三亚海棠湾洲际?度假酒店超限高层结构设计

王岩　杨体斌　王雄清　先雯

摘 要：本文结合三亚海棠湾洲际度假酒店的结构设计，简要介绍了超限结构设计的过程，并就结构抗震性能化设计的相关问题进行了探讨，可供结构工程师参考。

关键词：超长结构； 转换层；型钢混凝土桁架； 结构超限；性能化设计

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.工程概况

三亚海棠湾洲际度假酒店位于海南省三亚市海棠湾，建筑主要功能为超五星级酒店。工程总建筑面积70886㎡，其中地上建筑面积44689㎡，地下建筑面积26196㎡。建筑总高度为48m；地下2层，地上13层（结构为地下1层，地上14层）；层高：-2层4.8m，-1层5.4m，1层5.5m，2～顶层3.5m。建筑平面呈倒“S”形，长度约290m，宽约10.20m。建筑在轴2-7～轴2-12之间1至5层开一大洞，洞口宽度约52米，高度为19.5m。

2.结构设计总则

该工程建筑结构设计使用年限为50年，安全等级为二级；地基基础设计等级为乙级。地震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类，设计特征周期为0.35秒，工程建筑抗震设防类别为丙类。基本风压为0.85kN/m2，地面粗糙类别为A类。主体结构的抗震等级为三级，转换构件及与开洞部分相邻的结构构件的抗震等级为二级。

3.地基基础设计

根据场地岩土工程条件，结合本建筑物结构布置及荷载特点，以及不同类型桩的施工可能性，经综合比较最后采用钻孔灌注桩基础，并以第⑩层中风化花岗岩作为桩端持力层。

4.结构布置

根据建筑平面布置、使用功能要求、本地区的抗震设防烈度、基本风压及业主的要求，主体结构采用现浇钢筋混凝土框架—剪力墙结构，中间不设置伸缩缝。结构高宽比为4.7，长宽比为28.4。

建筑开洞部位第六层设为转换层，转换层采用型钢混凝土桁架进行转换。主桁架为弧形，外弧31.2米，半径为86.6米，内弧长为27.7米，半径77.0米，桁架高度为4.3米。桁架与两侧结构采用刚性连接，为了加强桁架与两侧结构连接处的可靠性，采取以下结构措施：在洞口两端轴2-7和轴2-12处布置1000mm厚的剪力墙和4根1500×1500型钢混凝土柱、将纵向主桁架伸进两侧结构一跨。为了使转换桁架受力和变形更合理，在轴2-8和轴2-11处增加4根2000x2000的支撑型钢混凝土柱，并延伸至转换桁架上2层。转换桁架上部4根框架柱采用型钢混凝土柱，与桁架弦杆型钢连接并向上延伸2层，以保证构造连接的过渡。

5.结构整体分析及主要结果

结构整体计算采用中国建筑科学研究院PKPM CAD工程部编制的SATWE和PMSAP程序进行结构的整体计算分析，在结构计算中选用合理的计算简图和计算参数。两种计算程序分析的主要结果见表一。

利用SATWE程序对整体结构进行弹性动力时程分析补充计算，弹性动力时程分析中地震波采用TH3TG035、TH4TG035两条实际地震波和RH3TG035一条人工波，三条地震波的地震加速度时程曲线的最大值18cm/s2，三向地震波的加速度最大值按1：0.85：0.65的比例调整。弹性动力时程分析结果见表二。

计算结果的分析：

① SATWE及PMSAP两个软件的计算结果基本接近。 第一扭转周期与第一平动周期之比：SATWE为0.855，PMSAP为0.849与规范要求的0.85接近，结构在考虑偶然偏心地震力作用下的楼层最大位移与平均位移比局部超过1.2，最大1.33，小于1.4；同时结构的位移值尚小于规范值1/800的50%。 SATWE及PMSAP其它计算结果（层间位移角、楼层最小剪力系数、等）均满足规范要求。

