1、重慶萬豪國際會展大廈結構設計摘要：介紹了重慶萬豪國際會展大廈帶加強層的鋼結構框架一核心筒結構體系風荷載取值，結構布置、抗風抗震計算分析，主要抗震措施、節點構造及結構概念設計，并對大廈的人體舒適度進行了分析，以供同類工程參考。關鍵詞： 超限高層框架一核心筒鋼結構設計風荷載人體舒適度 structuredesignofChongqingMarriottInternationalConferenc eCBuildingauthor ：xueshangling1 ，huchaohui1 ，mengyu1 ， etal. (InstituteofConstructionalEngineering ，CI

2、SDIEngineeringCo. ，LTD. ， Chongqing400013 ， china ) Abstract ： ThestructuredesignconceptofChongqingMarriottInternation alConferenceCBuildingwhichisframedtube-coresteelstructurewithpantingframe wasstated.Thewindloadonthebuildingandthemethodofanti- windanalysiswasintroduced.Thelayoutofstructure thease

3、ismicmeasuresandthejointstructuralwasdescribed.Th eoccupantcomfortofthebuildingwascalculated.Theresultscanbereferenceforthesimilarstructure KeywordsSuperhigh-risebuilding，framedtube-coresteelstructuredesign， windload ，occupantcomfort 一、工程概況重慶萬豪國際會展大廈地處重 慶市鬧市區，大廈所處地勢北高南低，相差 5m. 大廈地上 69 層（含 GF 層），地下 5

4、 層，建筑高度 303.3m ，地下 22m ， 裙房 7 層。地下 5 層為停車庫和設備用房以及商業用房，負 2 層與城市輕軌的出入口連為一體，地上 7 層裙房為商業用 房，第 7 層采用空中通廊與現有萬豪酒店相連， 8 至 68 層塔 樓標準層平面為 41×41m ，8 至 41 層為公寓， 42 至 68 層為辦公樓，頂層設置直升機停機坪。在第 7 層、第 23 層、 第 41 層、第 54 層、頂層設置避難層。 地下室和裙房層高 4.5m 5m ，公寓層高 3.7m ，辦公樓層高 3.9m. 建筑用地面積 9100總建筑面積 182893川，其中地上建筑面積14534

5、8 m2,地下37545 m .該大廈周圍有10余棟已建或規劃的高層或超 高層建筑。二、地基與基礎 1.地質情況該場地劃分為 I 類場 地。大廈以巨厚層的中（微）風化泥巖為持力層，根據地勘， 泥巖的地基承載力特征值為 4.0Mpa ，天然抗壓強度標準值為 12.4Mpa. 后經巖質地基平板載荷試驗，極限荷載平均值為 16.4Mpa ，地基承載力特征值為 5.2Mpa ，該地基是修建高層 建筑的理想場地。 2.基坑及基礎設計本工程地下 5 層，因地 勢北高南低。相差 5m，具備完全嵌固條件有 4層22m，大 廈埋置深度為房屋高度的 1/13.8 ，滿足抗傾覆能力。塔樓的 柱基礎采用擴底樁（墩）

6、，塔樓內筒采用平板式筏形基礎。我 們采用美國 ANSYS 公司編制的 ANSYS1Mechanical 有限元 分析軟件的 SOLID72 單元對塔樓擴底樁 （墩） 和塔樓筒體筏 板及地基進行了三維計算分析， 塔樓擴底樁 （墩）采用 D=4m ， 擴底 5.5m ，筏板 25.8×25.8×4.5m. 為筏板基礎配 筋提供可參考的數據。三、風荷載高層超高層建筑中水平風 荷載計算是結構抗風設計的關鍵因素，但對于較高的特別是 不規則的超高層建筑，加之建筑物風荷載受周圍圍建筑影響 較大，需對現行規范的風荷載進行核準，為此，該大廈進行 了模型風洞測壓和氣彈試驗和三維

7、數值風洞模擬，并與規范 取值對比，進行合理的風荷載設計。重慶市 100 年一遇基本 風壓為0.45kN/ m2 1.模型風洞試驗本工程在西南交通大學風 工程試驗研究中心進行測壓風洞試驗。 采用 1 ：250 的有機玻 璃模型，周圍 500m 范圍內主要建筑物及環境采用泡沫塑料 切成，模擬 C 類地貌大氣邊界條件。以模型屋頂高度的氣流 風壓為參考風壓， 測壓試驗來流風速 7.5m/s. 本試驗在主體結 構各表面布置，沿高度布置在 23 個截面，共 457 個測壓點， 試驗模擬了 0o 到 360o 的風向角，間隔 22.5o ，定義模型的 正門法向方向為 0o ，轉盤逆時針為正。 本風洞試驗給出

