三亞海棠灣洲際?度假酒店超限高層結構設計

王巖　楊體斌　王雄清　先雯

摘 要：本文結合三亞海棠灣洲際度假酒店的結構設計，簡要介紹了超限結構設計的過程，并就結構抗震性能化設計的相關問題進行了探討，可供結構工程師參考。

關鍵詞：超長結構； 轉換層；型鋼混凝土桁架； 結構超限；性能化設計

Abstract： In this paper， the Intercontinental Resort Sanya Haitang Bay structural design， briefly overrun structural design process， and discussed the issues related to seismic performance design reference available for structural engineers.

Key words： long structure； conversion layer； steel reinforced concrete truss； structural overrun； performance-based design

1.工程概況

三亞海棠灣洲際度假酒店位于海南省三亞市海棠灣，建筑主要功能為超五星級酒店。工程總建筑面積70886㎡，其中地上建筑面積44689㎡，地下建筑面積26196㎡。建筑總高度為48m；地下2層，地上13層（結構為地下1層，地上14層）；層高：-2層4.8m，-1層5.4m，1層5.5m，2～頂層3.5m。建筑平面呈倒“S”形，長度約290m，寬約10.20m。建筑在軸2-7～軸2-12之間1至5層開一大洞，洞口寬度約52米，高度為19.5m。

2.結構設計總則

該工程建筑結構設計使用年限為50年，安全等級為二級；地基基礎設計等級為乙級。地震設防烈度為6度，設計基本地震加速度為0.05g，設計地震分組為第一組，場地類別為Ⅱ類，設計特征周期為0.35秒，工程建筑抗震設防類別為丙類。基本風壓為0.85kN/m2，地面粗糙類別為A類。主體結構的抗震等級為三級，轉換構件及與開洞部分相鄰的結構構件的抗震等級為二級。

3.地基基礎設計

根據場地巖土工程條件，結合本建筑物結構布置及荷載特點，以及不同類型樁的施工可能性，經綜合比較最后采用鉆孔灌注樁基礎，并以第⑩層中風化花崗巖作為樁端持力層。

4.結構布置

根據建筑平面布置、使用功能要求、本地區(qū)的抗震設防烈度、基本風壓及業(yè)主的要求，主體結構采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架—剪力墻結構，中間不設置伸縮縫。結構高寬比為4.7，長寬比為28.4。

建筑開洞部位第六層設為轉換層，轉換層采用型鋼混凝土桁架進行轉換。主桁架為弧形，外弧31.2米，半徑為86.6米，內弧長為27.7米，半徑77.0米，桁架高度為4.3米。桁架與兩側結構采用剛性連接，為了加強桁架與兩側結構連接處的可靠性，采取以下結構措施：在洞口兩端軸2-7和軸2-12處布置1000mm厚的剪力墻和4根1500×1500型鋼混凝土柱、將縱向主桁架伸進兩側結構一跨。為了使轉換桁架受力和變形更合理，在軸2-8和軸2-11處增加4根2000x2000的支撐型鋼混凝土柱，并延伸至轉換桁架上2層。轉換桁架上部4根框架柱采用型鋼混凝土柱，與桁架弦桿型鋼連接并向上延伸2層，以保證構造連接的過渡。

5.結構整體分析及主要結果

結構整體計算采用中國建筑科學研究院PKPM CAD工程部編制的SATWE和PMSAP程序進行結構的整體計算分析，在結構計算中選用合理的計算簡圖和計算參數。兩種計算程序分析的主要結果見表一。

利用SATWE程序對整體結構進行彈性動力時程分析補充計算，彈性動力時程分析中地震波采用TH3TG035、TH4TG035兩條實際地震波和RH3TG035一條人工波，三條地震波的地震加速度時程曲線的最大值18cm/s2，三向地震波的加速度最大值按1：0.85：0.65的比例調整。彈性動力時程分析結果見表二。

計算結果的分析：

① SATWE及PMSAP兩個軟件的計算結果基本接近。 第一扭轉周期與第一平動周期之比：SATWE為0.855，PMSAP為0.849與規(guī)范要求的0.85接近，結構在考慮偶然偏心地震力作用下的樓層最大位移與平均位移比局部超過1.2，最大1.33，小于1.4；同時結構的位移值尚小于規(guī)范值1/800的50%。 SATWE及PMSAP其它計算結果（層間位移角、樓層最小剪力系數、等）均滿足規(guī)范要求。

