重庆解放碑威斯汀酒店伸臂桁架对比分析

舒云峰

（重庆市设计院，重庆400015）

重庆解放碑威斯汀酒店伸臂桁架对比分析

舒云峰

（重庆市设计院，重庆400015）

重庆解放碑威斯汀酒店采用外框架（钢框架梁+型钢混凝土柱）+钢筋混凝土核心筒+伸臂桁架体系，在33层和49层的避难层设置了伸臂桁架，伸臂桁架的设置可以使外框架柱有效发挥作用，以增强整个结构的抗侧力刚度。结构整体分析表明，设置两道加强层，可有效地提高整个结构的抗侧力刚度，减小结构的水平位移，使其满足规范要求；同时，加强层的刚度不宜太大，太大了将造成严重的刚度突变；所以应对加强层的设置方式和层数进行对比分析，减少结构刚度突变。分析表明，在对加强层及相邻楼层采取专门措施后，整个结构在地震下仍可保持延性屈服机制。

框架-核心筒；伸臂桁架；抗震设计；加强层；有限刚度

1 工程概况

重庆解放碑威斯汀酒店项目位于重庆市渝中区的解放碑金融商务街，拟建为五星级酒店，甲级写字楼，以及配套的娱乐、餐饮、会议等功能为一体的大型综合建筑群，总建筑面积18.8万㎡，由酒店塔楼、大跨度宴会厅、写字间塔楼三个单元组成。酒店塔楼建筑高度239.400 m（结构主屋顶计算高度231.800 m），包括地上54层和地下6层。结构采用外框架（钢框架梁+型钢混凝土柱）+钢筋混凝土核心筒+伸臂桁架体系[1]。在33层和49层的设备（避难）层，设置了伸臂桁架，伸臂桁架的设置可以使外框架柱有效发挥作用，以增强整个结构的抗侧刚度。加强层及伸臂桁架设置如图1、图2所示。

图1 33层伸臂桁架示意图

图2 伸臂桁架立面示意图

2 加强层水平伸臂桁架

高层框架-核心筒结构，当抗侧力刚度不能满足设计要求时，可考虑利用建筑设备层或避难层的空间，布置结构加强层[2]。加强层一般有两种结构形式，一种为在核心筒与外围框架之间设置的刚度较大的水平伸臂构件，另一种为在外围框架设置的刚度较大的周边环带。加强层的设置相当于给整个结构增加了“整体转动嵌固约束”，其整体转动基本上由外围框架柱的轴向变形控制，结构整体转动减少，从而提高结构刚度。水平伸臂构件和周边环带构件均可以有效提高结构刚度，但两者的又有所区别，水平伸臂构件将核心筒与外围框架联系成一体，作用更为明显，而周边环带构件在提高结构抗侧刚度的同时一般也可以提高结构的抗扭刚度。水平伸臂构件和周边环带构件，可以单独设置，也可以同时设置。

加强层的设置，主要是满足结构刚重比和层间位移的要求，但同时应注意加强层的设置引起结构刚度和承载力比的突变形成潜在的薄弱层在罕遇地震作用下突现新的破坏机理。

3 伸臂桁架敏感性分析

对该工程，酒店塔楼的主要抗侧力体系包括核心筒和型钢混凝土框架，由于建筑平面功能布置的限制，Y向抗侧力构件布置困难，刚度较小。未设置加强层时，结构整体位移较大，无法满足规范对层间位移角的限值要求，为提高结构Y方向刚度，需设置结构加强层。

在初步设计阶段对伸臂桁架作敏感性分析，对比了结构无伸臂桁架、在33层设一层伸臂桁架、在33层和49层设两层伸臂桁架三种方案。验算结果如表1所示。

表1 伸臂桁架验算结果列表

从表1及图3可以看出，无伸臂桁架和设置一层伸臂桁架时，结构层间位移角不满足规范要求[3]；设置了两层伸臂桁架后，可以满足层间位移角要求。由于设置了伸臂桁架，提高了结构Y方向的整体刚度，这从结构Y方向的层间位移角及刚重比的变化得到了应证。

根据上述分析结果，该工程采用“有限刚度”加强层的设置方式。在设备/避难层（33层、49层）设置水平伸臂桁架，其中33层设置3道水平伸臂桁架，49层设置2道水平伸臂桁架，加强外框柱和钢筋混凝土内筒的联系，使外框柱和核心筒共同参与整体抗弯，共同承担水平荷载引起的倾覆力矩，减小结构侧移，实现多重抗侧力体系。

