石家庄万达广场酒店和写字楼结构设计

摘　要　本文详细阐述了石家庄万达广场酒店、5A写字楼工程结构设计，包括地基基础设计、结构设计、主楼框架－核心筒结构体系的设计、计算分析以及工程中新材料、新技术应用。

关键词　地基基础设计；结构设计；框架－核心筒结构

1　工程概况

石家庄万达广场酒店、5A写字楼工程位于石家庄市槐安路以北，建华大街以西，民心河以东，由一栋酒店和一栋写字楼组成，两栋楼之间由一条40m宽马路相隔，地下连为一体。本工程总建筑面积约7.2万m2，其中地下建筑面积约1.8万m2，地上酒店建筑面积约5.4万m2，写字楼建筑面积5.4万m2。该工程地下部分均为2层，酒店主楼部分地上为20层，主体高度为88.890m，裙房地上为4层，结构高度为25.500m；写字楼地上26层，主体高度99.550m。建筑地下1层平面见图1（左侧阴影区域为酒店及其裙房，右侧阴影区域为写字楼），建筑外立面实景图见图2。

图1 地下一层平面图

图2 建筑立面实景图

本工程于2010年7月完成施工图设计并开工建设，现已竣工使用。

2　地基基础设计

2.1　工程地质概况

拟建场地地貌单元属于太行山山前冲洪积平原，地处石家庄市区东部，原为尖岭村旧址。本区在区域构造位置上位于太行山隆起东麓，冀中坳陷之西南端，区域构造线方向呈北北东向。依据本区所处的大地构造环境、新构造运动特征、断裂活动和地震活动条件划分，该区在区域上属基本稳定型。在勘探最大深度55.00m范围内，主要地层为第四系冲洪积成因的黄土状黏性土、粉土及砂类土，表层均有填土分布，依据其工程地质特征，自上而下分为11个工程地质主层及13个亚层，基地以下各土层的分布规律及岩性特征见表1。

表1 土层的分布规律及岩性特征

本场地地下水位埋深48.0m以下，可不考虑地下水的影响；场地液化判定为非液化场地；场地稳定性评价的结论为本场地处于相对稳定的地带。

2.2　地基基础设计

本工程由主楼、裙房及外围地下室组成，主裙楼基础均采用平板式筏板基础，筏板底标高：酒店主楼－13.46m，酒店裙楼及地下室（无上部建筑）－11.70m，写字楼－13.66m。各部分的基础均连为一体。由于各部分之间层数、重量差异较大，这将导致建筑产生不均匀沉降。如何减少不均匀沉降对基础底板及上部结构的不利影响，既能够满足地基的承载力和建筑物容许变形要求，并具有较好的经济性，是地基基础设计的关键。

根据上部结构荷载分布特征结合地质情况，在施工图阶段酒店主楼及写字楼采用低强度素混凝土桩（CFG桩）复合地基＋筏板基础，其中酒店主楼部分筏板厚度1500mm，写字楼部分筏板厚度2000mm，抗冲且不足位置设置上柱墩或局部加厚筏板；酒店裙楼及地下室（无上部建筑）部分采用天然地基＋筏板基础。

结合当地工程的设计经验，经过技术、经济、施工周期和施工难度等方面的深入比较，采用复合地基方案。为减少主楼与群楼间的基础差异沉降并采取如下措施：第一提高高层部分的复合地基压缩模量和处理深度，处理后复合地基承载力特征值：酒店主楼fspk≥430kPa、Es≥48MPa，写字楼fspk≥470kPa，Es≥52MPa。地基处理深度应进入第9层中粗砂层；第二裙楼采用天然地基；第三在主裙楼相连接处设置沉降后浇带，通过沉降观测实测数据和沉降趋势确定后浇带浇灌时间；第四在施工图设计阶段采取“抗”的方法，对后浇带浇注后主裙楼沉降差产生的内力进行计算，提高结构设计的抵抗能力。

高层计算最大沉降量为64mm，裙楼独立柱基为45mm，无沉降突变。

实际沉降依据截至2011年9月已基本竣工的沉降观测资料显示，主楼基本沉降趋于稳定，观测点的沉降速率为0.013～0.008mm／d，均在沉降速率稳定性指标范围内。主楼平均沉降量为15.80mm，最大沉降量为21.53mm，最小沉降量为10.16mm，主楼周边沉降点推测倾斜率为0.027%，满足基础倾斜容许值0.2%的要求。裙楼最大沉降量为10.23mm。

3　结构设计

3.1　结构设计基本概况

本工程结构设计基准期为50年，设计使用年限为50年，建筑安全等级为二级，建筑抗震设防类别为丙类，地基基础设计等级为甲级。

本工程抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度值为0.10g，第一组；场地类别为Ⅲ类，场地特征周期值Tg＝0.45s。在多遇地震作用下结构阻尼比取0.05。

基本风压值ω0＝0.40kN／m2（100年一遇），地面粗糙度为C类。

楼面主要活荷载标准值：办公室、会议室取2.0kN／m2；客房取2.0kN／m2；多功能厅取3.5kN／m2；餐厅取2.5kN／m2；厨房取4.0kN／m2；走廊、门厅取2.5kN／m2；设备机房、电梯机房取7.0kN／m2；地下车库（单向板）取4.0kN／m2。

