南京市建筑设计研究院有限责任公司 南京 210001
摘要：盐城市某酒店项目裙房宴会厅大空间结构设计，兼顾夹层结构设计，对28.8米大跨度梁的结构设计，分别拟用钢骨混凝土梁和有粘结预应力混凝土梁（后张法）的方案，比较控制指标及材料用量，择优选择。对类似酒店大空间的结构设计，具有参考作用。
关键词：大跨度；型钢砼框架；预应力砼框架；不规则
一、项目概况
盐城市某酒店项目位于康居路东侧、阅海路北侧，海洋路南侧，八营路西侧。酒店主楼地上23层，标准层层高为3.8米，总高99.30米；裙房地上3层，其中2层、3层均设夹层，与主楼楼层同标高，层高分别为6.6米、7.8米、8.8米，其中2层夹层处7.8米层高分为3.0米及4.8米，3层夹层处8.8米层高分为4.5米及4.3米，裙房总高23.40米。整个场地设两层地下室，上部建筑范围层高5.3米、3.6米，其余层高为3.6米、3.6米，覆土1.5米。
设计抗震缝位于5、6轴线之间，将地面以上结构拆分为两个单元，23层的主楼为框架-核心筒结构；3层的裙房（结构层5层）为框架结构，标准柱网为9.8mx9.0m，2层及3层宴会厅部分大空间跨度轴线尺寸为28.8米。裙房剖面图如图1。
在二夹层平面中，宴会厅上方及前厅为挑空，二夹层的有效结构楼面约占整层围合面积的16%；在三夹层平面中，宴会厅上方挑空，有效结构楼面约占整层围合面积的59%，开洞面积占41%。
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图1
设计输入的主要参数为：丙类（标准设防类）设防，甲级基础，抗震设防烈度按抗规为7度，取值0.1g设计基本地震加速度值，设计地震分组第三组，盐城地区IV类场地土，取值特征周期值0.90秒；抗震等级为：主楼部分，二级框架，二级核心筒；裙房部分，框架三级（大跨，二级）。
本文重点叙述裙房部分框架结构的布置及计算分析,比较两种不同大跨度框架的设计方案,对整体计算指标及不规则性的影响,进一步分析各项经济指标的差异。
二、裙房框架结构布置及计算分析
1.裙房结构规则性初步判定
从建筑平面布置及层高分布可以看出，结构的不规则项在平面及竖向均存在几项。对照《建筑结构抗震规范》，判定如下：
a.两项平面不规则是：1）扭转不规则（计算比值大于1.2）；2）标高9.60m及18.90m楼面开大洞，面积远超30%，因此楼板局部不连续。
b.竖向存在多处穿层柱，相邻层高相差较大，1）结构侧向刚度（剪力/层间位移）不均匀，2)楼层受剪承载力及承载力比值突变。
上述可能4条不规则项，裙房或成为特别不规则甚至严重不规则结构。设计应当采取合理的结构布置及加强措施，使不规则项不超过3项，避免复杂不规则结构的超限分析及大量加强措施带来的投资与工期增加。
2.裙房结构布置方案
1).方案一
按3层框架结构设计，层高分别为6.6米，7.8米和8.8米，两个夹层按荷载输入各自楼层。在夹层布置钢次梁，与柱铰接连接，压型钢板或者钢筋桁架组合楼面。
优点：平面上避免开大洞的一项不规则，竖向上层高均匀，不出现侧向刚度、楼层抗剪承载力不满足状况。至多一项平面扭转不规则，此项可以通过加强周边框架使得比值不大于1.4。
缺点：由于使用需要，夹层楼面无法与周边框架梁柱完全脱开，不能对框架的变形不提供侧向刚度，计算假定不完全符合实际受力状态；钢结构的防火处理及以后日常维护费用较普通混凝土结构增加。业主不采用该方案。
2).方案二
按5层框架结构设计，层高分别为6.6米，3.0米、4.8米、4.3米和4.5米，楼面开大洞处采取加强周边梁板等措施。经计算分析，首层及第三结构层抗侧刚度比、抗剪承载力及其比值均不满足规范要求。兼顾大跨结构设计方法，加强框架柱的刚度，设计采用了两种方案进行计算对比及经济分析。
A.型钢混凝土框架
在大跨部位采用型钢混凝土框架柱、框架梁，其余均为普通混凝土框架，二层局部楼面布置详图2，三层局部楼面及屋面局部布置详图3。
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图2 图3
图2中：梁1跨度19.6米，两跨连续框架梁；型钢砼柱：柱A截面1200*1200mm，型钢400*800*20*40，；柱B截面800*800mm，型钢：400*400*20*40。混凝土均为C50。型钢砼梁1：截面500*1100，型钢300*800*12*30，混凝土C40。
图3中：梁1跨度28.8米，三跨连续框架梁；三层楼面，型钢砼柱：柱A截面1200*1200mm，型钢400*800*20*40；柱B截面800*700mm，型钢：300*300*15*25；柱C截面800*800mm，型钢：400*400*16*25。混凝土均为C50。型钢砼梁：梁1截面700*1500，型钢400*900*14*30；梁2、3截面700*800，型钢400*500*12*30，混凝土均为C40。屋面，型钢砼柱同下部楼层，型钢砼梁：梁1截面700*1800，型钢400*1200*20*40；梁3、2截面700x1000，型钢400x700x12x30，C40混凝土。
型钢混凝土框架有效地提高了抗侧刚度及楼层承载力，且在各楼层中相对于其他框架占比较大。计算结果见表1和表2。
表1.相邻层侧移刚度比
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表2.楼层抗剪承载力比值
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在规定水平力作用下的电算结果比值符合规范要求，见表3.当忽略出屋面机房层的很小位移时，结果均小于1.20，只有一项平面开大洞的不规则项，判定为一般不规则结构。
表3.
