1 工程概况

　　 上海合作组织青岛峰会新闻中心位于青岛市市南区，东海路南侧，青岛海昌极地海洋世界西侧。距离海岸仅不足200m, 如图1所示。

　　 图1 总平面图 

　　  

　　 本项目总建筑面积约3.54万m²,其中地上建筑面积约1.77万m²,地下建筑面积约1.77万m²,地下2层，地上3层；地下2层层高4.1m, 地下1层层高5.6m; 1层层高5.7m, 因2,3层标高呈阶梯形，且屋面为坡屋面，2层层高4.5～10.1m, 3层层高4.5～5.5m。地下主要功能为设备机房及停车库，地上功能主要为展厅、办公、报告厅、阅览等。结构平面东西方向最长约110m, 南北方向最长约95m, 建筑屋面由16个斜面拼合而成，屋面最高点标高24.1m, 最低点标高-2.7m, 主要屋面高度小于24m, 如图2所示。通过屋面角部抬高，创造出与地平面倾斜的连线，加之退台式的景观屋面，形成一个类似山峰一样的造型，称之为“山尖之峰”。这些造型形成了底部内收，上部外倾的形状。

　　 图2 效果图及屋面标高 

　　  

2 结构选型

　　 本项目地上功能主要为展厅、办公、报告厅、阅览等，因此竖向构件的数量要求尽量少而优。而建筑体型又较复杂，需选择合理的结构体系以满足功能及形体需求。结合本项目建筑功能及形体特点，提出了两个方案供比选，方案一为钢筋混凝土核心筒-悬臂空间桁架结构 ^[1],方案二为框架-剪力墙结构 ^[2]。

2.1 钢筋混凝土核心筒-悬臂空间桁架结构

　　 钢筋混凝土核心筒-悬臂空间桁架结构(图3)主要设计思路是为满足建筑大空间的使用功能需求，利用结构自承重体系，采用最少的竖向承重构件，仅设置少量的核心筒和竖向结构柱。为保证结构的整体稳定性，结合建筑功能均匀布置5个钢筋混凝土核心筒，此5个核心筒与少量的框架柱组成主要的竖向受力构件。在屋面3个倾斜外伸范围，设置3榀环形空间桁架同钢筋混凝土核心筒有效连接锚固，竖向荷载通过空间桁架传导至钢筋混凝土核心筒。水平构件主要为连接空间桁架的网格钢梁+混凝土楼板，网格钢梁的跨度为3～6m。此方案展厅内仅有少量的空间桁架斜腹杆，空间使用效果较好。但因建筑体型复杂，此方案存在扭转不规则、楼板不连续、刚度突变、尺寸突变、承载力突变、错层等多项不规则类型，导致结构为超限结构 ^[3],设计难度大，工程成本超出预算较多，经济性较差。

　　 图3 钢筋混凝土核心筒-悬臂空间桁架结构 

　　  

2.2 框架-剪力墙结构

　　 框架-剪力墙结构(图4)主要设计思路是在不改变建筑形体及尽可能满足建筑使用功能的前提下，为减少结构不规则类型，避免结构超限，降低工程成本，设置适量的均匀稀疏框架柱与4个钢筋混凝土核心筒组成框架-剪力墙结构体系 ^[4],通过设置与核心筒有效连接的拉梁并结合斜柱减小悬挑跨度，通过归并楼盖标高，设置二次结构来规避错层、楼板不连续等不规则项。此方案仅存在扭转不规则及尺寸突变(大悬挑)两项不规则。

　　 图4 框架-剪力墙结构 

　　  

2.3 结构体系对比

　　 从经济性，设计、施工难度，建筑体型和功能完成度等角度出发进行对比分析，如表1所示。综合考虑框架-剪力墙结构更优，最终结构体系采用框架-剪力墙结构。

　　 结构方案对比 表1

对比指标	钢筋混凝土核心筒- 悬臂空间桁架结构	框架-剪力墙结构
结构是否超限	是	否
经济性	差(预估用钢量250kg/m2)	优(预估用钢量100kg/m2)
设计、施工难度	高	低
建筑体型完成度	优(基本吻合)	优(基本吻合)
建筑功能完成度	优(无柱空间)	良(少量结构柱可见)

 

　　  

2.4 基础选型

　　 本工程两层地下车库，基底标高为绝对标高4.5m, 持力层为强风化花岗岩，承载力特征值f_ak=1 000kPa。本项目场区稳定性较好。核心筒下采用筏板基础，筏板厚度400mm, 其他区域采用柱下独立基础，地库底板采用300mm防水底板。

