一.工程簡介
項目位于珠海市拱北口岸以北的海濱上，與澳門隔海相望，由一棟超五星級酒店和四棟高尚住宅組成，立面猶如海上揚帆，造型飄逸優美，富有詩意。場地面積42179m2，建筑面積約21萬m2。其中的中心酒店是一幢建筑面積，地下室三層，商業裙樓四層，地面以上45層，高度為190m。平面為長x寬=62.915~50.236x25.175m的向上漸變縮小矩形，高寬比7.6，長寬比2.5，由電梯井和樓梯間組成的筒體長x寬=18x11m。詳圖A~C。
二.結構方案概念設計
核心筒邊長與樓蓋平面邊長比值為0.4和0.52，核心筒面積與整個樓蓋平面面積相比，比值為0.21，樓蓋與核心筒的平面尺寸及比例均在結構設計的合理范圍內[8][9]。根據現有建筑方案，因為建筑物臨近海邊，客房最大可能地布置在臨海一邊，筒體設置在另一側，形成核心筒偏置。高層建筑結構，核心筒是主要抗側力結構，理想的位置應該是建筑物的中心。因此結構必須解決由于筒體偏心引起的不利影響。
結構設計方案一：核心筒采用鋼筋混凝土結構，作為結構的抗側力構件，承擔風力、地震作用引起的水平荷載，承受其自身和部分樓面豎向荷載，框架采用鋼結構，承但建筑物樓面主要豎向荷載，樓面水平構件采用鋼框架梁和組合樓蓋。鋼結構的優點是大幅度減輕建筑物自重，構件截面較小，建筑使用空間較大，結構具有良好的耗能性。缺點是工程造價較高，由于臨近海邊，鋼結構的防腐防銹顯得更加重要。
結構設計方案二：核心筒采用鋼筋混凝土結構，作為結構的主要抗側力構件，承擔風力、地震作用引起的水平荷載，承受其自身和部分樓面豎向荷載，其余豎向構件采用鋼管混凝土結構，承但建筑物樓面主要豎向荷載和部分水平荷載，樓面水平構件采用混凝土樓板結構或鋼框架梁和組合樓蓋。鋼管混凝土柱具有抗壓抗剪承載力高、塑性好、抗震性能優越等優點。缺點是梁柱節點構造較復雜，施工較困難。
結構設計方案三：采用鋼筋混凝土結構，是目前國內運用最多和最成熟的結構體系。但由于本工程是超高層建筑，核心筒偏置，扭轉效應顯著;建筑物臨海面房間建筑不允許設置縱向較長剪力墻，因此本工程采用鋼筋混凝土結構存在較多困難，不予考慮。
對結構方案進行比較后，選擇鋼筋混凝土核心筒與鋼管混凝土柱混合結構，利用剛度很大的鋼筋混凝土核心筒抵抗絕大部分水平荷載，利用鋼管混凝土柱延性和抗震性能好的特點，形成鋼——混凝土混合結構體系，滿足《高層建筑混凝土結構技術規程》11.1.2條有關混合結構高層建筑的最大適用高度要求。
三.本工程結構特點及設計方案
1) 矩形平面，雙向抗側剛度不均勻。
平面為長x寬=62.915~50.236x25.175m的矩形，混凝土筒體長x寬=18x11m，長向剛度比短向剛度大，水平荷載作用下主要使短向抗側力剛度滿足要求即可，依靠本工程的核心筒容易滿足。
2) 核心筒偏置。
結構平面剛心與質心相差較遠，水平荷載作用下結構的扭轉效應明顯。
高層建筑的電梯、樓梯間，絕大多數可以利用組成抗側力結構構件，如果設置在建筑物平面的核心處，形成核心筒，是超高層建筑結構設計常采用的結構型式。但是本工程建筑設計為了獲取最好的臨海使用平面位置和空間，將電梯、樓梯放置在建筑平面的邊緣。核心筒偏置，由此引起結構平面剛心與質心不一致，在風力、地震作用等水平荷載作用下，結構的扭轉效應明顯。
3) 東立面三層斜柱。
東立面外圍柱從首層到三層向外傾斜，垂直高度9.600m，水平外伸量約為5.540m，與水平夾角約60o;然后從第三層到頂層緩慢向內傾斜，傾斜角為85o，從三層到40層的高度為154m，水平縮進量約為13.700m。傾斜外圍柱在三層由外傾斜轉折成內傾斜，由于斜柱止于首層，如何解決斜柱產生的水平分力成了不同于常規結構設計的難點，設計的思路是利用首層、二層、三層的框架梁、柱，形成閉合剛性框架，將水平力通過拉、壓梁桿件與框架柱形成內力自平衡。詳圖一、圖三。
4) 局部樓層層高較高，形成薄弱層。
29層層高9m，而相鄰標準層層高4m，形成了明顯的抗側力薄弱層。為加強該層抗側力剛度和抗剪承載力，減少層間剛度突變引起的位移、扭轉偏大;擬將該層設計為加強層，沿外圍柱間布置斜向鋼支撐，與鋼管樁形成外圍桁架。斜向鋼支撐型式可以采用“V”或“X”型式。
加強層設置雖然能有效解決本層結構抗側剛度不足，位移、扭轉偏大的問題，但是其帶來的不利因素也是明顯的，結構剛度和內力沿高度發生突變，加強層所在樓層的上、下相鄰層的柱子剪力和彎矩發生突變，在地震作用下內力突變部位可能出現受剪破壞和柱端塑性鉸，與結構抗震設計概念是不符的，因此在結構構件的設計上必須進行詳細計算與分析，采取可靠的加強措施才能保證結構的整體安全。詳圖一、圖四。
5) 26層超高位結構轉換。