② 弹性动力时程分析法结果表明，3条时程曲线计算所得的结构底部剪力的平均值不小于振型分解反应谱计算结果的80%，每条时程曲线计算所得的结构底部剪力均不小于振型分解反应谱计算结果的65%，满足规范要求。三条地震波的平均位移曲线和剪力曲线均包络在CQC曲线内。位移曲线表明结构的侧向刚度沿竖向分布没有明显太大的突变，基本平缓。

6.超限设计的分析计算及采取的措施

6.1 结构超限的情况：

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002、《建筑抗震设计规范》GB50111-2001及2010年版《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》超限认定如下：

1）平面复杂，2个半圆反接而成为1个倒“S”形，长度约290米。

2）扭转不规则：考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2，最大达到 1.33。

3）竖向构件间断：在轴2-7～轴2-12之间1至5层开一大洞，造成了竖向构件间断。

4）最大周期比为0.855，接近0.85 。

6.2 结构超限及复杂部位处理措施：

1）计算分析采用了多个不同力学模型的分析软件进行计算。

2）结构的布置尽量规整，均匀，并尽可能使结构的刚度中心和质量中心重合，以减小扭转。

3）建筑开洞部位采用型钢混凝土桁架进行转换。为了保证桁架的整体空间性和加强桁架水平向刚度，抵抗竖向轴力产生的平面外弯矩，在桁架横向增设四榀横向次桁架，并在上下弦水平方向加设交叉水平撑杆。桁架上下层楼面板厚设为180mm，配筋为双层双向Φ12@150，并加强开洞两侧楼板的配筋。

4）采用北京迈达斯技术有限公司开发的MIDAS/Gen软件，对转换桁架进行进行补充计算分析。根据MIDAS的结果显示，桁架各构件的受力情况与SATWE和PMSAP的整体计算结果基本一致。桁架杆件的截面和配筋，综合了MIDAS、SATWE和PMSAP三种软件的计算结果进行设计。

5）补充计算多遇地震下桁架的竖向地震作用，结果均满足规范要求。

6）由于整个建筑长度较长且中间不设置伸缩缝，总长约290米，属超长建筑。三亚地区建筑物本身在正常使用年限内温差不大，温度应力主要产生在施工阶段。主要措施采取后浇带+膨胀带方式和楼板内掺砼膨胀剂UEA以改善砼收缩性能，并在砼内掺加聚丙烯抗裂纤维。同时对端部温度应力较大部分采取双层双向钢筋网，配筋率不小于0.25%。

7.性能化设计目标

本项目经过计算分析，在初步设计阶段，将部分竖向支撑构件及转换层进行性能化目标设计，即：

7.1 型钢砼转换桁架与4根支撑型钢混凝土柱按中震弹性和大震不屈服设计。

7.2 单榀框架的框架柱按中震弹性设计。

7.3 利用SATWE对整体结构在的计算，最大地震影响系数取0.12，考虑10年基本风压W0=0.50KN/M2。中震作用下结构的X向位移角1/1255，Y向位移角1/672。经复核，型钢砼转换桁架与4根支撑型钢混凝土柱和单榀框架的框架柱，在多遇地震作用下的截面和配筋均能够满足中震要求。

7.4 利用SATWE近似计算（不考虑构件刚度的退化）大震不屈服，不考虑风荷载，最大地震影响系数取0.28。大震作用下结构的X向位移角1/559，Y向位移角1/518。根据计算结果，型钢砼转换桁架与4根支撑型钢混凝土柱在多遇地震作用下的截面和配筋能满足大震不屈服，达到大震不倒的设防目标。

8.结论：

8.1 结构多遇地震常规抗震设计、中震弹性设计和大震不屈服分析的结果均能够满足现行国家规范、规程和标准的要求。

8.2 对结构采取相应的抗震措施后，经计算分析，本建筑的抗震设计能够达到预定的性能化目标，结构具有较强的抗震能力。

8.3 通过上述分析计算可知，结构性能可较好的满足结构正常使用、规范要求及本工程设定的性能目标要求。

参考文献

[1] 建筑抗震设计规范 GB50011-2010.中国建筑工业出版社，2010

[2] 高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3-2002 中国建筑工业出版社，2002

[3] 李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例.中国建筑工业出版社，2004