泸州希尔顿酒店项目超限高层结构设计

张延赫

(北京市建筑设计研究院有限公司，北京 100045)

1 概述

泸州希尔顿酒店项目位于泸州市江阳区，为泸州佳乐世纪城欢乐汇二期工程的子项。佳乐世纪城欢乐汇二期建筑由两栋塔楼及裙房构成，西塔为办公楼，东塔为希尔顿酒店楼，本工程为东塔希尔顿酒店楼。酒店楼地上36层，地下4层，建筑地上面积54 338 m2，结构高度155.30 m，为B级高度超限高层建筑，结构形式为钢筋混凝土框架-核心筒结构体系。建筑效果图如图1所示。

本工程设计基准期为50 a，建筑结构设计使用年限为50 a，安全等级为二级，结构重要性系数为1.0。抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，建筑抗震设防类别为丙类，设计地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅲ类，特征周期为0.45 s，结构阻尼比为5%。

酒店楼基础形式采用机械成孔灌注桩+平板式筏板，桩以中风化砂质泥岩和中风化砂岩作为持力层，不考虑桩土共同工作，并考虑新近填土负摩阻的影响，场地勘察揭露深度范围内地下水贫乏，无桩基抗拔问题。

2 结构设计难点及解决措施

2.1 结构高度和规则性超限

本工程地下3层与一期连为一体，地下1层与一期工程及二期裙房设缝分开，由于侧限条件不足，故将地下2层顶板作为嵌固部位，但地下1层顶板仍按照规范对于嵌固部位的要求进行构造加强。

酒店楼高度为155.30 m，为B级高度的超限高层结构；1层～4层有效楼板宽度小于该层相应位置楼板典型宽度的50%，4层游泳池降板形成局部错层，结构存在局部楼层的楼板不连续、跃层柱等不规则情况。

针对本项目高度超限以及楼板不连续、跃层柱等不规则情况，提出了抗震性能目标和结构的加强措施。通过结构中震、大震的补充计算以及补充弹性时程分析、动力弹塑性时程分析，找到结构在地震作用下的薄弱部位，结合概念设计，对结构的薄弱部位和重点部位予以加强。

2.2 屋顶装饰架体地震响应

屋顶装饰架体为建筑外观造型，结构类型为钢结构，架体高度为12 m，顶部平面尺寸为36.6 m×30.6 m，结构平面向下逐步缩进至核心筒墙体位置。

当建筑达到一定高度，高阶振型较多，且顶端有刚度突变的附属部分，在此情况下，顶端的附属部分将会在地震当中受到较大的地震作用[1]。本工程主体结构高度超限，自振周期长，受高阶振型地震作用影响大，屋顶装饰架体质量轻、刚度小，结构在地震作用下“鞭梢效应”显著。

针对结构“鞭梢效应”问题，本工程在采用振型分解反应谱法分析的基础上，对屋顶装饰架体补充弹性时程分析，并根据计算结果调整放大架体地震作用，同时加强柱脚及下部剪力墙，从而保证屋顶装饰架体及下部相连的结构在地震作用下的可靠性。

3 结构计算分析

希尔顿酒店楼结构类型为混凝土框架-核心筒结构，结构高度155.30 m，地上35层，地下4层，塔楼平面尺寸长度×宽度为44 m×31.6 m，高宽比为4.9，核心筒高宽比为11.1。核心筒外墙厚度从下往上依次为500 mm～350 mm，框架柱截面尺寸为1 400 mm×1 600 mm(钢骨柱)～1 200 mm×1 200 mm，外框架梁截面为400 mm×1 000 mm，内框架梁为400 mm×900 mm，标准层楼楼板厚度为120 mm。框架柱及剪力墙混凝土强度等级为C60～C40，地上梁板混凝土强度等级为C30。酒店楼标准层结构平面图及结构布置剖面图见图2,图3。

综合考虑结构的重要性和经济性，酒店楼采用性能目标D，结构抗震性能目标如表1所示。

表1 结构设计性能目标

就上述抗震性能目标，相应采取的对策措施有如下两个方面：

在计算分析上：1)采用SATWE，MIDAS，PACO三种软件分别计算整体结构，对比结构主要整体指标，验证计算模型可靠性；2)通过结构小震、中震、大震的计算，保证各类结构构件抗弯、抗剪承载力、轴压比、剪压比等指标达到性能目标要求；3)通过补充小震弹性时程分析，小震作用下提高相应楼层剪力，以增强结构整体抗震能力；4)通过中震、大震下剪力墙拉应力复核，保证剪力墙构件的抗震性能；5)对楼板(特别是楼板不连续的首层～四层)进行大震下损伤分析，保证楼板在大震下的安全性；6)对大堂形成的穿层柱进行承载力复核，保证其二道防线的抗震能力；7)通过大震下的动力弹塑性分析，验算结构层间位移，满足规范“大震不倒”的要求；8)针对竖向构件损伤情况，提高竖向构件的抗震措施，增强整体结构的抗震性能。

在设计构造上：1)在小震作用下，底部加强区关键构件按抗震设防烈度提高1度设计；2)通过增设型钢、提高框架柱的体积配箍率、角柱全高加密等构造措施提高，增强第二道防线的抗剪能力，提高框架柱的延性；3)在底部加强区适当增大核心筒外墙配筋率，配筋率0.4%,提高底部加强区的抗震构造措施；4)在底部加强区上两层设置过渡层；5)对1层～4层楼板不连续采取双层双向配筋等措施，加强其整体性；6)对游泳池形成的局部错层，通过加强错层处竖向构件抗剪、抗弯配筋，保证大震下的性能要求。

