深究酒店圍合庭院加層設計

導語：深究酒店圍合庭院加層設計一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

在建筑平面范圍內增層是對既有建筑進行改造的常用手段，受既有建筑平面布局所限，改造后，建筑功能難以得到根本的改善。將室外的庭院圍合，形成共享大空間，可以使建筑的功能布局煥然一新，取得極好的經濟、社會效益，是一種新思路。南京中心大酒店位于市中心最繁華地段，建成于1989年，原建筑在規模和布局上已難以滿足市場的要求。在加層改造中，將1200m2的半圓形室外天井圍合成9層高的超大共享空間，大大優化了酒店的功能布局。改造后，在原鋼筋混凝土框架-剪力墻結構上，新增了2層樓面、9層高的幕墻體系及大跨屋面等鋼結構，結構的質量、剛度、阻尼等特性均被改變，對設計提出了很高的要求。

1工程概況

原建筑為鋼筋混凝土框架-剪力墻結構，地上10層，地下1層，主屋面至室外地面高40m。中柱截面600×600，邊柱400×800，剪力墻厚度200，混凝土強度層4及以下為C40，層4以上為C30，梁、柱主筋為HRB335級，其余鋼筋為HPB235級。運營至今，經現場檢測鑒定［1］，土建和設備情況良好。原設計執行的是74版規范［2］，手工計算，改造設計依據的是08版抗震規范［3］，采用SATWE和MIDAS兩種軟件，新老設計的主要參數見表1。為適應市場要求，業主要求在層10屋面以上增加設備及辦公層，并將原層4室外平臺及游泳池采用玻璃幕墻和輕鋼屋面圍合，形成共享空間，改造后的結構平面和剖面見圖1。新增的26m高鋼桁架支承體系和48m跨度的網架屋蓋，與新增的鋼框架結構連成一體共同工作，受力非常復雜，施工條件異常苛刻。目前該項目已順利完成，投入正常使用，效果非常好。

2概念設計及相關參數

為盡量減小對既有建筑的影響，加層改造設計中必須嚴格控制結構的自重［4］。本工程拆除了不需要的屋面設備及附屬結構、室外游泳池及裝修、屋面裝修層。新增結構及裝修嚴格控制自重，經核算，原結構與加層后結構質量分別為30660，33215t，改造后的結構自重僅僅略有增加，增加率為8.3%。增加的自重主要通過新增的幕墻桁架(圖2)直接傳遞至層4室外平臺。原結構按照74版規范［2］設計，第1階振型為扭轉，不滿足高規［5］的要求。在建筑兩側缺口內新增的電梯井井壁處增設鋼支撐后，結構第1階振型變為平動，第3階振型為扭轉，周期比0.840，滿足高規［5］的要求，新增結構有效改善了扭轉對原結構的不利影響。改造前后的自振周期見表2。對改造前后的基底剪力(表3)進行對比，層改造后結構基底剪力X向增大0.43%，Y向增大3.16%，剪重比滿足高規［5］要求。整體分析得到的位移值見表3，新增鋼結構的抗側剛度比原結構小，最大水平位移和層間位移均滿足高規［5］要求。從以上對比可以看出，新增結構可以滿足高規［5］的要求，對原結構的影響較小，將原結構局部不滿足要求的構件加固后，原結構可以承受新增結構傳來的荷載，加層改造方案可行。