8、了 16 個風向角下各面各測壓孔的風壓系數。試驗結果看出：各面 正迎風面的正壓沿橫向其邊緣處的風壓均小于中間處的風 壓，沿高度方向平穩變化，到 4/5 高度處（距頂部 15-30m ） 達到最大值，上部沿高度逐漸減少；背風面及兩側面負壓較 為均勻，沿高度變化較小。由于大廈周圍高層建筑對氣流的 影響，大廈各面會有局部高風壓區現象出現，尤其是周圍高 層建筑物高度以下區域，有放大作用也有減少作用，有時甚 至會出現壓力系數反號。 當風向角為1350和900時X向、丫 向基底總剪力達到最大值。數值風洞模擬本工程委托同濟大 學航空航天與力學學院進行數值風洞模擬。數值風洞模擬與 一般實驗室風洞類似，需設置一

9、個風洞，風洞有入口、出口、 地面、壁面，大廈和周圍建筑物數值模型建立于風洞中，數 值模型按原型尺寸（ 1 ： 1 ）建模，屬剛性模型。建模、計算 和后處理由國際上領先的計算流體動力學軟件 CFX5.5 完成。 報告提供了 16 個風向下的各層沿 X、 丫 向的平均風合力及繞 Z 軸總合力矩，結果表明 X 向基底總剪力最大者為 135o 風 向； 丫 向基底總剪力最大者為 90o ；繞 Z 軸總合力矩最大者 為0o.同時給出了各不同風向下大廈各表面最大風壓等值線 分布云圖，為玻璃幕墻設計提供了依據。風壓等高線圖分布 來看，各面正迎風面中部絕大部分區域為正，而由于分離流 的原因在邊緣附近小部分區域

10、為負壓，背風面一般為負壓且 大小比較均勻。風荷載比較與取值我們將三種方法得出的正迎風面靜風荷載和考慮動風荷載進行對照，見圖 3 及圖 4.風 洞試驗表明， 在 37 層以下受周邊建筑的影響， 風洞試驗風荷 載值比規范值有放大作用， 而在 37 層以上風洞試驗風荷載值 比規范值小。按荷載規范計算的總風荷載比風洞試驗試驗的 風荷載大約 9。數值模擬與風洞試驗結果基本一致，風壓 沿高度最大值約在建筑物的 4/5 高度處；各層風荷載規范計 算值最大，數值模擬值其次，風洞試驗值最小。規范計算的 風壓最大值在建筑物頂部，規范計算的頂部風荷載偏大且不 盡合理，風壓合力作用點較高，總風荷載較數值模擬與風洞 試

11、驗值大，因而在整體計算時，按規范計算偏于保守。數值 模擬與風洞試驗結果揭示了風向角為1350和90o時X向、丫向基底總剪力最大，這是現有高層計算軟件不易實現的。從 風洞試驗和數值模擬結果看，大的負壓出現在塔樓較低處或 建筑物邊緣處，構的整體計算雖沒有大的影響，但對玻璃幕 墻設計安全影響很大，應引起重視。在總體計算時，分別對 00、 900、 1350 來風進行了計算。風荷載取值按現行規范， 但建筑物頂部按照模型風洞試驗結果取用，并適當考慮了由 數值模擬與風洞試驗測出的扭矩。四、上部結構 1.結構方案 本工程上部結構共 69 層，其中裙房范圍 7 層，塔樓總建筑高 度 303.3m ，目前是我國

12、已建和在建鋼結構高層中最高的。 高 寬比為7.34，屬超限高層。大廈結構基本周期8s，屬少有的長周期高層建筑。根據建筑功能、建筑布置、建筑高度的情況，曾考慮過采用兩類結構方案，即全鋼結構及鋼-混結構。根據結構抗震性能、 施工速度、 結構自重以及造價綜合比較， 本工程塔樓采用了全鋼結構方案，裙房和地下室在塔樓的范 圍外，仍采用現澆鋼筋混凝土結構。塔樓采用了帶加強層的 鋼框架核心筒結構體系。外框架由鋼柱、梁組成；核心筒 由鋼柱、梁組成的鋼框架和鋼支撐組成。利用建筑的設備 避難層設置鋼結構的外伸桁臂及腰桁架， 組成加強層 （4 道）。 塔樓 7F 以下為裙房、地下室共 13 層，采用鋼骨混凝土柱，

13、這主要是為了解決鋼結構塔樓與混凝土裙房能夠連接協調， 利于節點構造處理， 同時充分利用高強度混凝土的抗壓強度， 減小了鋼骨的斷面 7F 以下為鋼骨柱，鋼筋混凝土截面尺寸 為 1400x1400 及 1500x1500 ，鋼骨為帶翼緣的十字形斷面； 8F 以 上 為 箱形 鋼柱 ， 柱 斷面 尺寸 為 1200x1200mm 到 600x600mm ，鋼柱板厚為 80mm 到 20mm. 在內筒縱、橫各 設置三道支撐，采用中心支撐及八字形偏心支撐。支撐采用 H 鋼，斷面為 H400x400x25x30 、 H400x400x25x40 兩種。 鋼梁均為 H 形鋼梁。 8F 以下外框梁高為 700

