瀘州希爾頓酒店項目超限高層結構設計

張延赫

(北京市建筑設計研究院有限公司，北京 100045)

1 概述

瀘州希爾頓酒店項目位于瀘州市江陽區，為瀘州佳樂世紀城歡樂匯二期工程的子項。佳樂世紀城歡樂匯二期建筑由兩棟塔樓及裙房構成，西塔為辦公樓，東塔為希爾頓酒店樓，本工程為東塔希爾頓酒店樓。酒店樓地上36層，地下4層，建筑地上面積54 338 m2，結構高度155.30 m，為B級高度超限高層建筑，結構形式為鋼筋混凝土框架-核心筒結構體系。建筑效果圖如圖1所示。

本工程設計基準期為50 a，建筑結構設計使用年限為50 a，安全等級為二級，結構重要性系數為1.0。抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度為0.05g，建筑抗震設防類別為丙類，設計地震分組為第一組，建筑場地類別為Ⅲ類，特征周期為0.45 s，結構阻尼比為5%。

酒店樓基礎形式采用機械成孔灌注樁+平板式筏板，樁以中風化砂質泥巖和中風化砂巖作為持力層，不考慮樁土共同工作，并考慮新近填土負摩阻的影響，場地勘察揭露深度范圍內地下水貧乏，無樁基抗拔問題。

2 結構設計難點及解決措施

2.1 結構高度和規則性超限

本工程地下3層與一期連為一體，地下1層與一期工程及二期裙房設縫分開，由于側限條件不足，故將地下2層頂板作為嵌固部位，但地下1層頂板仍按照規范對于嵌固部位的要求進行構造加強。

酒店樓高度為155.30 m，為B級高度的超限高層結構；1層～4層有效樓板寬度小于該層相應位置樓板典型寬度的50%，4層游泳池降板形成局部錯層，結構存在局部樓層的樓板不連續、躍層柱等不規則情況。

針對本項目高度超限以及樓板不連續、躍層柱等不規則情況，提出了抗震性能目標和結構的加強措施。通過結構中震、大震的補充計算以及補充彈性時程分析、動力彈塑性時程分析，找到結構在地震作用下的薄弱部位，結合概念設計，對結構的薄弱部位和重點部位予以加強。

2.2 屋頂裝飾架體地震響應

屋頂裝飾架體為建筑外觀造型，結構類型為鋼結構，架體高度為12 m，頂部平面尺寸為36.6 m×30.6 m，結構平面向下逐步縮進至核心筒墻體位置。

當建筑達到一定高度，高階振型較多，且頂端有剛度突變的附屬部分，在此情況下，頂端的附屬部分將會在地震當中受到較大的地震作用[1]。本工程主體結構高度超限，自振周期長，受高階振型地震作用影響大，屋頂裝飾架體質量輕、剛度小，結構在地震作用下“鞭梢效應”顯著。

針對結構“鞭梢效應”問題，本工程在采用振型分解反應譜法分析的基礎上，對屋頂裝飾架體補充彈性時程分析，并根據計算結果調整放大架體地震作用，同時加強柱腳及下部剪力墻，從而保證屋頂裝飾架體及下部相連的結構在地震作用下的可靠性。

3 結構計算分析

希爾頓酒店樓結構類型為混凝土框架-核心筒結構，結構高度155.30 m，地上35層，地下4層，塔樓平面尺寸長度×寬度為44 m×31.6 m，高寬比為4.9，核心筒高寬比為11.1。核心筒外墻厚度從下往上依次為500 mm～350 mm，框架柱截面尺寸為1 400 mm×1 600 mm(鋼骨柱)～1 200 mm×1 200 mm，外框架梁截面為400 mm×1 000 mm，內框架梁為400 mm×900 mm，標準層樓樓板厚度為120 mm。框架柱及剪力墻混凝土強度等級為C60～C40，地上梁板混凝土強度等級為C30。酒店樓標準層結構平面圖及結構布置剖面圖見圖2,圖3。

綜合考慮結構的重要性和經濟性，酒店樓采用性能目標D，結構抗震性能目標如表1所示。

表1 結構設計性能目標

就上述抗震性能目標，相應采取的對策措施有如下兩個方面：

在計算分析上：1)采用SATWE，MIDAS，PACO三種軟件分別計算整體結構，對比結構主要整體指標，驗證計算模型可靠性；2)通過結構小震、中震、大震的計算，保證各類結構構件抗彎、抗剪承載力、軸壓比、剪壓比等指標達到性能目標要求；3)通過補充小震彈性時程分析，小震作用下提高相應樓層剪力，以增強結構整體抗震能力；4)通過中震、大震下剪力墻拉應力復核，保證剪力墻構件的抗震性能；5)對樓板(特別是樓板不連續的首層～四層)進行大震下損傷分析，保證樓板在大震下的安全性；6)對大堂形成的穿層柱進行承載力復核，保證其二道防線的抗震能力；7)通過大震下的動力彈塑性分析，驗算結構層間位移，滿足規范“大震不倒”的要求；8)針對豎向構件損傷情況，提高豎向構件的抗震措施，增強整體結構的抗震性能。

在設計構造上：1)在小震作用下，底部加強區關鍵構件按抗震設防烈度提高1度設計；2)通過增設型鋼、提高框架柱的體積配箍率、角柱全高加密等構造措施提高，增強第二道防線的抗剪能力，提高框架柱的延性；3)在底部加強區適當增大核心筒外墻配筋率，配筋率0.4%,提高底部加強區的抗震構造措施；4)在底部加強區上兩層設置過渡層；5)對1層～4層樓板不連續采取雙層雙向配筋等措施，加強其整體性；6)對游泳池形成的局部錯層，通過加強錯層處豎向構件抗剪、抗彎配筋，保證大震下的性能要求。

