珠海万菱环球中心是集酒店、办公、公寓及商业于一体，建筑造型独特的大型商务及购物中心，位于珠海市香洲区拱北口岸北侧，与澳门隔海相望，正对港珠澳大桥珠海与澳门的入口处，将成为珠海又一新的地标性建筑。项目总用地面积1.3万m²，总建筑面积约28.5万m²。地下4层，建筑面积约4.5万m²，其中地下1层为商业用途，地下2～4层为停车库与设备用房。地上通过防震缝分成东西两个独立结构。西侧主塔楼建筑高度340.6m，建筑面积约16.5万m²,72层，其中1～9层为商业楼层，层高5.0m;10～20层为酒店式办公楼层，层高3.9m;21～54层为普通办公楼层，层高4.5m;55～70层为酒店楼层，层高3.6m;71～72层为空中餐厅及会所，层高5.5m;屋顶平面为观光楼层。标准层平面尺寸为42.6m×57m，结构高宽比约为8.2，核心筒平面尺寸为34.9m×17.6m，核心筒高宽比约为19.3。建筑效果图及剖面示意如图1所示，办公层及酒店层结构平面如图2～4所示。

　　 本工程结构设计使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级。抗震设防类别为乙类，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第二组，场地类别为Ⅲ类，50年重现期基本风压为0.80kPa。

　　 本工程的建筑造型独特，平面为东西长、南北短的矩形。独特的建筑造型使得核心筒窄长，短边仅有17.6m。由于项目地处海边，风荷载大，且结构高宽比大，抗风设计成为结构设计难点，通过结构方案比选及加强层敏感性分析，最终采用带三道加强层的框架-核心筒结构。

　　 本工程结合建筑的平面使用功能，利用楼、电梯间落地的钢筋混凝土墙设置核心筒，外围56层及以上为剪力墙结构，56层以下为框架结构，沿短边方向分别于32～33层、43～44层和56层设置三道加强层，其中32～33层及43～44层为钢伸臂桁架，56层为型钢混凝土转换大梁，形成带加强层+高位转换层的框架-核心筒结构^[1]。伸臂桁架及转换大梁协调核心筒和外框柱平面转角，在水平荷载作用下，核心筒受弯变形引起外围柱产生拉、压力，以抵抗水平荷载产生的倾覆力矩。结构抗侧力体系及短向结构体系剖面如图5,6所示。

　　 56层以下核心筒剪力墙厚度由下至上为1 000～300mm，连梁高度700mm;56层及以上外围剪力墙厚度为200mm;外框柱采用圆钢管混凝土柱，尺寸由下至上为1 800～1 300，相应钢管壁厚50～30mm，内填C60混凝土;32～33层及43～44层加强层伸臂桁架构件采用方钢管□600×1 000×50×80、□600×1 000×30×60;56层加强层型钢混凝土转换大梁尺寸为1 500×2 200，内置型钢H 1 800×400×50×80。楼盖钢筋混凝土梁高一般600～700mm，板厚一般110～120mm，加强层、转换层板厚200mm。

　　 本工程有4层地下室，底板面标高为-17.300m，根据地质剖面，该标高主要为粉质黏土(2)₂层或粗砂(2)₃层。根据地质条件，塔楼采用旋挖成孔灌注桩基础，桩身混凝土强度等级为C50。桩径为1 600～2 200mm，单桩竖向抗压承载力特征值为27 500～52 000kN，桩端持力层为完整中风化花岗岩(4)₃层，要求岩石的单轴饱和抗压强度标准值不小于27MPa。裙楼采用天然地基上的扩展基础，天然地基承载力特征值不小于250kPa，基础施工前进行天然地基承载力载荷试验。主塔楼底板厚度一般为1 500mm，柱底承台加厚至3 500mm，地下室裙楼底板厚度一般为700mm。底板混凝土强度等级为C40。

　　 采用YJK基础设计软件，对基础进行有限元分析。分析结果表明:筏板的基底反力均小于持力层的承载力;基础最大沉降量为15mm，最大沉降差为3mm，满足规范要求。

　　 根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》(建质[2015]67号)^[2]规定，本工程有高度超限、局部楼板不连续、竖向构件不连续(高位转换)、含加强层等不规则项，属超限高层建筑结构。

　　 为提高整体结构及关键构件的抗震安全度，对结构提出抗震性能目标并对抗侧力结构进行抗震性能化设计。性能目标的确定遵循以下原则:1)满足“小震弹性、大震不倒”;2)在结构成本增加不大的前提下，尽量提高结构构件的极限承载力;3)控制超过极限承载力的构件类型及破坏模式，保证主要承重构件不破坏、维持传力路径的主要构件不破坏、不出现脆性破坏、不出现节点破坏;4)控制超过极限承载力的构件数量;5)控制构件承载力超限的程度。