14、mm ，8F 以上外 框為滿足建筑凈高的要求， 梁高為 650mm ；為保證結構整體 側向剛度，內筒的框架梁高均為 900mm. 次梁與框架主梁采 用鉸接，按組合梁計算。為了使角部框架梁的受力均勻，在 角部增設次梁，并且隔層調換方向。樓板以壓型鋼板作施工 模板，采用現澆鋼筋混凝土非組合樓板。 抗震及抗風設計 （ 1）設計要求依據文獻 3，本工程 50 年超越概率 63、 10、5、3、 2所對應的基本烈度值分別為 5.2、6.1、6.3、 6.4、6.6 ，按重慶市地震局的批復，按照 50 年超越概率 3% 的設計地震動參數進行抗震設防。由于現有計算程序無法輸 入 6.4 度的地震動參數，在抗

15、震計算時，取 7 度的參數進行 計算。（2）總體設計1 ）使用及建筑要求設置的條件：a.塔樓部分平、立面非常規則，雙向基本對稱，建筑與結構結合較 好，為結構抗震提供非常有利的條件。b.全鋼結構，材質均勻，延性較好，能很好地滿足抗震二道設防的要求。 2）側力 構件的設計： a .內筒框架 支撐結構：在柱間均設置了鋼支 撐，部分為偏心支撐，有條件的框架柱間加設小柱，以加強 框架支撐的側向剛度。b.為提高內筒的框架支撐抗側力體系的水平剛度，加高框架的高度，設計時權衡考慮梁承載力與 增加水平剛度的要求。c.設置4道加強層，在 23、41、54 及頂層由外伸桁架及外框腰桁架組成，加強層內筒的支撐均 為中

16、心支撐，設計中，比較了不同層設置加強層對水平剛度 的效用程度，目前所設置的層數為最佳。d.裙房以下，采用鋼骨混凝土柱、鋼梁：考慮加強整體剛度及與裙房（鋼筋混 凝土框架結構）的連接，對提高結構整體的水平剛度起一定 作用。 2）按照建筑抗震設計規范 8.2.3 條“框架部分按 計算得到的地震剪力應乘以調整系數，達到不小于結構底部 總地震剪力的 25% 的要求，在本工程設計中考慮到這項要求并滿足了規定的要求。 3）地上 7 層以上地震效應比較大的層 采用約束屈曲耗能支撐， 可在罕遇地震作用下起到減震作用。4）薄弱部分的加強：a.底層可能產生的薄弱部位：采用鋼骨 混凝土，是對結構抗罕遇地震時地震作用的

17、加強，采用鋼梁 及鋼支撐也可使塑性鉸首先發生于支撐或梁而不是柱，以保 證結構不致造成倒塌。b.加強層上下相鄰的框架柱：由于堅強層的設置剛度有很大的突變，相連接的框架柱受力比較復 雜，很可能成為薄弱部位。根據彈性計算的內力結果對截面 要適當加強，留有相當儲備量，再經彈塑性時程分析進行驗 算校核其受力與變形性能予以加強。c.通過彈塑性時程分析、檢驗上部結構首先產生塑性鉸的層及構件，調整構件截面采 用約束屈曲耗能支撐，使塑性鉸發生移轉到較次要構件，確 保結構滿足大震不倒的目標。本工程進行了超限高層抗震專 項審查，專家提出該建筑物高柔，要解決好舒適度問題。氣 彈模型風洞試驗結果由于重慶萬豪國際會展大廈

18、高而柔，又 地處高層建筑密集的重慶市城區，其周邊建筑物和地形對風 場影響顯著，因而其在強風作用下的風效應十分復雜，在強 風作用下的動力效應不容忽視，為此進行了氣動彈性模型風 洞試驗。 通過對重慶萬豪國際會展大廈 1： 250 模型的氣彈模 型試驗，取得了 16 個風向角情況下大廈的的風致振動響應。 經對試驗結果分析，獲得如下結論：1）、在各風向角下，在設計風速范圍內， 萬豪國際會展大廈均未發現渦激共振發生。也未發生振動發散的馳振現象。結構屋頂處最大橫風向振動 位移（單邊振幅）為 b=0o 時，且為 0.297m ，最大順風向振 動位移（單邊振幅）為 b=270o 時，且為 0.133m2 ）、在各風 向角下， 10 年重現期風壓時，大廈頂部最大振動加速度小于 0.2m/s2 ，扭轉振動角速度小于 0.001rad/s ，滿足舒適度要求。 3）、當來流風向正對結構物某一面作用時，其橫風向位移、 加速度振動響應大于順風向位移、加速度振動響應，因而對 于該類高層建筑結構， 其橫風向荷載效應是不容忽略的。 4 ）、 由于周邊建筑物對氣流的影響，大廈各面會有局部高風壓現 象的出現，因而在進行幕墻設計時對這一問題應引起重視。 另外，周邊建筑結構對大廈風壓的影響，在其自身高度范圍