厦门裕景中心酒店塔楼结构设计

2015-12-02曾庆鹏中元厦门工程设计研究院有限公司福建厦门361000

江西建材 2015年14期

■曾庆鹏 ■中元(厦门)工程设计研究院有限公司，福建厦门 361000

1 工程概况

厦门裕景中心酒店塔楼地上18 层，主体结构高度83.35m;商业裙房6 层，高28.4m;酒店塔楼采用框架-剪力墙结构，商业裙房采用钢框架-中心支撑结构，裙房和酒店塔楼采用架空连桥连接，整体空间模型见图1。结构安全等级二级，设计使用年限50年，抗震设防烈度7 度(0.15g)，设计地震分组第二组，设防类别为丙类，Ⅱ类场地。

图1 酒店塔楼及裙房整体空间模型

2 结构体系及超限应对措施

酒店塔楼结构平面狭长，宽20m，长160m;结构体系布置见图2，悬空两端抗重力结构体系包括钢筋混凝土剪力墙、型钢混凝土柱和型钢混凝土框架;中部悬空部位长度50m，采用矩形钢管混凝土斜柱支撑7.70m 高的钢桁架进行转换，转换桁架上方为钢框架;抗侧力体系采用两端的钢筋混凝土剪力墙和型钢混凝土框架，主要竖向构件截面及材料强度见表1。

图2 酒店塔楼结构体系示意

表1 主要竖向构件截面及材料强度

酒店塔楼存在平面扭转不规则、楼板不连续、竖向构件间断等多项不规则问题，为超限高层建筑。设计中采取了下述应对措施:(1)底部加强部位取为转换层以下及以上一层，剪力墙及钢骨柱抗震等级提高为一级，转换桁架及其上一层钢框架抗震等级二级，满足中震弹性抗震性能目标;(2)底部加强部位以上剪力墙及钢骨柱抗震等级二级，钢框架抗震等级为三级，满足中震抗弯不屈服、抗剪弹性抗震性能目标;(3)剪力墙约束边缘构件设置型钢，在重力荷载代表值作用下，核心墙体底部加强部位墙肢轴压比控制在0.5 以内;(4)结构两端的斜柱及分叉柱内设十字型钢骨与钢骨梁形成劲性混凝土框架，其余框架柱内通高设H 型钢;(5)转换桁架及其上钢框梁与两侧混凝土刚性连接，并延伸至相邻跨混凝土梁(或墙肢)内形成钢骨，增强结构整体性。

3 结构计算分析

3.1 多遇地震作用下反应谱分析

表2 为弹性反应谱分析结构主要计算指标，两个软件的计算结果相近，均满足规范［1］要求。

表2 结构主要计算指标

3.2 弹性时程分析

选取2 组实际地震记录(L0061、L0586)和1 组人工模拟的加速度时程曲线(L7404)，采用SATWE 程序进行多遇地震作用下的弹性时称分析，时程分析与反应谱分析的基底剪力见表3，满足规范［1］要求。

表3 时程分析与反应谱分析基底剪力(x103kN)

3.3 动力弹塑性分析

对结构进行三组地震记录三向输入，并轮换输入主方向，共计6 个工况进行大震动力弹塑性分析［2］，分析结果表明:X、Y 两个主方向结构最大层间位移角分别为1/145 及1/198，满足规范［1］不大于1/100的要求。结构两端筒体墙肢、底部、结构楼层刚度及剪力墙厚度发生突变楼层的剪力墙损伤相对显著，设计中增大上述位置剪力墙的配筋，尤其是增大抗剪有利的分布钢筋。转换桁架及钢管混凝土斜柱抗震性能良好，构件未出现塑性，处于弹性工作状态。连梁基本全部破坏，形成了铰机制，结构屈服机制合理。

