南京人民大会堂配套用房扩建工程———汉府饭店, 建造地点位于南京市长江路, 紧邻南京人民大会堂。项目规划总建筑面积为26 862m², 包含已有建筑面积6 643m², 新建建筑面积20 219 m²;新建建筑地上面积14 851m², 地下面积5 368m², 总建筑高度为24m。实景照片见图1。

　　 本工程地面以上共6层, 屋面局部设置钢结构采光顶棚;地下部分设两层地下室, 埋深约10m。主楼上部结构采用钢筋混凝土框架结构, 在3层局部设有24m的大跨转换梁, 转换部位框架采用型钢混凝土梁柱。

　　 本工程地基基础设计等级为乙级, 建筑桩基设计等级为乙级。场地主要地基岩土层分布^[1]如下: (2) _-1层粉土, 层厚1.80～3.90m; (2) _-2层粉土夹粉质黏土, 层厚2.10～5.80m; (2) _-3层粉土夹粉砂, 层厚6.80～11.40m; (2) _-4层粉砂, 层厚5.80～8.70m; (3) 层粉质黏土, 层厚9.80～12.40m; (4) 层粉质黏土夹砾石, 层厚0.70～1.80m; (5) _-1层强风化泥质砂岩, 层厚2.10～6.80m; (5) _-2层中风化泥质砂岩, 未钻穿。本场地为不液化场地, 场地浅部均为软弱土层。建筑上部结构荷载大, 并存在大跨转换结构, 且地下室需要进行局部抗浮设计, 根据建筑物结构、荷载特征, 确定采用钻孔灌注嵌岩桩, 以 (5) _-2层中风化泥质砂岩为桩端持力层。主要桩径为800, 900, 1 200mm, 单桩竖向抗压承载力特征值分别为3 500, 4 000, 5 800 kN。抗拔桩直径为800mm, 单桩竖向抗拔承载力特征值为1 050kN。布桩采用柱下桩基承台布置方式。

　　 本工程结构安全等级为二级, 设计合理使用年限为50年, 抗震设防类别为标准设防类, 抗震设防烈度为7度, 设计基本地震加速度为0.10g, 设计地震分组为第一组, 建筑场地类别为Ⅲ类, 场地特征周期为0.45s。建筑基本风压值为0.40kN/m²。

　　 结合建筑平面功能和建筑高度的情况, 设计采用钢筋混凝土框架结构体系, 在宴会厅顶部 (3层楼面) 设有24m大跨转换梁, 根据抗震规范^[2], 本工程框架抗震等级应为二级。3层以下框架柱主要截面为700×700, 3层及以上框架柱主要截面为600×600;框架梁主要截面为400×700, 300×700。2层、3层及4～6层结构平面图分别如图2～4所示。结构层高:1层4.2m, 2层4.8m, 3层3.9m, 4～6层3.5m, 结构总高度23.4m。1～3层梁、板、柱混凝土强度等级均为C40;3层以上梁、板、柱混凝土强度等级均为C35。

　　 参照抗震规范^[2]及文献[3], 本工程竖向及平面存在如下不规则项:1) 扭转不规则, 在考虑偶然偏心影响的地震作用下, 扭转位移比为1.36, 大于1.2。2) 楼板不连续, 2层楼板开洞面积超过本层楼板面积的30%, 达到40%;X向有效楼板宽度小于本层典型楼板宽度的50%, 约为22%, Y向有效楼板宽度小于本层典型楼板宽度的50%, 约为35%。4～6层X向有效楼板宽度小于本层典型楼板宽度的50%, 约为37%。3) 竖向抗侧力构件不连续, 3层存在局部抬柱转换。

　　 针对以上各项不规则情况主要采取了以下计算分析方法和抗震措施^[4,5], 来保证结构安全。

　　 (1) 在小震作用下, 采用SATWE结构软件进行整体内力及位移计算。抗震分析时考虑了扭转耦联效应、偶然偏心及双向地震效应, 并对地震作用最大的方向进行计算分析, 控制扭转位移比小于1.4。

　　 (2) 对结构进行多遇地震下的弹性时程分析, 并与振型分解反应谱法计算的结果进行比较, 设计时地震作用取7条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。

　　 (3) 对结构存在的薄弱部位, 如对开大洞等情况进行全面分析, 计算内力及配筋采用弹性楼板假定模型, 并采取相应的加强措施, 并验算罕遇地震作用下楼板的混凝土与钢筋应力。

　　 (4) 中震作用下结构关键部位的计算分析。对大跨转换梁和转换柱构件进行中震作用下 (考虑竖向地震作用) 的抗震性能化设计。转换梁和转换柱均按中震弹性抗弯、抗剪验算。