　　 根据以上原则，按照《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010)^[3](简称高规)第3.11节，性能目标设定为C级，各水准地震作用下的性能水准、层间位移角限值及结构构件的性能目标如表1所示。

　　 本工程采用YJK结构分析软件和ETABS通用有限元结构分析软件对主体结构进行小震弹性分析。

　　 YJK,ETABS主要计算结果如表2和图7所示。可见两个程序整体指标分析结果比较接近，没有出现原则性冲突或矛盾的结果，各项指标均在工程判断或规范要求范围内，说明结构模型选择合适，分析结果可信。

　　 高规第3.7.3条规定，层间位移角不宜大于1/500。本工程风荷载作用下最大层间位移角为1/440，超过高规最大层间位移角限值1/500，具体解析如下:

　　 根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)(2016年版)^[4]第5.5.1条对层间位移计算的说明“计算时，除以弯曲变形为主的高层建筑外，可不扣除结构整体弯曲变形”。也就是说对于以弯曲变形为主的高层建筑在计算层间位移的时候可以扣除结构整体弯曲变形，据此计算出的位移角则可称之为“有害层间位移角”^[5]。

　　 本工程建筑高度340.6m，结构高宽比为8.2，在风荷载和地震作用下层间位移角及楼层位移曲线如图8,9所示，可见主塔楼是以弯曲变形为主的高层建筑，层间位移角计算可以扣除整体弯曲变形。主塔楼在风荷载和地震作用下的有害层间位移角曲线如图10所示。

　　 由层间位移角曲线可知，结构有害层间位移角最大为1/4 950，远小于规范1/500的限值，也小于框架-剪力墙结构综合了试验和有限元分析结果的平均开裂位移角1/3 000～1/1 600^[4]。可见，本工程的结构刚度可以满足规范的控制目标。

　　 有害层间位移角的限值在规范中没有非常明确的定义，所以本工程在实际应用中仍采用不扣除结构整体弯曲变形的层间位移角来对结构进行控制，但对层间位移角的限值进行了适当放松，具体的限值则参考广东省超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会《关于超限高层建筑结构设计和审查若干问题讨论会》会议纪要中的建议值1/400。

　　 由于本工程结构体系特殊，存在平面、竖向不规则，且设置了加强层、转换层，为复杂超限高层结构，因此采用弹性时程分析法进行补充计算。分析采用按照建筑场地类别和设计地震分组从太平洋地震波数据库PEER选取的五组天然波及YJK软件生成的两组人工波。计算结果如表3所示。结果显示，所选时程曲线合适，结构位移及内力曲线均无异常，且结构反应平均值与CQC法基本持平，满足规范要求。

　　 高规第5.4.4条规定，剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结构应满足(G_i为第i层重力荷载设计值，H为房屋高度，EJ_d为结构的弹性等效侧向刚度)的整体稳定性要求。经计算，在重力荷载设计值作用下，主塔楼结构刚重比为2.00(X向)、1.49(Y向)，满足高规要求。

　　 由于高规第5.4.4条的整体稳定性计算方法适用于刚度和质量分布沿竖向均匀的结构，为了进一步验证结构整体稳定性，采用ETABS对主塔楼结构进行有限元特征值法补充分析，结果表明在竖向荷载作用下，结构第一平动屈曲模态的屈曲因子λ=11.34>10，满足整体稳定性要求。结构内力和位移计算时考虑P-Δ效应的影响。

　　 广东省标准《高层建筑混凝土结构技术规程》(DBJ 15-92—2013)^[6]第9.1.6条规定，在重力荷载代表值作用下，抗震等级为一级的核心筒剪力墙轴压比不宜超过0.6。经计算，若满足轴压比限值的要求，底部核心筒外墙厚度需要达到1 250mm。而本工程业主希望核心筒剪力墙厚度不超过1 000mm，为控制底部墙厚，同时提高核心筒承载力及延性，在地下4层至地上9层底部核心筒外围1 000mm厚剪力墙内设置600×18钢管予以加强(图11)，钢材材质Q345GJ，含钢率2%。根据广东省标准《高层建筑混凝土结构技术规程》(DBJ 15-92—2013)^[6]第12.4.12条，按式(1)计算得底部钢管剪力墙轴压比为0.59。

　　 式中:N为重力荷载代表值下墙肢轴压力;f_c为钢管外混凝土抗压强度;A_c为钢管外混凝土截面面积;f_c0为钢管内混凝土抗压强度;A_c0为钢管内混凝土截面面积;f_a为钢管抗压强度;A_a为钢管截面面积。

