重慶解放碑威斯汀酒店伸臂桁架對比分析

舒云峰

（重慶市設計院，重慶400015）

重慶解放碑威斯汀酒店伸臂桁架對比分析

舒云峰

（重慶市設計院，重慶400015）

重慶解放碑威斯汀酒店采用外框架（鋼框架梁+型鋼混凝土柱）+鋼筋混凝土核心筒+伸臂桁架體系，在33層和49層的避難層設置了伸臂桁架，伸臂桁架的設置可以使外框架柱有效發(fā)揮作用，以增強整個結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度。結(jié)構(gòu)整體分析表明，設置兩道加強層，可有效地提高整個結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度，減小結(jié)構(gòu)的水平位移，使其滿足規(guī)范要求；同時，加強層的剛度不宜太大，太大了將造成嚴重的剛度突變；所以應對加強層的設置方式和層數(shù)進行對比分析，減少結(jié)構(gòu)剛度突變。分析表明，在對加強層及相鄰樓層采取專門措施后，整個結(jié)構(gòu)在地震下仍可保持延性屈服機制。

框架-核心筒；伸臂桁架；抗震設計；加強層；有限剛度

1 工程概況

重慶解放碑威斯汀酒店項目位于重慶市渝中區(qū)的解放碑金融商務街，擬建為五星級酒店，甲級寫字樓，以及配套的娛樂、餐飲、會議等功能為一體的大型綜合建筑群，總建筑面積18.8萬㎡，由酒店塔樓、大跨度宴會廳、寫字間塔樓三個單元組成。酒店塔樓建筑高度239.400 m（結(jié)構(gòu)主屋頂計算高度231.800 m），包括地上54層和地下6層。結(jié)構(gòu)采用外框架（鋼框架梁+型鋼混凝土柱）+鋼筋混凝土核心筒+伸臂桁架體系[1]。在33層和49層的設備（避難）層，設置了伸臂桁架，伸臂桁架的設置可以使外框架柱有效發(fā)揮作用，以增強整個結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度。加強層及伸臂桁架設置如圖1、圖2所示。

圖1 33層伸臂桁架示意圖

圖2 伸臂桁架立面示意圖

2 加強層水平伸臂桁架

高層框架-核心筒結(jié)構(gòu)，當抗側(cè)力剛度不能滿足設計要求時，可考慮利用建筑設備層或避難層的空間，布置結(jié)構(gòu)加強層[2]。加強層一般有兩種結(jié)構(gòu)形式，一種為在核心筒與外圍框架之間設置的剛度較大的水平伸臂構(gòu)件，另一種為在外圍框架設置的剛度較大的周邊環(huán)帶。加強層的設置相當于給整個結(jié)構(gòu)增加了“整體轉(zhuǎn)動嵌固約束”，其整體轉(zhuǎn)動基本上由外圍框架柱的軸向變形控制，結(jié)構(gòu)整體轉(zhuǎn)動減少，從而提高結(jié)構(gòu)剛度。水平伸臂構(gòu)件和周邊環(huán)帶構(gòu)件均可以有效提高結(jié)構(gòu)剛度，但兩者的又有所區(qū)別，水平伸臂構(gòu)件將核心筒與外圍框架聯(lián)系成一體，作用更為明顯，而周邊環(huán)帶構(gòu)件在提高結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度的同時一般也可以提高結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。水平伸臂構(gòu)件和周邊環(huán)帶構(gòu)件，可以單獨設置，也可以同時設置。

加強層的設置，主要是滿足結(jié)構(gòu)剛重比和層間位移的要求，但同時應注意加強層的設置引起結(jié)構(gòu)剛度和承載力比的突變形成潛在的薄弱層在罕遇地震作用下突現(xiàn)新的破壞機理。

3 伸臂桁架敏感性分析

對該工程，酒店塔樓的主要抗側(cè)力體系包括核心筒和型鋼混凝土框架，由于建筑平面功能布置的限制，Y向抗側(cè)力構(gòu)件布置困難，剛度較小。未設置加強層時，結(jié)構(gòu)整體位移較大，無法滿足規(guī)范對層間位移角的限值要求，為提高結(jié)構(gòu)Y方向剛度，需設置結(jié)構(gòu)加強層。

在初步設計階段對伸臂桁架作敏感性分析，對比了結(jié)構(gòu)無伸臂桁架、在33層設一層伸臂桁架、在33層和49層設兩層伸臂桁架三種方案。驗算結(jié)果如表1所示。