4 关键构件及连接设计

4.1 转换桁架

图3 为转换桁架结构布置简图，斜柱根部两侧跨度50m，宽度20m，采用二次钢桁架转换方案，上部楼层中柱的竖向荷载在设备层通过2.15m 高次桁架转换到位于二侧的7.70m 高的主桁架上，为增加转换桁架的空间刚度和结构的冗余度，次桁架双向正交布置。二侧斜柱采用矩形钢管混凝土，截面1400x800x80(Q390GJ)，内灌C60 混凝土;主桁架均采用箱形截面，弦杆截面1100x600x60(Q390GJ)，斜柱延伸至上弦兼作桁架斜腹杆，其余腹杆主要截面为800x600x35(Q390GJ);次桁架采用焊接H 型钢，材质Q345GJ，弦杆600x600x25x40，腹杆主要截面为500x500x25x40。

图3 转换桁架结构布置简图

斜柱作为转换结构的关键构件，性能目标定位在大震下构件不屈服，不屈曲，并考虑竖向地震及偶然荷载作用的要求。采用SAP2000软件对转换结构进行线性屈曲分析，前三阶屈曲模态均为整体屈曲，屈曲荷载因子分别为8.95、13.08、13.12，具有较好的整体稳定性及安全储备。根据该项目超限高层抗震专项审查专家组意见，对钢管混凝土斜柱在地震荷载工况下是否参与传递水平力进行了分析，计算表明:小震下，所有斜柱X 向最大水平剪力为同层X 向水平剪力的8.5%，Y 向最大水平剪力为同层Y 向水平剪力的9.3%;说明结构水平地震力的传递途径主要是通过楼面的水平刚度传给了两侧的混凝土筒体。

为保证施工过程中结构的稳定和大震下楼板破坏后的整体刚度，在主桁架上下弦楼盖平面内布置水平钢支撑，钢支撑的设计按大震下楼板传递的水平剪力设计，截面为350x250x16(箱形)。上下弦楼盖及其相邻跨混凝土部分板厚均取180mm，根据有限元计算结果按板带配筋，沿弦杆方向板带钢筋伸入相邻跨混凝土部分楼板，转换结构部分楼盖待上部楼层施工完毕后浇筑。

4.2 连桥及其支座设计

架空连桥宽度5m～10m，外弧桁架跨度31.8m，内弧桁架跨度44.5m，桁架高度10.9m～5.4m;一端与裙房框架柱刚性连接，另一端采用铅芯橡胶支座支撑于转换桁架下弦杆并与其弱连接。连桥坡道斜板及上弦屋面板按壳单元，考虑面内及面外刚度与裙房整体计算分析，并考虑舒适度要求及竖向地震作用，内弧桁架结构立面见图4。

图4 连桥内弧桁架展开立面图

为确定连桥滑动端支座承载力及罕遇地震下水平位移，采用ETABS 软件建立酒店塔楼及裙房整体空间模型(图1)，铅芯橡胶支座采用连接单元Isolator1［3］模拟，X、Y 方向考虑其非线性属性赋予铅芯屈服前弹性刚度、铅芯屈服力及屈服后刚度对弹性刚度的比值，Z 方向不考虑非线性属性赋予有效刚度极大值。输入三组时程曲线(每组各两条水平方向及一条竖向)，分别按多遇地震及罕遇地震加速度时程最大值，对各时程工况、恒载、活载以及风载进行荷载效应组合。多遇地震下，连接单元最大水平剪力820kN;罕遇地震下，连接单元最大轴向压力14812kN，未出现轴向拉力，连接单元两端最大相对水平位移176mm。考虑到大震下铅芯屈服，且主体结构构件进入弹塑性状态后对位移的影响，最终取隔震支座参数为:水平屈服力850kN，竖向抗压承载力15000kN，滑移量±250mm，外轮廓尺寸≤1250X1250，高度≤500。

连桥滑动端节点连接做法见图5，支座限位钢板承载力及位置按大震下连接单元水平剪力及两端相对位移确定。采用SAP2000 软件建立有限元模型，板件按面对象，具有截面属性的壳单元模拟，单元最大划分尺寸为100mm，应力云图见图6，最大应力为239N/mm2，位于连桥内弧桁架支座的外挑箱梁上翼缘与转换桁架下弦杆腹板交接面，设计中适当加大该处板件厚度并合理的布置内加劲板。