廈門裕景中心酒店塔樓結構設計

■曾慶鵬 ■中元(廈門)工程設計研究院有限公司，福建 廈門 361000

1 工程概況

廈門裕景中心酒店塔樓地上18 層，主體結構高度83.35m;商業裙房6 層，高28.4m;酒店塔樓采用框架-剪力墻結構，商業裙房采用鋼框架-中心支撐結構，裙房和酒店塔樓采用架空連橋連接，整體空間模型見圖1。結構安全等級二級，設計使用年限50年，抗震設防烈度7 度(0.15g)，設計地震分組第二組，設防類別為丙類，Ⅱ類場地。

圖1 酒店塔樓及裙房整體空間模型

2 結構體系及超限應對措施

酒店塔樓結構平面狹長，寬20m，長160m;結構體系布置見圖2，懸空兩端抗重力結構體系包括鋼筋混凝土剪力墻、型鋼混凝土柱和型鋼混凝土框架;中部懸空部位長度50m，采用矩形鋼管混凝土斜柱支撐7.70m 高的鋼桁架進行轉換，轉換桁架上方為鋼框架;抗側力體系采用兩端的鋼筋混凝土剪力墻和型鋼混凝土框架，主要豎向構件截面及材料強度見表1。

圖2 酒店塔樓結構體系示意

表1 主要豎向構件截面及材料強度

酒店塔樓存在平面扭轉不規則、樓板不連續、豎向構件間斷等多項不規則問題，為超限高層建筑。設計中采取了下述應對措施:(1)底部加強部位取為轉換層以下及以上一層，剪力墻及鋼骨柱抗震等級提高為一級，轉換桁架及其上一層鋼框架抗震等級二級，滿足中震彈性抗震性能目標;(2)底部加強部位以上剪力墻及鋼骨柱抗震等級二級，鋼框架抗震等級為三級，滿足中震抗彎不屈服、抗剪彈性抗震性能目標;(3)剪力墻約束邊緣構件設置型鋼，在重力荷載代表值作用下，核心墻體底部加強部位墻肢軸壓比控制在0.5 以內;(4)結構兩端的斜柱及分叉柱內設十字型鋼骨與鋼骨梁形成勁性混凝土框架，其余框架柱內通高設H 型鋼;(5)轉換桁架及其上鋼框梁與兩側混凝土剛性連接，并延伸至相鄰跨混凝土梁(或墻肢)內形成鋼骨，增強結構整體性。

3 結構計算分析

3.1 多遇地震作用下反應譜分析

表2 為彈性反應譜分析結構主要計算指標，兩個軟件的計算結果相近，均滿足規范［1］要求。

表2 結構主要計算指標

3.2 彈性時程分析

選取2 組實際地震記錄(L0061、L0586)和1 組人工模擬的加速度時程曲線(L7404)，采用SATWE 程序進行多遇地震作用下的彈性時稱分析，時程分析與反應譜分析的基底剪力見表3，滿足規范［1］要求。

表3 時程分析與反應譜分析基底剪力(x103kN)

3.3 動力彈塑性分析

對結構進行三組地震記錄三向輸入，并輪換輸入主方向，共計6 個工況進行大震動力彈塑性分析［2］，分析結果表明:X、Y 兩個主方向結構最大層間位移角分別為1/145 及1/198，滿足規范［1］不大于1/100的要求。結構兩端筒體墻肢、底部、結構樓層剛度及剪力墻厚度發生突變樓層的剪力墻損傷相對顯著，設計中增大上述位置剪力墻的配筋，尤其是增大抗剪有利的分布鋼筋。轉換桁架及鋼管混凝土斜柱抗震性能良好，構件未出現塑性，處于彈性工作狀態。連梁基本全部破壞，形成了鉸機制，結構屈服機制合理。

4 關鍵構件及連接設計

4.1 轉換桁架

圖3 為轉換桁架結構布置簡圖，斜柱根部兩側跨度50m，寬度20m，采用二次鋼桁架轉換方案，上部樓層中柱的豎向荷載在設備層通過2.15m 高次桁架轉換到位于二側的7.70m 高的主桁架上，為增加轉換桁架的空間剛度和結構的冗余度，次桁架雙向正交布置。二側斜柱采用矩形鋼管混凝土，截面1400x800x80(Q390GJ)，內灌C60 混凝土;主桁架均采用箱形截面，弦桿截面1100x600x60(Q390GJ)，斜柱延伸至上弦兼作桁架斜腹桿，其余腹桿主要截面為800x600x35(Q390GJ);次桁架采用焊接H 型鋼，材質Q345GJ，弦桿600x600x25x40，腹桿主要截面為500x500x25x40。

