[S]。北京:建筑工业出版社，2010
[5]GB50010-2010，混凝土结构设计规范[S]。北京：中国建筑工业出版社，2010
[6]GB50007-2011，建筑地基基础设计规范[S]。北京：中国建筑工业出版社，2011
[7]熊丹安，建筑结构[M]。广州：华南理工大学出版社，2013
[8]《高层建筑结构设计》（第二版），沈蒲生 编著，中国建筑工业出版社，2011