结构整体分析表明，设置两道加强层，可有效的提高整个结构的抗侧力刚度，减小结构的水平位移，使其满足规范要求。同时，设置两道加强层，可以减少对一道加强层的依赖，控制水平伸臂构件的刚度，使得设置加强层引起的刚度和内力突变不至过大，在对加强层及相邻楼层采取专门措施后，整个结构在大震下仍可保持延性屈服机制。

图3 伸臂桁架敏感性分析-层间位移角图

4 伸臂桁架验算

设置伸臂桁架是为了有限提供结构侧向刚度，加强层的刚度不宜太刚，但是如果构件截面太小，钢构件截面承载力设计无法满足要求。由于钢结构构件为受压稳定应力控制，所以，工程中伸臂桁架的截面采用了受压稳定性能相对较好的箱型截面，以达到既满足截面承载力计算要求又能效提供有限刚度。

伸臂桁架验算的验算依据及相关参数取值如下：按弹性楼板，上下弦杆按压弯构件计算杆件承载力，腹杆按轴心受力构件验算承载力。轴力验算按《钢结构设计规范》（以下简称钢结构规范）GB50017-2003[4]第5.1.1条、第5.1.2条规定计算。拉弯和压弯验算按钢结构规范第5.2.1条、第5.2.2条规定计算。抗剪强度按钢结构规范第4.1.2条规定计算。有地震组合时，按建筑《抗震设计规范》第8.2.6条验算地震组合下腹杆的受压承载力。根据钢结构规范第4.2.1条规定，上下弦杆整浇钢筋混凝土楼板，并与其牢固相连，能阻止杆件受压翼缘的侧向位移，故上下弦可不进行整体稳定验算。

现选取酒店塔楼33层8轴处伸臂桁架在各不利工况下承载力验算结果如表2。

表2 伸臂桁架杆件不同工况应力比

从表2及图4可以看出，风荷载组合工况下的杆件应力大于小震、中震组合工况，风荷载组合工况是控制工况。

5 结语

图4 伸臂桁架应力比图（Q345B钢材）

结构的主要构件满足正常使用极限状态及承载能力极限状态要求。在线弹性计算阶段，风力作用是主要构件的控制性荷载。从验算结果来看，大部分结构构件处于合适的应力水平，在弹性阶段具有足够的安全储备。

设置伸臂桁架加强层是为了提供结构刚度，使结构满足正常使用极限状态的结构位移，但加强层的刚度不宜太大，太大了将造成严重的刚度突变；所以应对加强层的设置方式和层数进行对比分析。减少结构刚度突变。

[1]苏卫东，杜静，舒云峰，等.重庆解放碑威斯汀酒店超高层结构设计[A].Cuc金土木结构软件全国用户大会[C]，2010.

[2]徐培福，傅学怡，王翠坤，等.复杂高层建筑结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社，2005.

[3]住建部.JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社，2010.

[4]建设部，国家质量监督检验检疫总局.GB50017-2003钢结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社，2003.

责任编辑：孙苏，李红

Analysis on Cantilever Truss of Westin Hotels in Chongqing Liberation Square

The Westin Hotels in Chongqing Liberation Square adopts exteriorframe(steelframe beam+steelreinforced concrete columns)+reinforced concrete core tube+outriggersystem,which is setin the 33 refuge story and 49 refuge story,and the cantilevertruss can make the frame column work effectively and enhance the anti-lateral force of the whole structure stiffness.The whole structure analysis shows thatthe arrangement of two strengthened stories can effectively improve the lateralstiffness of the whole structure and reduce the horizontaldisplacement of the structure to meetthe specification requirements;meanwhile,the stiffness of the strengthened story should notbe too big,or itwill cause serious stiffness mutation;so the setting methods and floors of the strengthened story should be analyzed and compared to reduce the structuralstiffness mutation.The analysis shows thatthe whole structure can stillkeep the ductile yield mechanism underan earthquake afterthe specialmeasures are taken to strengthened story and the adjacentstory.

frame-corewall;cantilevertruss;seismic design;strengthened story;limited rigidity

TU247

A

1671-9107（2017）02-0049-03

10.3969/j.issn.1671-9107.2017.02.049

2016-11-27

舒云峰（1981-），男，浙江衢州人，研究生，高级工程师，主要从事高层建筑设计工作。