酒店筒中筒超限高层结构设计【博鱼手机版APP】

本文摘要：1、工程概况兰州国芳大酒店坐落于兰州市东方红广场，是兰州国际博览中心二期工程，为一五星级酒店兼任商务写字楼及商场的大型超高层公共建筑。

1、工程概况兰州国芳大酒店坐落于兰州市东方红广场，是兰州国际博览中心二期工程，为一五星级酒店兼任商务写字楼及商场的大型超高层公共建筑。总建筑面积大约9万m2，分主楼和裙楼两部分。其中裙楼为酒店附属用房，地下两层，地面以上九层，总高43.4米。主楼地下三层，为车库和六级人防兼任设备用房，地面以上39层，由办公、客房及公共用房构成，1-9层层低为4.8米，标准层层低为3.1米和3.15米，39层为带上夹层的转动餐厅，层高10米，建筑主体低144米。

另出有屋面另设三层塔楼，建筑总高为161.9米，是兰州市中心繁盛区内最低的一座建筑（闻图1）。该工程抗震设防烈度为8度，科高度远超过现行规范规定较多的若然高层建筑。

按建设部59号令的拒绝，先后通过了全国和省若然高层建筑抗震设防审查委员会对初设和施工图的抗震设防专项审查。该工程主楼和裙楼间使用了抗震针，仅限于篇幅，本文仅有讲解主楼部份的结构设计。2、地基与基础2.1基础所持力层的自由选择本场地地层结构非常简单、平稳，建筑场地类别为Ⅱ类。

各地层产于自上而下依序为:1、杂填土：厚度0.9~2.5m，以粉土居多。2、卵石层：顶面挖出深约0.9~2.5m，厚度4.7~9.7m。3、砂岩层：顶面挖出浅7.1~12.5m，并未击穿，表层9m左右强风化，地基承载力标准值fk=500kPa，E0=45MPa，层面由西向东有一定坡度，下部为微风化，E0=85Mpa。

主楼地下三层，强劲分化砂岩层将沦为基础持力层。这类砂岩有一个相当大的特点就是在受扰动的情况下有很高的承载力和变形模量，而在空气中曝露遇水后承载力和变形模量有相当大减少。

兰州地区高度在100m之内的建筑以该类强劲分化砂岩层为持力层已成很广泛和顺利的作法，但是作为高度144m、基底压力设计值达800kPa的建筑物持力在天然地基上否不切实际，沦为地基自由选择中最关心的一个问题。通过以下的一些措施和分析计算出来，并经多次专家论证后，指出使用天然地基方案是不切实际的。1、增大基础挖出浅，将基底标高置放-15m左右，一方面可提升上部超高结构的抗翻覆能力，另一方面可将强劲分化砂岩层表面2~3m性能最很差的风化层去除，且防止由于强劲分化砂岩层顶面有坡度而使主楼基底一半置放砂岩层表面，而另一半已正处于砂岩层下一定深度。

尽可能使基础坐落于在均匀分布、性能较好的强劲分化砂岩上。2、由于基础有较小挖出浅，经过浅长修正后的地基承载力设计值需要符合基底压力的拒绝。而对地基变形验算也指出，最后下陷量较小，大约55mm。

另由于基底下2m范围内因砂岩风化程度有所不同所引发的差异下陷更加小，不不存在整体弯曲问题，故地基承载力及变形皆能满足要求。3、基坑开凿后展开的原位载荷试验证明设计所用地基承载力标准值是可信的。在5个试验点的数据中除2个点位由于试验条件很差，载荷板下砂岩排水软化造成承载力极低外，其余3个点位承载力很高，读取到1900kPa时尚可之后读取，p~s曲线上并未经常出现比例界限。2.2基础选型根据上部荷载和地下用于功能，搭配刚性较小的箱形基础（地下第三层）。

内外筒间在柱网方位处设置800mm薄墙体，基础底板薄1200mm。为减小基础底面积，增大基底压力，使外筒柱轴力在基底蔓延更为均匀分布，箱基底板和墙体独自筒柱方位向外挑3米。

基础内力分析受到地基模型、基础模型、上部结构刚性以及各种参数条件的影响，常常使有所不同计算方法的结果之间有某种程度的差异。本工程通过修改手算和专业软件BOX的弹性地基梁方法相互配合展开多种模型下的基础内力计算出来，综合分析后确认设计内力。