　　 (5) 将转换层 (3层) 强制设为薄弱层, 将地震内力放大1.25倍, 定义托柱框架为转换梁和转换柱构件。

　　 (6) 对框架结构进行罕遇地震作用下的弹塑性性能分析。

　　 (1) 适当加大边梁截面, 控制扭转位移比和扭转周期比。

　　 (2) 开大洞周边板块适当增加厚度及配筋率, 板厚加厚至不小于150mm, 双层双向配筋, 配筋率不小于0.25%;同时对洞口边梁进行加强, 边梁截面整体配筋率不小于1%, 并加设抗扭腰筋, 提高楼层的整体性。

　　 (3) 对穿层柱配筋进行加强, 箍筋全高加密。

　　 (4) 按规范要求控制框架柱、转换柱的轴压比, 保证框架柱、转换柱的延性, 从而提高整体结构的变形能力。

　　 (5) 在24m跨转换部位, 采用型钢混凝土梁柱转换框架, 提高关键部位结构的变形能力, 以增强整体结构的延性。

　　 (6) 加大转换梁、转换柱的箍筋直径及纵筋配筋率。

　　 (7) 控制各楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不小于其相邻上一层受剪承载力的80%;各楼层侧向刚度不小于相邻上一层的70%, 且不小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%。为了减少转换层刚度突变的影响, 使结构满足规范侧向刚度比要求, 将转换层上层柱截面由700×700改为600×600。

　　 (8) 转换层楼板板厚加厚至180mm, 双层双向配筋, 配筋率不小于0.25%。

　　 经SATWE软件计算, 结构在小震下采用振型分解反应谱法分析的主要结果见表1。从表中可以看出, 小震作用下结构的各计算指标均满足抗震规范^[2]要求。

　　 转换层处结构计算结果见表2。由表可知, 本工程转换层处结构刚度、受剪承载力比以及等效侧向刚度比均能满足规范^[2,4]要求, 转换层处并未出现明显的薄弱部位。

　　 依照抗震规范^[2]要求, 本工程在多遇地震结构时程分析中选用了5组天然波和2组人工波, 按三向输入进行时程分析。频谱分析结果表明所选地震波频谱特性满足要求。

　　 经计算, 结构在多遇地震作用下采用弹性时程分析法单独分析后的主要计算结果见表3。由表可知, 弹性时程分析法计算的结构基底剪力能满足抗震规范^[2]要求。

　　 本工程7条时程曲线的楼层基底剪力平均值及层间位移角均小于振型分解反应谱法计算结果。根据抗震规范^[2], 本工程可直接采用振型分解反应谱法计算结果来进行设计。

　　 对大跨转换梁和转换柱构件进行中震弹性验算, 转换梁及转换柱在中震作用下的配筋计算结果见图5。由图可知, 型钢转换梁、柱截面及配筋均能满足中震弹性要求, 具有足够安全度。

　　 为了评价结构在罕遇地震下的弹塑性行为, 依照抗震规范^[2]要求, 本工程选用2组天然波和1组人工波来进行大震弹塑性动力时程分析。

　　 表4给出了各条地震波作用下结构X向和Y向的最大弹塑性层间位移角, 由表可知结构最大弹塑性层间位移角X向为1/134, Y向为1/110, 均小于1/50, 满足抗震规范^[2]要求。结构在罕遇地震作用下两方向基底剪力约为多遇地震下的4～5倍, 由于大震加速度峰值是小震的6.28倍, 可知大震下弹塑性反应与大震下弹性反应相比, 基底剪力有减小的趋势。

　　 结构在罕遇地震作用下的动力弹塑性时程分析结果表明, 结构整体抗震性能 (层间位移角、基底剪力等都符合抗震规范^[2]要求) 和各类结构构件的抗震性能在可以接受的范围内。除框架梁有一定损伤外, 转换层上层柱底有轻微损伤, 在施工图设计时加大此层柱配筋, 并加大柱配箍率, 以增大柱延性。开洞周边楼板只有轻微损伤, 说明在大震下楼板还能继续有效约束结构形成一个整体。综上所述, 本工程结构能满足“大震不倒”这一抗震性能目标。

　　 (1) 对特别不规则结构, 结构设计时须根据不规则类型及薄弱部位, 采取适当的抗震措施。如对开大洞等情况进行全面分析, 计算内力及配筋采用弹性楼板假定模型, 并采取相应的加强措施。

　　 (2) 带转换层结构, 应对转换部位采取有效加强措施, 以避免转换层上下层出现刚度及受剪承载力突变。对转换梁、柱构件还应进行抗震性能化设计, 必要时可采用型钢混凝土构件来增加结构延性, 以保证结构安全。

　　 (3) 对结构进行弹性时程补充分析验算, 验算结果表明结构刚度均匀无突变, 层间变形均匀, 没有明显薄弱部位。

　　 (4) 通过罕遇地震结构弹塑性动力时程分析, 结果表明结构在罕遇地震作用下, 结构整体安全, 抗震性能满足“大震不倒”这一抗震性能目标。