表1 伸臂桁架驗算結(jié)果列表

從表1及圖3可以看出，無伸臂桁架和設置一層伸臂桁架時，結(jié)構(gòu)層間位移角不滿足規(guī)范要求[3]；設置了兩層伸臂桁架后，可以滿足層間位移角要求。由于設置了伸臂桁架，提高了結(jié)構(gòu)Y方向的整體剛度，這從結(jié)構(gòu)Y方向的層間位移角及剛重比的變化得到了應證。

根據(jù)上述分析結(jié)果，該工程采用“有限剛度”加強層的設置方式。在設備/避難層（33層、49層）設置水平伸臂桁架，其中33層設置3道水平伸臂桁架，49層設置2道水平伸臂桁架，加強外框柱和鋼筋混凝土內(nèi)筒的聯(lián)系，使外框柱和核心筒共同參與整體抗彎，共同承擔水平荷載引起的傾覆力矩，減小結(jié)構(gòu)側(cè)移，實現(xiàn)多重抗側(cè)力體系。

結(jié)構(gòu)整體分析表明，設置兩道加強層，可有效的提高整個結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度，減小結(jié)構(gòu)的水平位移，使其滿足規(guī)范要求。同時，設置兩道加強層，可以減少對一道加強層的依賴，控制水平伸臂構(gòu)件的剛度，使得設置加強層引起的剛度和內(nèi)力突變不至過大，在對加強層及相鄰樓層采取專門措施后，整個結(jié)構(gòu)在大震下仍可保持延性屈服機制。

圖3 伸臂桁架敏感性分析-層間位移角圖

4 伸臂桁架驗算

設置伸臂桁架是為了有限提供結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度，加強層的剛度不宜太剛，但是如果構(gòu)件截面太小，鋼構(gòu)件截面承載力設計無法滿足要求。由于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件為受壓穩(wěn)定應力控制，所以，工程中伸臂桁架的截面采用了受壓穩(wěn)定性能相對較好的箱型截面，以達到既滿足截面承載力計算要求又能效提供有限剛度。

伸臂桁架驗算的驗算依據(jù)及相關參數(shù)取值如下：按彈性樓板，上下弦桿按壓彎構(gòu)件計算桿件承載力，腹桿按軸心受力構(gòu)件驗算承載力。軸力驗算按《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（以下簡稱鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范）GB50017-2003[4]第5.1.1條、第5.1.2條規(guī)定計算。拉彎和壓彎驗算按鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范第5.2.1條、第5.2.2條規(guī)定計算。抗剪強度按鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范第4.1.2條規(guī)定計算。有地震組合時，按建筑《抗震設計規(guī)范》第8.2.6條驗算地震組合下腹桿的受壓承載力。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范第4.2.1條規(guī)定，上下弦桿整澆鋼筋混凝土樓板，并與其牢固相連，能阻止桿件受壓翼緣的側(cè)向位移，故上下弦可不進行整體穩(wěn)定驗算。

現(xiàn)選取酒店塔樓33層8軸處伸臂桁架在各不利工況下承載力驗算結(jié)果如表2。

表2 伸臂桁架桿件不同工況應力比

從表2及圖4可以看出，風荷載組合工況下的桿件應力大于小震、中震組合工況，風荷載組合工況是控制工況。

5 結(jié)語

圖4 伸臂桁架應力比圖（Q345B鋼材）

結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件滿足正常使用極限狀態(tài)及承載能力極限狀態(tài)要求。在線彈性計算階段，風力作用是主要構(gòu)件的控制性荷載。從驗算結(jié)果來看，大部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件處于合適的應力水平，在彈性階段具有足夠的安全儲備。

設置伸臂桁架加強層是為了提供結(jié)構(gòu)剛度，使結(jié)構(gòu)滿足正常使用極限狀態(tài)的結(jié)構(gòu)位移，但加強層的剛度不宜太大，太大了將造成嚴重的剛度突變；所以應對加強層的設置方式和層數(shù)進行對比分析。減少結(jié)構(gòu)剛度突變。

[1]蘇衛(wèi)東，杜靜，舒云峰，等.重慶解放碑威斯汀酒店超高層結(jié)構(gòu)設計[A].Cuc金土木結(jié)構(gòu)軟件全國用戶大會[C]，2010.

[2]徐培福，傅學怡，王翠坤，等.復雜高層建筑結(jié)構(gòu)設計[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[3]住建部.JGJ3-2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[4]建設部，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2003.

責任編輯：孫蘇，李紅

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，高級工程師，主要從事高層建筑設計工作。