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B.预应力混凝土框架
当采用后张法有粘结预应力混凝土框架时，结构布置同图2和图3。
图2中：两跨连续预应力框架梁，柱A截面1300*1300mm，柱B截面1200*1000mm(中柱1200*1200mm)，混凝土C50。梁1截面500*1100，配置预应力筋2-9Φs15.2(250,150,180)，混凝土C40。
图3中：梁1、2、3形成三跨连续预应力框架梁；三层楼面，柱A截面1200*1200mm，柱B截面800*700mm，柱C截面800*800mm，混凝土C50。梁1截面550*1700，配置预应力筋2-7Φs15.2(330,170,330)及2-7Φs15.2((180,330,180)；梁2、3截面550*1000，配置预应力筋2-7Φs15.2((350,450,180,0.1,0.6,0.2)，混凝土C40。
屋面，柱A截面1100*1000mm，柱B截面600*600mm，柱C截面600*600mm，混凝土均为C40。梁1截面550*1800，配置预应力筋2-9Φs15.2((340,170,340)及2-7Φs15.2(180,320,180)；梁2、3截面550*1000，配置预应力筋2-7Φs15.2(350,450,180,0.1,0.6,0.2)，混凝土C40。
C4线型布置预应力筋，详图集。低松弛预应力钢绞线（1860级），控制应力为0.75fptk,两端张拉；加腋张拉的梁每一张拉端的工作长度为1.5m。
相对于方案二A方案，B方案加大了底部大跨框架柱的截面，同时也加大了所有其他框架柱截面（由A方案的700x700mm增大为800x800mm），并且加大了周边框架梁的截面尺寸；为了满足层间抗侧刚度比及承载力之比，逐层调整所有框架柱截面，除大跨框架柱外，顶层均缩减为600x600mm；进一步细调弹性模量，柱混凝土由C50逐步过渡到C30，计算结果见表4和表5。
表4.相邻层侧移刚度比
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表5.楼层抗剪承载力比值
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B方案整体计算时未计入局部出屋面机房。对比表1与表4，B方案总质量约减少4%，层间比值改善。对比表2与表5，B方案楼层承载力数值较A方案，层间比值改善。
在规定水平力作用下的比值符合规范要求，见表6。比值X向均小于1.20，Y向略大于1.20，加上一项平面开大洞的不规则项，依然判定为一般不规则结构。层间位移角小于A方案，表明刚度调整更加有利。
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三、方案A与方案B经济性比较
两方案在总质量和抗侧刚度、楼层承载力方面相差无几。利用同一个计算软件的工程量统计，可以相对比较优劣，尽管工程量及造价并非项目最终实际决算值，但不影响作为优选的参考。
方案A，程序统计见表7。
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假定商砼按500元/m3,HRB400钢筋按4700元/吨，型钢按8500元/吨（含安装），混凝土总价约134.7万元，钢筋总价约为204.5万，型钢总价约为140万元，合计479.2万。
方案B，程序统计见表8。
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假定1860级钢绞线按17000元/吨（含张拉），其余同前，混凝土总价约136.5万元，钢筋总价约为222.5万，预应力筋总价约为22.5万元，合计381.5万。
比较结果显示方案B比方案A节约97.7万,约20%。当然预应力方案施工周期会延长，且由于梁柱截面增大，对净空及使用面积有影响；再则结构延性方面，预应力方案不如型钢混凝土方案。
四、结论
酒店宴会厅大空间布局及夹层设置，是建筑设计中必选项。方案一、方案二都是可选项；方案二中型钢混凝土框架与预应力混凝土框架方案的不同计算结果，以及材料使用总量和造价差异分析，对结构方案的选择，有很好的决策作用。本案最终选择预应力混凝土框架结构设计，主动施加预应力调节大跨梁的挠度，耐久性更加优越。
参考文献
[1]《建筑结构抗震规范》GB50011-2010(2016版)
[2]盈建科软件有限公司YJKS1.9.3版计算分析