3加層結構體系及傳力路徑

原結構為框架-剪力墻結構，為使新增結構的受力特性盡量與原結構接近，加層部分采用帶支撐的鋼框架結構。框架梁柱均采用熱軋H型鋼，鋼梁為HN350×175×7×11，鋼柱為HW300×300×10×15。鋼框架主要負責將豎向荷載直接傳遞至原混凝土框架柱頂，加層部分的水平作用通過樓板、面內支撐等平面構件傳遞至鋼支撐，鋼支撐將水平作用直接傳遞至中部及兩側的混凝土剪力墻。剪力墻上鋼支撐布置見圖1(a)中陰影區域。如圖1(b)所示，圍合室外天井的幕墻結構和網架屋面受力比較復雜，是需要重點解決的設計難點。半圓形的網架屋面沿圓弧一側鉸支于新增的鋼框架柱上(點A)，沿立面幕墻一側鉸支于幕墻的鋼桁架上(點B)。鋼桁架將屋面及幕墻荷載傳遞至層4的混凝土柱上(點D)，建成后效果見圖2。屋面采用網架結構，既能將豎向力可靠傳遞至周邊的支座，又能利用剪力墻、鋼支撐剛度大的特點，將水平作用可靠傳遞至這些構件。通過合理的節點構造，將鋼框架、玻璃桁架和屋面網架連成一個整體，主要受力構件直接固定在剪力墻上，形成了可靠的受力體系，傳力路徑明確，受力合理。

4加層后結構的地震作用分析

原結構為鋼筋混凝土框架-抗震墻結構，加層改造后結構變為鋼-混凝土混合體系，屬于非比例阻尼結構系統，其整體阻尼比的確定是計算地震分析中的關鍵問題［6］。目前主要有3種方法確定輕鋼加層結構的整體阻尼比:1)直接采用下部結構原有阻尼比0.05，忽略輕鋼加層部分對整體結構阻尼比的影響;2)以鋼和混凝土結構各自的剛度為權重算出的整體結構折算阻尼比;3)采用非比例阻尼，將結構的阻尼矩陣表示為質量矩陣和剛度矩陣的線性組合，該方法精度較高。采用上述3種方法對地震作用進行了分析，結果見表4。分析中混凝土結構的阻尼比取0.05，鋼結構的阻尼比取0.02，按照剛度推算，折算阻尼比為0.04，非比例阻尼由程序根據兩種結構的阻尼比計算得到。以上分析結果表明:按照非比例阻尼分析，加層改造后結構的阻尼比在0.04～0.05之間，與混凝土結構的阻尼比比較接近。如果程序無法考慮非比例阻尼，可近似取0.04為折算阻尼比，結果偏安全。

5關鍵節點設計

新增結構構件與原混凝土結構連接的可靠性，對改造工程的安全性至關重要，需要針對新、老結構的受力特點重點設計［7］。新加鋼結構的水平作用主要通過鋼支撐傳遞至下部混凝土剪力墻，二者間的連接應當保證在相鄰構件都接近破壞時仍能夠可靠傳力。為實現這一設計目標，采用了新、老結構間增加現澆臥梁的做法，如圖3所示。臥梁與原結構剪力墻頂部有足夠大的接觸面，采取了周邊設抗剪槽口、界面鑿毛并涂界面處理劑、植短鋼筋等多種界面處理技術，確保與原結構的可靠連接。新增鋼結構由加層框架、立面幕墻、網架屋面三個部分構成，圖1(b)中幕墻桁架上點D鉸支在框架柱頂，可承受全部的豎向荷載;點C擱置在大框架梁上，可通過變形釋放網架的溫度應力，為極端情況下的備用支座;網架上點A支承在鋼牛腿上，網架豎向荷載偏心彎矩可平衡部分內跨鋼梁的負彎矩，減小鋼柱的彎矩。半圓形網架屋面與加層框架和立面幕墻間的固定鉸是將新增結構連成整體的關鍵節點，該節點不但要傳遞豎向荷載，還要將各部分的水平作用互相傳遞，因此在網架平板支座上增加了水平加勁肋保證水平力傳遞更為順暢，如圖4所示。

6結論

(1)將室外庭院圍合成大的共享空間，會大大改善既有建筑的使用功能，獲得非常好的經濟和社會效益。

(2)圍合室外庭院會導致建筑的質心和剛心偏移，可通過增加鋼支撐等抗側構件調整質量和剛度的分布，改善結構抵抗水平作用的能力。

(3)加層改造后的鋼-混凝土混合體系屬于非比例阻尼結構系統，阻尼比介于0.04～0.05之間，可偏保守地取為0.04。

(4)新老結構間連接的可靠性對這類工程至關重要，可采取在原結構上增設現澆混凝土臥梁的方式保證傳力的可靠。