3.1 彈性反應譜分析

分別采用SATWE，MIDAS，PACO對酒店樓進行了彈性反應譜分析，主要結果見表2。由表2可知，三種程序計算結果比較吻合，保證了力學模型的可靠性，周期、位移、剪重比等各項指標均滿足規范的要求。

表2 彈性反應譜計算結果

根據抗震性能化目標，通過SATWE軟件對酒店樓進行了中震不屈、中震彈性和大震不屈的計算分析，根據計算結果，各類構件均能滿足性能目標要求。

3.2 彈性時程分析

根據GB 50011—2010建筑抗震設計規范[2](以下簡稱“抗規”)規定，本工程選取了2條天然波TH005TG045，TH121TG045，1條人工波RH2TG045進行彈性時程分析。在結構第一周期附近，3條地震波時程反應譜與規范譜所用的地震影響系數變化在20%之內，符合“在統計意義上相符”的原則，地震波時程反應譜與規范譜對比見圖4。

通過對計算結果的比較，所選地震波雙方向最小的底部剪力均大于振型分解反應譜法的65%，平均值大于振型分解反應譜法的80%，所選地震波與振型分解反應譜法所采用的地震影響系數曲線在統計意義上相符，對于本工程結構單元是合理的。設計時，樓層剪力取時程分析法的包絡值與振型分解反應譜法的較大值，并確保結構任一樓層的水平地震剪力滿足地震剪力最小值(即剪重比)的要求。酒店樓計算分析結果表明，X向各樓層時程分析剪力包絡值均大于規范反應譜法結果，在29層至出屋面層Y向時程分析剪力包絡值均大于規范反應譜法結果，故根據計算結果調整放大相應樓層規范反應譜法的地震作用，使其樓層剪力不小于時程法的計算結果，從而確保結構安全可靠[3]。樓層剪力對比如圖5所示。

3.3 動力彈塑性時程分析

酒店樓結構高度155.3 m，T1=4.53 s，JGJ 3—2010高層建筑混凝土結構技術規程[4](以下簡稱“高規”)要求對于高度在150 m～200 m的基本自振周期大于4 s的結構，應補充動力彈塑性時程分析。

本工程罕遇地震特征周期為0.50 s，地面加速度峰值取125gal，采用SAUSAGE軟件進行了動力彈塑性分析，選取了1條人工波和2條天然波，彈塑性計算時主次雙方向地震波峰比值為1∶0.85。結構位移響應見表3，滿足“大震不倒”要求，滿足最大彈塑性層間位移角小于1/100的要求，有較好的剛度儲備。大震作用下結構彈塑性層間位移角見圖6。

表3 大震彈塑性動力時程分析位移

大震作用下框架和剪力墻的損傷程度如圖7所示。結構損傷程度以受壓損傷因子Dc判定，在三組罕遇地震作用下，部分框架梁出現塑性鉸，梁端部受壓損傷因子最大值為0.28，損傷平均值在0.15左右，滿足強柱弱梁的抗震設防目標；框架柱未出鉸，型鋼柱內構造鋼骨均處于彈性狀態，說明框架柱滿足二道防線的要求。F4層以上核心筒大部分連梁的混凝土受壓損傷因子超過0.5，形成了塑性鉸機制，很好的發揮了屈服耗能作用；剪力墻墻肢完好，基本處于彈性階段。

大震作用下樓板損傷情況見圖8。計算結果表明，大部分樓板未見明顯損傷，全樓樓板損傷因子基本在0.1范圍之內，損傷較輕，樓板整體處于彈性狀態，1層～4層開洞處樓板相對未開洞處損傷較大，如圖9所示，對該部分樓板配筋加強，雙層雙向配筋。

3.4 屋頂裝飾架體地震響應分析

屋頂裝飾質量輕、剛度小，結構在地震作用下“鞭梢效應”顯著。關于結構“鞭梢效應”的分析方法，《抗規》5.2.4條規定采用底部剪力法時，需要人為放大地震力，采用振型分解法時，突出屋面部分可以作為一個質點，《高規》3.5.9條建議，頂部樓層側向剛度和承載力與下部結構相差較多時，是不利于抗震的結構，宜采用彈性或彈塑性時程分析方法進行補充計算。本工程在采用振型分解反應譜法分析的基礎上，對屋頂裝飾架體補充彈性時程分析。計算分析結果對比見表4。

表4 計算分析結果對比

通過模型指標對比發現，在彈性時程計算下屋頂裝飾架底部剪力、位移角有較為明顯增幅。故對屋頂裝飾架部分進行設計時，采用反應譜分析和彈性時程分析進行包絡設計，根據計算結果調整放大架體地震作用。裝飾架與鋼筋混凝土核心筒的連接節點為重點部位，對此連接節點按大震彈性設計，同時增加核心筒剪力墻的配筋。

4 結語

針對瀘州佳樂世紀城酒店樓超高和規則性超限的特點，提出了抗震性能目標和加強措施，采用不同軟件對抗震計算結果進行對比分析，驗證模型計算的可靠性。通過結構中震、大震的補充計算以及補充彈性時程分析、動力彈塑性時程分析，對結構采取了有效的加強措施，確保結構達到抗震性能目標的要求，提高結構抗震承載力。

對于屋頂裝飾架體在地震作用下的“鞭梢效應”問題，本項目針對采用反應譜分析和彈性時程分析進行包絡設計，根據計算結果調整放大架體地震剪力，并采用構造加強措施，保證屋頂裝飾架體及下部相連的結構在地震作用下的可靠性。