26層以上南面平面向內收進2.5m~5.0m，外圍柱必須進行托柱轉換，轉換層以上樓層約20層;轉換層常用結構方案是采用梁式轉換。
作為結構方案的討論，本工程采用斜柱托換的結構方案，利用跨層斜柱進行托換，通過“△”閉合框架的傳遞途徑將上部荷載傳給下部柱子。與梁式轉換相比，斜柱轉換傳力途徑直接可靠，但對建筑使用影響大，斜柱與豎向柱節點結構復雜，施工不便，實際工程采用很少。詳圖五。
四.結構計算結果
本結構方案計算采用PKPM的SATWE和PMSAP分別計算，計算結果詳表一(僅列SATWE計算結果)。
表一
|
計算程序 |
SATWE |
自振周期
（秒） |
T1 |
4.24 |
T1/Tt=0.70 |
|
T2 |
3.93 |
|
Tt |
2.95 |
地震作用
|
基底總剪力
QO（kN） |
X向:
441571.9 |
Y向:
1320152.4 |
剪重比
QO/Wt（%） |
X向:
1．40% |
Y向:
1．49% |
最大層間位移
△u/h
(位置) |
X向:
1/987
（13層） |
Y向:
1/1017
（17層） |
風荷載
作用 |
最大層間位移
△u/h
(位置) |
X向:
1/1198
（13層） |
Y向:
1/567
（17層） |
|
重力荷載代表值(構配件自重+可變荷載組合值) |
總重量 Wt(kN) |
102237.188 |
|
單位總量（kN/㎡） |
17 |
從計算結果來看，考慮扭轉藕聯時地震作用下結構的前三個振型是“平、平、扭”，第一振型平動系數是X+Y=0.98+0.00，扭動系數0.02，主要X向平動;第二振型平動系數是X+Y=0.00+0.97，扭動系數0.03，主要Y向平動;第三振型平動系數是X+Y=0.03+0.03，扭動系數0.97，扭轉為主。結構扭轉為主的第一自振周期(Tt=2.95秒)發生在第三振型，與平動為主是第一自振周期(T1=4.24秒)之比為T1/Tt=0.70。
各樓層最大水平位移、層間位移與其平均值之比在工況Y+5%偏心時，13層以上均小于1.4，但13層及以下均大于1.4，最大為1.46，最大位移發生在左下角柱，不滿足《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ3-2002)4.3.5條要求，其余工況均滿足要求。根據上述情況，在左下部及右下部各增加一段Y向剪力墻，加強結構Y向抗側力剛度，計算結果比較理想，在工況Y+5%偏心時，樓層最大水平位移、層間位移與其平均值之比最大為1.4。
29層層高9m，相鄰標準層層高4m，形成了明顯的抗側力薄弱層，雖然在該層外圍柱間布置斜向鋼支撐，與鋼管樁形成外圍桁架，結構等效側向剛度比X向Ratx1=0.6403，Y向Raty1=0.6483，還是未滿足《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ3-2002)4.4.3條要求，但相差不大，薄弱層地震剪力放大系數= 1.15。
結構整體性穩定計算結果：Y向剛重比 Ejd/GH2=2.96，Y向剛重比Ejd/GH2=2.94，均大于1.4，滿足《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ3-2002)5.4.4條要求。該結構剛重比大于Ejd/GH2=2.7,可以不考慮重力二階效應。
五.結語
本文從結構概念設計的角度及深度對工程進行討論分析，針對本工程結構的特點及難度提出了結構設計方案。
參考文獻
[1] 《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ 3-2010)
[2] 《高層民用建筑鋼結構技術規程》(JGJ 99-98)
[3] 《鋼結構設計規范》(GB 50017-2003)
[4] 《鋼骨混凝土結構設計規程》(YB 9082-97)
[5] 《鋼管混凝土結構設計于施工規程》(CECS 28：90)
[6] 《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)
[7] 《建筑抗震設計規范》(GB 50011-2010)
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上海：同濟大學出版社，1993
[9] 劉大海 楊翠如 《高層建筑結構方案優選》
北京：中國建筑工業出版社，1996
[10] 徐培福 傅學怡 王翠坤 肖叢真《復雜高層建筑結構設計》
北京：中國建筑工業出版社，2005
[11] 方鄂華《高層建筑鋼筋混凝土結構概念設計》
北京：機械工業出版社，2005