3.1 弹性反应谱分析

分别采用SATWE，MIDAS，PACO对酒店楼进行了弹性反应谱分析，主要结果见表2。由表2可知，三种程序计算结果比较吻合，保证了力学模型的可靠性，周期、位移、剪重比等各项指标均满足规范的要求。

表2 弹性反应谱计算结果

根据抗震性能化目标，通过SATWE软件对酒店楼进行了中震不屈、中震弹性和大震不屈的计算分析，根据计算结果，各类构件均能满足性能目标要求。

3.2 弹性时程分析

根据GB 50011—2010建筑抗震设计规范[2](以下简称“抗规”)规定，本工程选取了2条天然波TH005TG045，TH121TG045，1条人工波RH2TG045进行弹性时程分析。在结构第一周期附近，3条地震波时程反应谱与规范谱所用的地震影响系数变化在20%之内，符合“在统计意义上相符”的原则，地震波时程反应谱与规范谱对比见图4。

通过对计算结果的比较，所选地震波双方向最小的底部剪力均大于振型分解反应谱法的65%，平均值大于振型分解反应谱法的80%，所选地震波与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符，对于本工程结构单元是合理的。设计时，楼层剪力取时程分析法的包络值与振型分解反应谱法的较大值，并确保结构任一楼层的水平地震剪力满足地震剪力最小值(即剪重比)的要求。酒店楼计算分析结果表明，X向各楼层时程分析剪力包络值均大于规范反应谱法结果，在29层至出屋面层Y向时程分析剪力包络值均大于规范反应谱法结果，故根据计算结果调整放大相应楼层规范反应谱法的地震作用，使其楼层剪力不小于时程法的计算结果，从而确保结构安全可靠[3]。楼层剪力对比如图5所示。

3.3 动力弹塑性时程分析

酒店楼结构高度155.3 m，T1=4.53 s，JGJ 3—2010高层建筑混凝土结构技术规程[4](以下简称“高规”)要求对于高度在150 m～200 m的基本自振周期大于4 s的结构，应补充动力弹塑性时程分析。

本工程罕遇地震特征周期为0.50 s，地面加速度峰值取125gal，采用SAUSAGE软件进行了动力弹塑性分析，选取了1条人工波和2条天然波，弹塑性计算时主次双方向地震波峰比值为1∶0.85。结构位移响应见表3，满足“大震不倒”要求，满足最大弹塑性层间位移角小于1/100的要求，有较好的刚度储备。大震作用下结构弹塑性层间位移角见图6。

表3 大震弹塑性动力时程分析位移

大震作用下框架和剪力墙的损伤程度如图7所示。结构损伤程度以受压损伤因子Dc判定，在三组罕遇地震作用下，部分框架梁出现塑性铰，梁端部受压损伤因子最大值为0.28，损伤平均值在0.15左右，满足强柱弱梁的抗震设防目标；框架柱未出铰，型钢柱内构造钢骨均处于弹性状态，说明框架柱满足二道防线的要求。F4层以上核心筒大部分连梁的混凝土受压损伤因子超过0.5，形成了塑性铰机制，很好的发挥了屈服耗能作用；剪力墙墙肢完好，基本处于弹性阶段。

大震作用下楼板损伤情况见图8。计算结果表明，大部分楼板未见明显损伤，全楼楼板损伤因子基本在0.1范围之内，损伤较轻，楼板整体处于弹性状态，1层～4层开洞处楼板相对未开洞处损伤较大，如图9所示，对该部分楼板配筋加强，双层双向配筋。

3.4 屋顶装饰架体地震响应分析

屋顶装饰质量轻、刚度小，结构在地震作用下“鞭梢效应”显著。关于结构“鞭梢效应”的分析方法，《抗规》5.2.4条规定采用底部剪力法时，需要人为放大地震力，采用振型分解法时，突出屋面部分可以作为一个质点，《高规》3.5.9条建议，顶部楼层侧向刚度和承载力与下部结构相差较多时，是不利于抗震的结构，宜采用弹性或弹塑性时程分析方法进行补充计算。本工程在采用振型分解反应谱法分析的基础上，对屋顶装饰架体补充弹性时程分析。计算分析结果对比见表4。

表4 计算分析结果对比

通过模型指标对比发现，在弹性时程计算下屋顶装饰架底部剪力、位移角有较为明显增幅。故对屋顶装饰架部分进行设计时，采用反应谱分析和弹性时程分析进行包络设计，根据计算结果调整放大架体地震作用。装饰架与钢筋混凝土核心筒的连接节点为重点部位，对此连接节点按大震弹性设计，同时增加核心筒剪力墙的配筋。

4 结语

针对泸州佳乐世纪城酒店楼超高和规则性超限的特点，提出了抗震性能目标和加强措施，采用不同软件对抗震计算结果进行对比分析，验证模型计算的可靠性。通过结构中震、大震的补充计算以及补充弹性时程分析、动力弹塑性时程分析，对结构采取了有效的加强措施，确保结构达到抗震性能目标的要求，提高结构抗震承载力。

对于屋顶装饰架体在地震作用下的“鞭梢效应”问题，本项目针对采用反应谱分析和弹性时程分析进行包络设计，根据计算结果调整放大架体地震剪力，并采用构造加强措施，保证屋顶装饰架体及下部相连的结构在地震作用下的可靠性。