2.5 楼盖选型

　　 本项目嵌固端选取地下室顶板。为充分利用楼板刚度，1层楼盖采用主梁+厚板结构形式 ^[5],板厚取220mm。2层及以上采用主梁+网状次梁楼盖体系，一个柱跨内设置3～5道网状次梁，板厚取130～150mm。

3 结构计算分析及设计

3.1 设计基本参数

　　 根据《建筑工程抗震设防分类标准》 (GB 50223—2008) ^[6]6.0.4条，本工程建筑抗震设防分类为重点设防类。设计使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级。

3.2 风荷载及地震作用

　　 青岛地区50年重现期基本风压为0.6kN/m²,本项目外立面体型较复杂，风荷载体型系数取1.4,因项目距离海岸不足200m, 地面粗糙度类别为A类。

　　 图5 结构布置图 

　　  

　　 根据《中国地震动参数区划图》(GB 18306—2001),青岛抗震设防烈度为6度，考虑本项目的复杂程度，按提高一度进行设计。基本地震加速度取0.10g,地震设计分组为第二组，场地土类别为Ⅱ类，特征周期值为0.45s。

3.3 结构布置

　　 本工程平面均匀设置4个钢筋混凝土核心筒作为抗侧力构件，核心筒墙体厚度采用300mm, 如图5所示。竖向构件混凝土强度等级采用C40～C50,梁板混凝土强度等级采用C35。地下车库柱网尺寸为8.4m×8.4m, 地上标准柱网尺寸为16.8m×16.8m, 局部柱网跨度为23m。地上斜柱为圆柱，截面直径为1.2～1.4m, 地上其他圆柱截面直径为0.9～1.4m, 地上方柱截面尺寸为0.7m×0.7m～1.1m×1.1m。框架梁高度为0.8～1.5m。地面以下的圆端形柱为地上斜柱落到地下后与相邻竖向圆柱合并而成，截面尺寸为1.2 m×2.2 m(H×B,见图5(b)),1.4 m×2.4m(H×B,见图5(b))。

3.4 结构设计难点

　　 本项目存在跨度大、体型复杂、大悬挑、错层、倾斜屋面等复杂问题。具体如下：1)屋顶为斜面，屋面标高从室外地面-0.4m标高一直变化到21.7m标高；2)内部空间复杂，平面标高较多，存在局部错层；3)平面跨度较大，个别位置跨度达到23～25m; 4)东北角(斜柱倾斜角度54°,56°)、东南角(斜柱倾斜角度53°)、西南角(斜柱倾斜角度57°)存在下部内收，上部外倾造型；5)部分区域悬挑长度较大，从斜柱根部算起，最大悬挑长度约23m。

3.5 结构计算分析

　　 本项目嵌固端取在地下室顶板，抗震等级：剪力墙为二级，框架为三级。

　　 本项目采用YJK软件(版本YJK-A1.5)和MIDAS Gen软件进行计算分析。计算所得结构整体指标如表2所示。计算结果表明，结构整体指标满足规范要求，两个软件的计算结果基本吻合，说明计算结果有效，结构体系及布置较合理。

　　 YJK和MIDAS Gen计算结果比较 表2

分析软件		YJK	MIDAS Gen
总质量/t		79 038.8	79 373
计算振型数		261	270
周期(振动形态)/s	T1 T2 T3	0.52 (X向平动) 0.47 (Y向平动) 0.38 (扭转)	0.51 (X向平动) 0.46(Y向平动) 0.37 (扭转)
T3/ T1		0.727 6	0.723 5
基底剪力/kN	X向 Y向	21 938 22 202	22 157 23 027
地震作用下倾覆力矩 /(kN·m)	X向 Y向	524 842 530 033	530 081 549 728
剪重比	X向 Y向	3.162% 3.201%	3.185% 3.303%
风荷载作用下最大层间 位移角(楼层)	X向 Y向	1/9 999(4) 1/9 999(4)	1/8 767(4) 1/9 999(4)
地震作用下最大层间 位移角(楼层)	X向 Y向	1/ 3 153(4) 1/2 809(4)	1/3 611(4) 1/3 157(4)
偶然偏心下最大扭 转位移比(楼层)	X向 Y向	1.34(3) 1.35(3)	1.15(3) 1.38(3)

 

　　  

3.6 立面外倾造型结构设计

　　 本项目建筑的东北角、东南角、西南角存在较大的外倾造型，从首层建筑轮廓到屋顶外轮廓的投影尺寸为17～23m, 倾角为53°～57°,如图6所示。

　　 图6 建筑外倾造型实景照片 

　　  

　　 为实现外倾造型，结构采取斜柱+拉梁并结合悬挑梁 ^[7]的结构方式(图7),即有效减小了结构悬挑的尺寸，又在保证结构稳定性和抗震性能的前提下，尽可能地满足了建筑体型要求。