　　 双向中震组合作用下核心筒墙肢名义拉应力最大为0.24f_tk。核心筒按大震验算，能满足C级性能目标要求，其承载力和延性均留有一定储备。

　　 根据广东省标准《建筑结构荷载规范》(DBJ15-101—2014)^[7]第7.1.2条规定，珠海市香洲区50年重现期基本风压为w₀=0.80kPa，构件承载力设计时按1.1w₀采用，位移计算时按1.0w₀采用，结构阻尼比取4%;10年重现期基本风压为0.50kPa，用于结构的舒适度验算，结构阻尼比取2%。根据场地周围实际的地貌特征，地面粗糙度东侧为A类，南侧、西侧、北侧为C类(图12)。本工程建筑高度为340.6m，根据高规第4.2.7条规定进行了风洞试验。风洞试验由华南理工大学风洞实验室完成，试验风向角间隔为10°，即共分36个风向测试(图12)^[8]。

　　 风洞试验风荷载及规范风荷载作用下结构倾覆力矩对比如图13所示。可见风洞试验风荷载效应小于规范风荷载，且大于规范风荷载的80%。本工程设计风荷载采用风洞试验结果。

　　 主塔楼酒店顶层71层处峰值加速度随风向角的变化曲线如图14所示，加速度最大值22gal<25gal，满足高规第3.7.6条对办公、旅馆规定的结构顶点最大加速度限值要求。

　　 高规附录E.0.3条规定，底部大空间层数大于2层时，采用如图15所示的计算简图，其转换层下部结构与上部结构的等效侧向刚度比γ_e2不应小于0.8。

　　 根据规范思路并结合本工程特点，提出按照以下的方法计算转换层上部和下部的刚度:上部的楼层取转换层56层及以上的所有楼层，H₂=78.3m;下部楼层的层数按照最接近上部高度确定取至42层，H₁=78.3m。转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比采用剪弯刚度算法。

　　 经计算，转换层下部刚度为8.00×10⁵kN/m(X向)、1.12×10⁶kN/m(Y向)，上部刚度为1.40×10⁵k N/m(X向)、4.89×10⁵kN/m(Y向)。本工程转换层刚度比为5.71(X向)、2.29(Y向)，满足高规要求。

　　 本工程转换层本质也是一个加强层，仅是把钢伸臂桁架替换成型钢混凝土转换大梁和上部的剪力墙，从而一层两用。转换层抗侧机理如图16所示^[9]。利用酒店层的隔墙作为剪力墙，弥补了核心筒中空墙肢刚度的削弱，对于抗风也更为有利。

　　 竖向荷载和罕遇地震标准组合下，转换层范围剪力墙的受压及受拉损伤应变云图如图17所示。结果表明，56层托墙转换大梁最大拉应变小于2.0×10^-3，最大受压塑性应变大部分小于2.0×10^-3;转换层楼板最大拉应变为2.9×10^-3，最大受压塑性应变大部分小于2.0×10^-3，表明转换大梁及转换层楼板整体钢筋没有屈服，局部混凝土有一定的损伤，通过加大配置钢筋可满足性能要求。

　　 高规第3.5.3条规定，B级高度高层建筑的楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不应小于其相邻上一层受剪承载力的75%。本工程9层受剪承载力比值为0.55(X向)、0.57(Y向)。9层与10层受剪承载力比计算值偏小的原因解析如下:

　　 YJK计算程序中，剪力墙受剪承载力根据实际配筋按抗剪设计公式反算，9层核心筒受剪承载力为1.49×10⁵kN(X向)、1.64×10⁵kN(Y向)，10层核心筒受剪承载力为1.62×10⁵kN(X向)、1.61×10⁵kN(Y向)，剪力墙受剪承载力受层高改变影响不大;柱受剪承载力根据柱两端实际的受弯承载力按两端同时屈服的假定反算，即柱受剪承载力按公式V_c=(M^u+M^L)/H_n和根据实际配筋按抗剪设计公式计算取小值，受层高改变影响较大，9层层高6m，该层柱受剪承载力由柱两端受弯承载力及层高决定，柱受剪承载力计算值较小，为3.26×10⁵kN(X向)、3.31×10⁵k N(Y向)，而10层层高3.9m，该层柱受剪承载力为根据实际配筋按抗剪设计公式计算，柱受剪承载力计算值较大，为6.91×10⁵kN(X向)、7.04×10⁵kN(Y向)。因此，程序计算结果显示9层与10层受剪承载力比值不满足高规要求。

　　 实际上本工程外框柱截面较梁的大很多，框架梁先于柱出现塑性铰(详见5.7节大震动力弹塑性分析)。根据框架梁实际配筋，按梁端先出现塑性铰的假定计算柱的受剪承载力，9层为2.81×10⁴k N(X向)、2.92×10⁴kN(Y向)，10层为3.50×10⁴k N(X向)、3.69×10⁴k N(Y向)，据此计算得9层与10层受剪承载力比值为0.90(X向)、0.97(Y向)，满足高规的要求。

