一.工程简介
项目位于珠海市拱北口岸以北的海滨上，与澳门隔海相望，由一栋超五星级酒店和四栋高尚住宅组成，立面犹如海上扬帆，造型飘逸优美，富有诗意。场地面积42179m2，建筑面积约21万m2。其中的中心酒店是一幢建筑面积，地下室三层，商业裙楼四层，地面以上45层，高度为190m。平面为长x宽=62.915~50.236x25.175m的向上渐变缩小矩形，高宽比7.6，长宽比2.5，由电梯井和楼梯间组成的筒体长x宽=18x11m。详图A~C。
二.结构方案概念设计
核心筒边长与楼盖平面边长比值为0.4和0.52，核心筒面积与整个楼盖平面面积相比，比值为0.21，楼盖与核心筒的平面尺寸及比例均在结构设计的合理范围内[8][9]。根据现有建筑方案，因为建筑物临近海边，客房最大可能地布置在临海一边，筒体设置在另一侧，形成核心筒偏置。高层建筑结构，核心筒是主要抗侧力结构，理想的位置应该是建筑物的中心。因此结构必须解决由于筒体偏心引起的不利影响。
结构设计方案一：核心筒采用钢筋混凝土结构，作为结构的抗侧力构件，承担风力、地震作用引起的水平荷载，承受其自身和部分楼面竖向荷载，框架采用钢结构，承但建筑物楼面主要竖向荷载，楼面水平构件采用钢框架梁和组合楼盖。钢结构的优点是大幅度减轻建筑物自重，构件截面较小，建筑使用空间较大，结构具有良好的耗能性。缺点是工程造价较高，由于临近海边，钢结构的防腐防锈显得更加重要。
结构设计方案二：核心筒采用钢筋混凝土结构，作为结构的主要抗侧力构件，承担风力、地震作用引起的水平荷载，承受其自身和部分楼面竖向荷载，其余竖向构件采用钢管混凝土结构，承但建筑物楼面主要竖向荷载和部分水平荷载，楼面水平构件采用混凝土楼板结构或钢框架梁和组合楼盖。钢管混凝土柱具有抗压抗剪承载力高、塑性好、抗震性能优越等优点。缺点是梁柱节点构造较复杂，施工较困难。
结构设计方案三：采用钢筋混凝土结构，是目前国内运用最多和最成熟的结构体系。但由于本工程是超高层建筑，核心筒偏置，扭转效应显著;建筑物临海面房间建筑不允许设置纵向较长剪力墙，因此本工程采用钢筋混凝土结构存在较多困难，不予考虑。
对结构方案进行比较后，选择钢筋混凝土核心筒与钢管混凝土柱混合结构，利用刚度很大的钢筋混凝土核心筒抵抗绝大部分水平荷载，利用钢管混凝土柱延性和抗震性能好的特点，形成钢——混凝土混合结构体系，满足《高层建筑混凝土结构技术规程》11.1.2条有关混合结构高层建筑的最大适用高度要求。
三.本工程结构特点及设计方案
1) 矩形平面，双向抗侧刚度不均匀。
平面为长x宽=62.915~50.236x25.175m的矩形，混凝土筒体长x宽=18x11m，长向刚度比短向刚度大，水平荷载作用下主要使短向抗侧力刚度满足要求即可，依靠本工程的核心筒容易满足。
2) 核心筒偏置。
结构平面刚心与质心相差较远，水平荷载作用下结构的扭转效应明显。
高层建筑的电梯、楼梯间，绝大多数可以利用组成抗侧力结构构件，如果设置在建筑物平面的核心处，形成核心筒，是超高层建筑结构设计常采用的结构型式。但是本工程建筑设计为了获取最好的临海使用平面位置和空间，将电梯、楼梯放置在建筑平面的边缘。核心筒偏置，由此引起结构平面刚心与质心不一致，在风力、地震作用等水平荷载作用下，结构的扭转效应明显。
3) 东立面三层斜柱。
东立面外围柱从首层到三层向外倾斜，垂直高度9.600m，水平外伸量约为5.540m，与水平夹角约60o;然后从第三层到顶层缓慢向内倾斜，倾斜角为85o，从三层到40层的高度为154m，水平缩进量约为13.700m。倾斜外围柱在三层由外倾斜转折成内倾斜，由于斜柱止于首层，如何解决斜柱产生的水平分力成了不同于常规结构设计的难点，设计的思路是利用首层、二层、三层的框架梁、柱，形成闭合刚性框架，将水平力通过拉、压梁杆件与框架柱形成内力自平衡。详图一、图三。
4) 局部楼层层高较高，形成薄弱层。
29层层高9m，而相邻标准层层高4m，形成了明显的抗侧力薄弱层。为加强该层抗侧力刚度和抗剪承载力，减少层间刚度突变引起的位移、扭转偏大;拟将该层设计为加强层，沿外围柱间布置斜向钢支撑，与钢管桩形成外围桁架。斜向钢支撑型式可以采用“V”或“X”型式。
加强层设置虽然能有效解决本层结构抗侧刚度不足，位移、扭转偏大的问题，但是其带来的不利因素也是明显的，结构刚度和内力沿高度发生突变，加强层所在楼层的上、下相邻层的柱子剪力和弯矩发生突变，在地震作用下内力突变部位可能出现受剪破坏和柱端塑性铰，与结构抗震设计概念是不符的，因此在结构构件的设计上必须进行详细计算与分析，采取可靠的加强措施才能保证结构的整体安全。详图一、图四。
5) 26层超高位结构转换。
26层以上南面平面向内收进2.5m~5.0m，外围柱必须进行托柱转换，转换层以上楼层约20层;转换层常用结构方案是采用梁式转换。