3.2　结构体系

由于建筑功能和建筑立面要求，酒店主楼和裙楼、写字楼与沿街二层商业连为一体。图3、图4分别为酒店二层平面布置图和标准层平面布置图，图5、图6分别为写字楼二层平面布置图和标准层平面布置图。

图3 酒店二层平面布置图

图4 酒店标准层平面布置图

图5 写字楼二层平面布置图

图6 写字楼标准层平面布置图

主体结构采用现浇钢筋混凝土框架－核心筒结构体系，属A级高度钢筋混凝土高层建筑。楼盖体系为现浇梁板结构。钢筋混凝土核心筒作为主要抗侧力结构体系，外围框架作为抗震第二道防线，形成双重抗侧力结构体系。核心筒均为矩形，酒店核心筒平面尺寸均为12.90m×18.70m，核心筒短轴方向宽度为12.90m，其高宽比88.89／12.90＝6.89；写字楼核心筒尺寸17.20m×17.30m，其高宽比99.55／17.2＝5.59，均满足《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3中内筒高宽比不宜大于12的要求。

酒店及写字楼竖向构件上下连续贯通，其中写字楼平面及竖向均为规则建筑，但酒店在2层有局部挑空，开洞面积不大于相应楼层面积的30%，Y向有效楼板宽度小于楼面宽度的一半，最小净宽度大于5m，其单边楼板净宽度小于2m，属于楼板不连续，无错层。酒店主裙楼相连其刚度中心与质量中心的偏心距各层均不大于15%。

3.3　主要构件断面

核心筒是本工程主要抗侧力结构构件，承担主要的水平荷载，核心筒外墙底层厚度为400mm，自下至上其厚度变阶两次分别为350mm，300mm；筒体内墙厚度为200mm，250mm，300mm不等。底层框架角柱及中柱截面分别为1100mm×1100mm，1000mm×1000mm，上部各层分段逐步减少至900mm×900mm，800mm× 800mm，700mm×700mm。现浇混凝土核心筒墙体、框架柱的强度等级由C60沿竖向分三次变化至C30，与构件截面变化相协调，使结构竖向刚度均匀、连续无突变。

3.4　结构计算分析

本工程采用SATWE（墙元模型）计算分析。现将SATWE计算分析结果介绍如下。

该工程计算程序采用“高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE（墙元模型）”进行结构分析，计算采用扭转耦联振型分解法，并考虑双向地震作用、偶然偏心影响及P－Δ效应，结构嵌固在地下室顶板±0.00标高。表2为结构考虑扭转耦联时的振动周期（s）、X及Y方向的平动系数、扭转系数。表3为结构考虑扭转耦联时的最大位移角及位移比等数值。

表2 结构振动周期、平动系数及扭转系数

表3 结构位移角、位移比及剪重比

结构设计地震力振型组合数取30个，表2中列出了前T1～T3。酒店塔楼第一振型为X向平动，第二振型为Y向平动，第三振型为扭转；写字楼塔楼第一振型为X向平动，第二振型为扭转，第三振型为Y向平动；结果显示框架－双核心筒体系具有较好的抗侧刚度。

通过计算，X及Y方向楼层侧移刚度与上一层侧移刚度70%的比值或上三层平均侧移刚度80%的比值中之较小者Ratx1，Raty1均大于1.0，楼层抗剪承载力本层与上一层之比均大于0.90。结构侧移刚度沿竖向规则。

4　结构措施及新技术应用

4.1　高层主楼和裙房连为整体

酒店主楼和裙房连为整体，施工图设计采取CFG桩复合地基调平措施有效控制了沉降差异。为增强双核心筒之间的共同作用，对双筒之间的楼板和框架梁采取加强措施增加其整体协同性能。抗震设计采取较弱连接部位弹性板计算、裙房顶层楼面加强等措施提高分析的准确性，增加结构整体性。

4.2　预应力混凝土技术应用

酒店裙楼顶部多功能厅屋面因空间要求，去掉中柱形成大空间。结构采用预应力混凝土单向屋面梁。预应力混凝土梁跨度27.5m，断面尺寸为600mm×1500mm，混凝土强度采用C40。预应力筋采用低松弛钢绞线7￠5，钢绞线的强度标准值为1860N／mm2。选用OVM15－12型锚具，张拉千斤顶选用YCW350型。预应力钢绞线的控制应力为σcon＝0.75fptk，即张拉控制应力为1395MPa。本工程采用后张法，在梁两端及跨中间隔设置灌浆孔。预应力钢筋布置采用抛物线形布置，其中框架梁采用正反抛物线形布置，次梁采用正抛物线形布置。

预应力梁构造节点如图7、图8。

图7 预应力筋张拉端部

图8 预应力筋曲线控制点示意图

4.3　高强混凝土和宽扁梁的应用

梁柱混凝土强度采用C60，并在设计中错开墙柱的断面和混凝土强度，以避免刚度的突变。

为适应建筑要求写字楼采用宽扁梁，其断面尺寸为700mm×600mm，在高度限制条件下满足各专业综合要求。