　　 采用PERFORM-3D及ABAQUS进行罕遇地震作用下的动力弹塑性时程分析，采用的地震波与弹性时程分析的一致。结构损伤如图18所示。结果表明:

　　 (1)罕遇地震作用下，结构仍保持直立，最大层间位移角X向为1/157,Y向为1/149，小于预定的罕遇地震作用下最大层间位移角限值1/100。

　　 (2)罕遇地震作用下的结构基底剪力约为多遇地震作用下结构基底剪力的3.6～5.3倍，说明结构部分构件进入非线性导致刚度退化减小了地震作用。

　　 (3)塑性耗能约占总耗能量的20%～30%，可认为结构在大震下基本处于弱非线性状态。在塑性能耗能中，钢筋混凝土连梁、核心筒外钢筋混凝土框架梁耗能约占总耗能的80%～90%，剪力墙耗能约占总耗能的10%～20%，钢管混凝土柱及钢斜撑基本不参与耗能。

　　 (4)混凝土连梁及混凝土框架梁基本均进入塑性状态，下部连梁和少数框架梁大部分处于轻微～轻度损伤水平;中部连梁和少数框架梁大部分处于轻度～中度损伤水平，极小部分达到严重损伤水平;上部连梁和少数框架梁大部分处于轻度～中度损伤水平。

　　 (5)塔楼钢管混凝土柱基本保持弹性;塔楼顶部小部分钢筋混凝土柱压弯受拉侧钢筋屈服，达到中度受拉损伤，大部分钢筋混凝土柱未出现轻度以上的受拉、受压损伤。

　　 (6)塔楼底部加强区、加强层及转换层剪力墙除个别墙肢出现轻度受压损伤外，其余墙肢均没有超过轻微受压、受拉损伤;一般剪力墙未出现轻度或以上的拉压损伤。

　　 (7)伸臂桁架钢梁、钢斜撑在整个分析过程中基本保持弹性。56层托墙转换大梁未出现轻微以上的受拉、受压、受剪损伤。

　　 所有结构构件均满足C级性能目标要求。

　　 本工程为超B级高度结构，由于采用加强层+高位转换层的结构形式，造成结构刚度突变，且局部竖向构件不连续，属复杂超限高层结构。设计中采用多个程序、多种分析方法进行计算分析，在满足理论计算的前提下，除按规范要求进行设计外，还采取以下加强措施。

　　 (1)加强落地混凝土核心筒

　　 考虑塔楼结构超高，核心筒的抗震等级除满足特一级的要求外，还采取以下更为严格的措施:1)控制剪力墙轴压比以保证大震时的延性，本工程剪力墙轴压比均不大于0.60(核心筒承担的底部倾覆力矩小于60%)^[6]，并在核心筒外墙中均匀配置圆钢管，形成钢管混凝土剪力墙，含钢率2.0%，以提高核心筒极限变形能力;2)适当提高剪力墙的配筋，具体如下:加强层及其相邻上下层、转换层及其相邻上下2层剪力墙水平分布筋配筋率提高至1.2%，竖向分布钢筋配筋率提高至1.0%，暗柱配筋率提高至1.4%，个别暗柱配筋率取小震或风荷载以及中震包络结果;底部加强部位水平分布筋配筋率提高至0.8%，竖向分布筋配筋率提高至0.7%，暗柱配筋率提高至1.6%;3)控制底部剪力墙在罕遇地震作用下的剪应力水平，并满足较为严格的“压弯、抗剪不屈服”的性能目标，确保核心筒在罕遇地震作用下具有较大的承载力安全度;4)伸臂桁架所在楼层及其相邻上下层、转换层及其相邻上下2层，控制剪力墙在罕遇地震作用下的剪应力水平，满足较为严格的“抗弯、抗剪不屈服”的性能目标，确保加强层及转换层核心筒在罕遇地震作用下具有较大的承载力安全度。

　　 (2)提高重要构件的抗震性能目标

　　 对外框柱、转换梁、加强层伸臂桁架、悬挑钢桁架等重要构件，除提高抗震等级外，还提出了“中震弹性，大震不屈服”的抗震性能目标。

　　 (3)加强转换层、伸臂桁架上下弦楼板

　　 加大转换层及伸臂桁架上下层楼板厚度至200mm，采用18@150双层双向钢筋网布置。保证结构即使在罕遇地震作用下，仍能保持良好的整体受力状态。

　　 万菱环球中心主塔楼是目前珠海市在建的第一高楼，采用带加强层+高位转换层的钢管混凝土柱框架-钢管混凝土核心筒结构，结构抗侧力体系复杂，通过详细的结构分析以及采取适当的构造加强措施，可确保结构达到预设的C级抗震性能目标。本工程已于2018年1月通过超限高层建筑工程抗震设防专项审查，目前正在进行桩基础施工。