作为结构方案的讨论，本工程采用斜柱托换的结构方案，利用跨层斜柱进行托换，通过“△”闭合框架的传递途径将上部荷载传给下部柱子。与梁式转换相比，斜柱转换传力途径直接可靠，但对建筑使用影响大，斜柱与竖向柱节点结构复杂，施工不便，实际工程采用很少。详图五。
四.结构计算结果
本结构方案计算采用PKPM的SATWE和PMSAP分别计算，计算结果详表一(仅列SATWE计算结果)。
表一
|
计算程序 |
SATWE |
自振周期
（秒） |
T1 |
4.24 |
T1/Tt=0.70 |
|
T2 |
3.93 |
|
Tt |
2.95 |
地震作用
|
基底总剪力
QO（kN） |
X向:
441571.9 |
Y向:
1320152.4 |
剪重比
QO/Wt（%） |
X向:
1．40% |
Y向:
1．49% |
最大层间位移
△u/h
(位置) |
X向:
1/987
（13层） |
Y向:
1/1017
（17层） |
风荷载
作用 |
最大层间位移
△u/h
(位置) |
X向:
1/1198
（13层） |
Y向:
1/567
（17层） |
|
重力荷载代表值(构配件自重+可变荷载组合值) |
总重量 Wt(kN) |
102237.188 |
|
单位总量（kN/㎡） |
17 |
从计算结果来看，考虑扭转藕联时地震作用下结构的前三个振型是“平、平、扭”，第一振型平动系数是X+Y=0.98+0.00，扭动系数0.02，主要X向平动;第二振型平动系数是X+Y=0.00+0.97，扭动系数0.03，主要Y向平动;第三振型平动系数是X+Y=0.03+0.03，扭动系数0.97，扭转为主。结构扭转为主的第一自振周期(Tt=2.95秒)发生在第三振型，与平动为主是第一自振周期(T1=4.24秒)之比为T1/Tt=0.70。
各楼层最大水平位移、层间位移与其平均值之比在工况Y+5%偏心时，13层以上均小于1.4，但13层及以下均大于1.4，最大为1.46，最大位移发生在左下角柱，不满足《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)4.3.5条要求，其余工况均满足要求。根据上述情况，在左下部及右下部各增加一段Y向剪力墙，加强结构Y向抗侧力刚度，计算结果比较理想，在工况Y+5%偏心时，楼层最大水平位移、层间位移与其平均值之比最大为1.4。
29层层高9m，相邻标准层层高4m，形成了明显的抗侧力薄弱层，虽然在该层外围柱间布置斜向钢支撑，与钢管桩形成外围桁架，结构等效侧向刚度比X向Ratx1=0.6403，Y向Raty1=0.6483，还是未满足《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)4.4.3条要求，但相差不大，薄弱层地震剪力放大系数= 1.15。
结构整体性稳定计算结果：Y向刚重比 Ejd/GH2=2.96，Y向刚重比Ejd/GH2=2.94，均大于1.4，满足《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)5.4.4条要求。该结构刚重比大于Ejd/GH2=2.7,可以不考虑重力二阶效应。
五.结语
本文从结构概念设计的角度及深度对工程进行讨论分析，针对本工程结构的特点及难度提出了结构设计方案。
参考文献
[1] 《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3-2010)
[2] 《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ 99-98)
[3] 《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)
[4] 《钢骨混凝土结构设计规程》(YB 9082-97)
[5] 《钢管混凝土结构设计于施工规程》(CECS 28：90)
[6] 《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)
[7] 《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)
[8] 赵西安 《高层建筑结构实用设计方法》(第二版)
上海：同济大学出版社，1993
[9] 刘大海 杨翠如 《高层建筑结构方案优选》
北京：中国建筑工业出版社，1996
[10] 徐培福 傅学怡 王翠坤 肖丛真《复杂高层建筑结构设计》
北京：中国建筑工业出版社，2005
[11] 方鄂华《高层建筑钢筋混凝土结构概念设计》
北京：机械工业出版社，2005
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文章名称：
某滨海中心酒店结构方案设计
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