　　主楼和裙房间在地上部分另设抗震针分隔，地下连为整体，并另设后倒入带上解决问题二者不均匀分布下陷问题。3、上部结构3.1结构选型及布置3.1.1结构选型本工程主体低144米，平面布置规则，相似正方形，经技术经济分析使用现浇钢筋混凝土筒中筒结构。

内筒为剪力墙（平面长方形分别为21m和12.6m），外筒由密柱低裙梁构成（平面长方形分别为45m和36.6m）。另融合建筑功能独自筒体四角处布置部分剪力墙，以强化结构外用叉刚性和外筒的整体抗弯能力。标准层结构平面布置闻图2。

3.1.2体型参数为确保本工程筒中筒结构的空间受力性能和承载力，设计中对各项参数在符合建筑功能的前提下，尽可能掌控在合理范围内。其中：结构平面长方形比1.23，结构高宽比短向为3.9、长向为3.2，内筒高宽比长向为12.5、短向为7.5，内筒面积占到楼层面积的16%。外筒柱距4.2m，外筒标准层正立开洞率为39%，洞口高宽比0.64和层高与柱距之比0.74基本相似。3.1.3主要结构构件外筒柱在底层为适应环境建筑入口的拒绝使用1100x1100mm方柱，二层至顶层则由1400x800mm变至1400x600扁柱。

内筒外墙在底部500mm薄，顶部变成400mm。内隔墙上下皆300mm。

为提升墙体的无限大承载力和延性，对不大于400mm薄的剪力墙在每层楼面处皆设置低为700mm暗梁。外框筒梁在底部层高4.8m楼层横截面大多为500x1600mm,层高3.1m标准层横截面大多为500x1300mm。内筒连梁在底部横截面大多为墙薄x1600mm,标准层横截面大多为墙薄x1000mm。

在南侧底层入口及地下车库入口处都必须构成大柱距空间，因此在该部位底层放去一根柱，在二层设置高度为一层的切换梁。在出有屋面塔楼和中部层高较小的设备层调整梁高度，以增大层刚性的变异。混凝土强度等级从底部的C60渐渐过度到38层的C35，转动餐厅以上为C40。3.2楼盖选型该工程内外筒轴线跨度12m，楼盖的选型对用于功能、结构合理性、经济性影响较小，为此做到了多种方案的较为：1、内外筒间加柱，增大楼盖跨度，使用普通钢筋混凝土梁板体系。

该方案工艺非常简单，可调重，经济指标好，设计、施工便利，但建筑用于功能较好，目前国内的筒中筒和框筒结构中较较少使用。2、内外筒间在柱轴线上使用间距4.2m的预应力梁，梁间楼板由于跨度小，能用普通钢筋混凝土板。

该方案楼盖可调重，经济指标较好，但梁高对楼层净空有影响，拒绝较小层高。3、内外筒间不另设梁，使用环形预应力混凝土平板。该方案结构高度大于，净空大，在建筑总高恒定的情况下，楼层数和建筑面积最多，板底平坦美观，有利于管道通行，模板体系也非常简单，但楼盖自根本性，内力简单，楼盖经济指标不理想。

由于业主拒绝在建筑总高限定版的情况下有尽量多的层数，经过多方案较为，在1层、10~39层办公和客房部分的楼盖使用预应力混凝土平板结构（上述第三种方案），板薄270mm；在2~9层公共用房部分因为要和一期工程相连，层高较小，使用预应力梁、普通钢筋混凝土板结构（上述第二种方案），梁横截面为400x650mm。3.3结构计算出来与分析3.3.1结构计算出来1、使用PKPM系列软件中的SATWE和TAT展开了对比分析计算出来，由于结构较规则，两者的总体计算结果相似。但SATWE和TAT的剪力墙计算出来模型有所不同，墙体的局部内力和配筋有些差异，施工图设计中，使用了更加符合实际情况的SATWE墙元模型的计算结果。

以下是考虑到平扭藕连起到的主要分析结果。1)空间振型的周期：T1=2.41(Y方向平动系数1.0)；T2=2.10（X向平动系数1.0）；T3=1.04（挽回系数1.0）。2)X方向地震起到时：仅次于层间偏移角1/2328；底层剪重比2.85%。3)Y方向地震起到时：仅次于层间偏移角1/1760；底层剪重比2.74%。