② 彈性動力時程分析法結果表明，3條時程曲線計算所得的結構底部剪力的平均值不小于振型分解反應譜計算結果的80%，每條時程曲線計算所得的結構底部剪力均不小于振型分解反應譜計算結果的65%，滿足規(guī)范要求。三條地震波的平均位移曲線和剪力曲線均包絡在CQC曲線內。位移曲線表明結構的側向剛度沿豎向分布沒有明顯太大的突變，基本平緩。

6.超限設計的分析計算及采取的措施

6.1 結構超限的情況：

根據《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》JGJ3-2002、《建筑抗震設計規(guī)范》GB50111-2001及2010年版《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》超限認定如下：

1）平面復雜，2個半圓反接而成為1個倒“S”形，長度約290米。

2）扭轉不規(guī)則：考慮偶然偏心的扭轉位移比大于1.2，最大達到 1.33。

3）豎向構件間斷：在軸2-7～軸2-12之間1至5層開一大洞，造成了豎向構件間斷。

4）最大周期比為0.855，接近0.85 。

6.2 結構超限及復雜部位處理措施：

1）計算分析采用了多個不同力學模型的分析軟件進行計算。

2）結構的布置盡量規(guī)整，均勻，并盡可能使結構的剛度中心和質量中心重合，以減小扭轉。

3）建筑開洞部位采用型鋼混凝土桁架進行轉換。為了保證桁架的整體空間性和加強桁架水平向剛度，抵抗豎向軸力產生的平面外彎矩，在桁架橫向增設四榀橫向次桁架，并在上下弦水平方向加設交叉水平撐桿。桁架上下層樓面板厚設為180mm，配筋為雙層雙向Φ12@150，并加強開洞兩側樓板的配筋。

4）采用北京邁達斯技術有限公司開發(fā)的MIDAS/Gen軟件，對轉換桁架進行進行補充計算分析。根據MIDAS的結果顯示，桁架各構件的受力情況與SATWE和PMSAP的整體計算結果基本一致。桁架桿件的截面和配筋，綜合了MIDAS、SATWE和PMSAP三種軟件的計算結果進行設計。

5）補充計算多遇地震下桁架的豎向地震作用，結果均滿足規(guī)范要求。

6）由于整個建筑長度較長且中間不設置伸縮縫，總長約290米，屬超長建筑。三亞地區(qū)建筑物本身在正常使用年限內溫差不大，溫度應力主要產生在施工階段。主要措施采取后澆帶+膨脹帶方式和樓板內摻砼膨脹劑UEA以改善砼收縮性能，并在砼內摻加聚丙烯抗裂纖維。同時對端部溫度應力較大部分采取雙層雙向鋼筋網，配筋率不小于0.25%。

7.性能化設計目標

本項目經過計算分析，在初步設計階段，將部分豎向支撐構件及轉換層進行性能化目標設計，即：

7.1 型鋼砼轉換桁架與4根支撐型鋼混凝土柱按中震彈性和大震不屈服設計。

7.2 單榀框架的框架柱按中震彈性設計。

7.3 利用SATWE對整體結構在的計算，最大地震影響系數取0.12，考慮10年基本風壓W0=0.50KN/M2。中震作用下結構的X向位移角1/1255，Y向位移角1/672。經復核，型鋼砼轉換桁架與4根支撐型鋼混凝土柱和單榀框架的框架柱，在多遇地震作用下的截面和配筋均能夠滿足中震要求。

7.4 利用SATWE近似計算（不考慮構件剛度的退化）大震不屈服，不考慮風荷載，最大地震影響系數取0.28。大震作用下結構的X向位移角1/559，Y向位移角1/518。根據計算結果，型鋼砼轉換桁架與4根支撐型鋼混凝土柱在多遇地震作用下的截面和配筋能滿足大震不屈服，達到大震不倒的設防目標。

8.結論：

8.1 結構多遇地震常規(guī)抗震設計、中震彈性設計和大震不屈服分析的結果均能夠滿足現(xiàn)行國家規(guī)范、規(guī)程和標準的要求。

8.2 對結構采取相應的抗震措施后，經計算分析，本建筑的抗震設計能夠達到預定的性能化目標，結構具有較強的抗震能力。

8.3 通過上述分析計算可知，結構性能可較好的滿足結構正常使用、規(guī)范要求及本工程設定的性能目標要求。

參考文獻

[1] 建筑抗震設計規(guī)范 GB50011-2010.中國建筑工業(yè)出版社，2010

[2] 高層建筑混凝土結構技術規(guī)程 JGJ3-2002 中國建筑工業(yè)出版社，2002

[3] 李國勝.多高層鋼筋混凝土結構設計中疑難問題的處理及算例.中國建筑工業(yè)出版社，2004