圖3 轉換桁架結構布置簡圖

斜柱作為轉換結構的關鍵構件，性能目標定位在大震下構件不屈服，不屈曲，并考慮豎向地震及偶然荷載作用的要求。采用SAP2000軟件對轉換結構進行線性屈曲分析，前三階屈曲模態均為整體屈曲，屈曲荷載因子分別為8.95、13.08、13.12，具有較好的整體穩定性及安全儲備。根據該項目超限高層抗震專項審查專家組意見，對鋼管混凝土斜柱在地震荷載工況下是否參與傳遞水平力進行了分析，計算表明:小震下，所有斜柱X 向最大水平剪力為同層X 向水平剪力的8.5%，Y 向最大水平剪力為同層Y 向水平剪力的9.3%;說明結構水平地震力的傳遞途徑主要是通過樓面的水平剛度傳給了兩側的混凝土筒體。

為保證施工過程中結構的穩定和大震下樓板破壞后的整體剛度，在主桁架上下弦樓蓋平面內布置水平鋼支撐，鋼支撐的設計按大震下樓板傳遞的水平剪力設計，截面為350x250x16(箱形)。上下弦樓蓋及其相鄰跨混凝土部分板厚均取180mm，根據有限元計算結果按板帶配筋，沿弦桿方向板帶鋼筋伸入相鄰跨混凝土部分樓板，轉換結構部分樓蓋待上部樓層施工完畢后澆筑。

4.2 連橋及其支座設計

架空連橋寬度5m～10m，外弧桁架跨度31.8m，內弧桁架跨度44.5m，桁架高度10.9m～5.4m;一端與裙房框架柱剛性連接，另一端采用鉛芯橡膠支座支撐于轉換桁架下弦桿并與其弱連接。連橋坡道斜板及上弦屋面板按殼單元，考慮面內及面外剛度與裙房整體計算分析，并考慮舒適度要求及豎向地震作用，內弧桁架結構立面見圖4。

圖4 連橋內弧桁架展開立面圖

為確定連橋滑動端支座承載力及罕遇地震下水平位移，采用ETABS 軟件建立酒店塔樓及裙房整體空間模型(圖1)，鉛芯橡膠支座采用連接單元Isolator1［3］模擬，X、Y 方向考慮其非線性屬性賦予鉛芯屈服前彈性剛度、鉛芯屈服力及屈服后剛度對彈性剛度的比值，Z 方向不考慮非線性屬性賦予有效剛度極大值。輸入三組時程曲線(每組各兩條水平方向及一條豎向)，分別按多遇地震及罕遇地震加速度時程最大值，對各時程工況、恒載、活載以及風載進行荷載效應組合。多遇地震下，連接單元最大水平剪力820kN;罕遇地震下，連接單元最大軸向壓力14812kN，未出現軸向拉力，連接單元兩端最大相對水平位移176mm。考慮到大震下鉛芯屈服，且主體結構構件進入彈塑性狀態后對位移的影響，最終取隔震支座參數為:水平屈服力850kN，豎向抗壓承載力15000kN，滑移量±250mm，外輪廓尺寸≤1250X1250，高度≤500。

連橋滑動端節點連接做法見圖5，支座限位鋼板承載力及位置按大震下連接單元水平剪力及兩端相對位移確定。采用SAP2000 軟件建立有限元模型，板件按面對象，具有截面屬性的殼單元模擬，單元最大劃分尺寸為100mm，應力云圖見圖6，最大應力為239N/mm2，位于連橋內弧桁架支座的外挑箱梁上翼緣與轉換桁架下弦桿腹板交接面，設計中適當加大該處板件厚度并合理的布置內加勁板。

圖5 連橋支座節點詳圖

圖6 連橋支座節點應力云圖

單獨取連橋模型進行模態分析，調整桁架桿件及上下弦樓板厚度，最終連橋結構的豎向自振周期為T=0.155s，自振頻率fn=6.5Hz，形態見圖7，滿足人行激勵下舒適度要求。

圖7 連橋豎向振型圖

5 結論

(1)經過不同計算軟件的對比分析，本工程針對超限情況所采取的應對措施是有效的。

(2)轉換桁架水平地震力主要通過樓蓋的水平剛度傳遞至兩側混凝土筒體，斜柱承擔的水平剪力較小。

(3)架空連橋采用鉛芯橡膠支座實現弱連接，通過時程分析確定了支座鉛芯的水平屈服力及大震下的水平位移，并輔以舒適度驗算，保證架空連橋在平時及地震作用下的正常工作。

［1］JGJ3 -2010 高層建筑混凝土結構技術規程.中國建筑工業出版社，2011.

［2］廈門·裕景中心項目II-酒店塔樓結構動力彈塑性分析報告.建研科技股份有限公司，2012.

［3］ETABS 中文版使用指南.中國建筑工業出版社，2004.

［4］廈門·裕景中心塔樓建筑結構工程超限設計可行論證報告.中元(廈門)工程設計研究院有限公司，2012.