4)楼层仅次于层间偏移与楼层平均值层间偏移的比值皆在1.05之内。2、展开了多时逢地震起到下的弹性时程分析补足计算出来，搭配甘肃省地震局获取的二组测算波和一组场地仿真波，地震加速度时程曲线的最大值为70cm/s2。计算结果表明时程分析扣除的各项结果的平均值，皆大于考虑到耦连影响的CQC法的计算结果。

3.3.2计算结果分析1、由以上计算结果可显现出，结构的周期和偏移皆在合理范围内，但结构底层剪重较为小，这主要是结构本身的长周期动力特性和振型分解成反应谱法的特点所要求，对地震起到的估算有可能偏高。如果仍通过增大构件尺寸来减小刚性，提升地震起到，从经济性的角度来看是不过于合理的。

所以本工程对地震起到除以放大系数1.25，使结构底层剪重比不大于3.2%。敲大地震起到后的结构偏移等参数均能符合规范拒绝，并且缩放后的结构地震起到效应基本不大于弹性时程分析的结果，解释按振型分解成反应谱法的结果展开结构设计是可信的。2、第一挽回振型的周期大于第一、二平动振型周期的0.5倍，结构平扭耦连效应小。

另外楼层仅次于层间偏移与楼层平均值层间偏移的比值皆在1.05之内，这皆解释结构平面布置规则、平面、外用叉刚性大。3、设计中由于外筒有刚性较小的裙梁，角部另设部分剪力墙，使外筒整体抗弯能力大大强化，作为立体构件的工作特点显著，剪力迟缓较小。在水平力起到下，由外筒柱、墙轴力构成的整体弯矩分担了底部总翻覆力矩的65%左右，角部墙体形变和翼缘框架中柱形变的比值在2以内，内筒墙体和外筒角部墙体均匀分布分担了总剪力的90%左右，各构件基本无超筋若然的情况。4、在水平力起到下，线脚刚性均匀分布的筒中筒结构的楼层偏移曲线一般呈反S形，经常出现仅次于层间偏移角的反弯点一般在房屋高度的中上部。

本工程在转动餐厅以下合乎此规律，但在转动餐厅以上又经常出现了另一个具有较小层间偏移角的反弯点，解释外框筒在39层的中断对结构刚性巩固较小，构成一个脆弱部位。3.4主要抗震措施前已所述，本工程筒中筒高度144m，已多达规范规定的仅次于限于高度的20%，不存在高度超强规范较多的高度若然问题。另外由于建筑功能拒绝，线脚不存在有刚性变异而引发的脆弱层问题。对于这两个较引人注目问题，本工程设计中侧重结构概念设计，采行了一些综合性抗震强化措施，抗震计算结果分析也指出，这些措施的采行是适当的，也是有效地的。

1、符合建筑功能拒绝的前提下，将主楼与裙楼设缝分离。即防止了主裙楼连为一体而引发的结构线脚刚性的变异，也防止了超高主楼对九层裙楼产生的较小偏心和连为一体后结构受力的复杂性。从而使主楼筒中筒结构的平面布置和线脚布置可尽可能符合规则性的拒绝。

2、在房屋四角融合建筑布置，设置部分墙体，减小结构刚性，使其在水平力起到下分担适当比例的内力，减低内筒和外柱的仅次于内力。其效果已在本文3.3.2中不作了分析。3、自由选择可信的持力层，增大基础挖出浅，由此确保超高建筑的抗翻覆能力。4、展开专门的场地安全性评价，保证场地地震动参数的可靠性。

5、在弹性阶段的抗震验算中，使用两种有所不同的计算出来模型展开对比分析，同时搭配了两组测算波和一组场地人工波展开弹性动力时程分析的补足计算出来。6、减大地震起到下的底层剪重比，提升结构可靠度，使交错向剪重比皆不大于3.2%。7、使用比规范更加严苛的抗震措施展开设计，进一步提高结构的变形能力和耗电性能。

8、对主要的脆弱部位重点展开了强化：1)、底层局部抽柱构成大柱距空间后，采行了严格控制底层墙柱轴压比、提升墙柱配筋和配箍率以及外筒柱皆使用了芯柱的措施，同时对框支大梁这一最重要构件又按深梁模型补足展开了计算出来分析，并提升框支梁的配筋和配箍率，强化结构措施，保证其有充足的安全性度。2)、顶部转动餐厅脆弱层的强化措施，在本文4.2中有详尽讲解。

9、与兰州铁道学院合作，目前正在展开本工程弹塑性时程分析，以验算忽时逢地震下的偏移值，并更进一步确认脆弱部位，总结筒中筒结构在忽时逢地震起到下的受力特点。4、几个问题的辩论和处置4.1内外筒间楼盖对结构刚性的影响本工程为使楼盖的结构高度大于，内外筒间使用12m平板结构，未设梁，这样内外筒间设梁和不另设梁对结构刚性的影响之后沦为设计中关心的一个问题。为此在确认方案时展开了多次测算，结果显示在楼盖结构可调恒定的前提下，设梁和不另设梁对结构刚性的影响较小，大约2%~5%，这主要是因为在筒中筒结构中，内外筒是主要外用侧力构件，刚性较小，梁对内筒和外筒的约束起到比较就变得较小。

而对于框架-筒体结构，外围疏柱仅有能包含四片框架，刚性较小，此时相连内筒和外框架的梁对内筒和外框架的约束起到贞的比较要大，通过对几个典型平面框架-筒体的分析结果显示，设梁和不另设梁对结构侧移的影响能超过20~30%。4.2预应力楼盖的计算出来分析标准层楼板由于内外筒间无梁，构成一了个环形板，并非非常简单的单向板，内力分析较简单，本工程先后使用修改处置的单向杆（即等代框架）模型和平面有限元（板元）模型两种方法对楼盖展开对比分析。

其中等代框架可必要用于PREC专业预应力混凝土结构设计软件。为使内力计算出来不不受次要因素的阻碍，对设计过程有较明晰的掌控，在线脚荷载和预应力荷载起到下，使用分层法展开分析，在水平风荷载和地震起到下使用空间分析方法计算出来，然后展开人组。

预应力筋束形使用四段抛物线，角区横向布置，均衡荷载大约为恒载的80%。通过楼板有限元分析，对于不另设梁的筒中筒楼盖，不论在线脚荷载还是在水平荷载下，楼板在和柱相连的部分都会经常出现形变峰值，因此在设计中除预应力钢筋均匀分布废气外，对普通钢筋在柱轴线上集中于布置，并构成暗梁。使用这种布置方法有以下几个优点，1）便于端部预应力筋的单根锚固张拉，增大张拉端穴模对柱节点区的有利影响；2）能用普通钢筋有效地的掌控形变高峰处的裂缝；3）水平地震起到下的弯矩可主要由延形较好的普通钢筋分担。

4.3顶部转动餐厅的设计特点主楼39层为一带夹层，层高约10m的环形悬挑式转动餐厅（闻图3）。由于建筑功能拒绝，该层结构设计不存在有一定可玩性，也具备一定特点。1、为在餐厅构成开阔视野，外围框筒在39层楼面处全部中断，仅有在四角张开8根柱承托屋面，对于整体结构，由于外围框筒中断，使该层承载力和刚性大大降低，楼层变形增大，构成一脆弱层。本文3.3.2中已展开了分析。

为此在设计中采行以下强化措施来提升该层无限大承载力和变形能力：1）提升该层混凝土强度等级，由下层的C35提升为C40；2）减少内筒墙体产于筋和暗柱暗梁配筋，约较下层提升70%。3）外围8根柱使用型钢混凝土柱。2、转动餐厅使用悬挑式结构，楼面梁从外筒挑长度仅次于8m，横跨内又纳有一圈圆柱，承托着上部5层楼面，不存在楼面切换问题，受力较小，因而设计中：1)在39层一圈圆柱底加设环梁，强化对各圆柱底的嵌固和整体性；2)楼面梁使用650x1400mm型钢混凝土梁，并考虑到了线脚地震起到，梁中型钢和内筒按无轨电车处置，以便于结构，但配备充足数量的普通钢筋抵抗内筒支座处的负弯矩。

3)楼板厚度减少为150mm，采行双层双向配筋。3、转动餐厅屋面使用可调重、跨距大的板式环形网架，内边承托在圆柱牛腿上，外边承托在外围8根型钢混凝土柱上。由于外边支座较较少，有较小的权利边界，使网架受力变得复杂，在四个角区杆件内力较小，明确设计时对该部位展开了强化。同时对板式环形网架的计算出来考虑到了线脚地震起到的影响。

本文由黄锐和金建民撰写。本工程设计获得了全国和省若然高层建筑抗震设防审查委员会徐培福院长、莫庸总工等省内外专家的审查指导，在此表示感谢。

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