　　 图7 斜柱+拉梁结构体系  

　　  

　　 在外倾造型处设置斜柱，斜柱采用直径1.2～1.4m内置钢管的叠合柱，钢管直径0.6～0.8m。斜柱与内侧框架柱及核心筒之间设置拉梁，拉梁内置H型钢，型钢伸入核心筒内一跨，保证有效传递水平力。斜柱、拉梁、内侧框架柱均内置型钢，提高了构件的延性和抗震性能。

　　 在竖向荷载作用下，结构传力途径可简化为三角架，斜柱受压，水平梁受拉，拉力传递到相邻剪力墙核心筒，转换为核心筒上的剪力并传递到基础。

　　 图8 模型及挠度计算 

　　  

　　 在模型中准确输入斜柱、拉梁的标高及倾斜角度，以求最精确地模拟结构实际受力情况(图8)。对于斜柱、拉梁及大悬挑构件考虑竖向地震作用，并进行包络设计。经计算，大悬挑位置梁端挠度较大，为控制挠度，大悬挑梁按4‰起拱。根据施工完后现场实测反馈，大悬挑梁的挠度得到了有效控制，满足挠度限值和幕墙施工精度要求。

3.7 楼面错标高结构设计

　　 本项目功能多样，且大多是开敞式空间。为彰显空间的层次感，建筑将各功能空间设计为标高不同的阶梯式平面。

　　 建筑平面高差较大，为避免结构出现大量错层，采用斜楼盖体系并结合一次结构上升二次结构的方式，配合发泡混凝土填充以达到减小高差的目的，如图9所示。通过这些措施避免结构错层，提高了结构整体性，并保证了水平力的有效传递。

　　 图9 错标高结构设计剖面  

　　  

3.8 阶梯式屋面结构设计

　　 本项目屋面功能很好地结合了自然、景观及建筑等诸多元素，屋面的西北角被降低并连接公共空间，其余3个角被抬高，屋面被设计为退台式的景观平台，为城市营造出了一个开放式的看海空间。退台式阶梯屋面采取一次结构上升二次结构的方式来实现，如图10所示。

　　 图10 台阶式屋面剖面图  

　　  

　　 屋面平面尺寸约110m×84m, 屋面最高点与最低点高差约21.5m, 一次屋面结构由16个三角形斜面拼合而成。在计算模型中按实际输入坡度及主要控制点标高，以得到最精确的计算结果。

　　 为提高屋面二次结构抗滑移安全储备，采取了如下措施：1)二次结构柱纵筋锚入屋面结构内并满足锚固要求；2)在二次结构柱下设置柱墩，柱墩与屋面结构之间设置抗剪钢筋；3)柱墩与一次结构屋面整体浇筑，不留施工缝。

4 构件及节点设计

4.1 斜柱设计

　　 在竖向荷载作用下，斜柱受压，斜柱周边的框架梁及楼板受拉，传力方式如图5,7所示。对斜柱进行了竖向荷载基本组合工况下的手算复核。按受力负荷面积计算斜柱在各楼层交点处的竖向力，通过构建单榀简化计算模型，计算各杆件的内力。按压弯构件复核斜柱受力及配筋，按轴心受拉构件复核拉梁配筋，并加强拉梁通长纵筋及腰筋。

　　 通过内力分析确定，在竖向荷载作用下，斜柱除承受轴力外，还会承受很大的弯矩，为提高斜柱的延性及抗震性能，采用内置钢管的叠合柱 ^[8],叠合柱轴压比控制在0.4以内。钢管保护层厚度300mm, 钢管壁厚30mm, 含钢率4.7%。为保证钢管内混凝土的密实度，钢管内的混凝土采用自密实混凝土浇筑，叠合柱采用复核配箍形式 ^[9],如图11所示。

　　 图11 叠合柱截面图 

　　  

4.2 型钢节点设计

　　 因本项目的复杂性，节点设计的主要难点为梁柱夹角大多非直角，对钢构件的设计、加工精度要求较高。

　　 柱上设置环板与型钢梁刚接连接(图12(a)),梁柱纵筋遇型钢不能贯通或锚固长度不足时，与型钢上连接板焊接。斜柱根部与垂直柱相交于1层梁板，斜柱内钢管与垂直柱内钢管于相交处相贯焊接(图12(b)),斜柱纵筋锚入地下圆端形柱内。

　　 图12 型钢节点剖面图  

　　  

4.3 多梁节点设计

　　 本项目存在多根梁相交于斜柱的情况，对于此类多梁节点，重点需要解决交叉梁纵筋碰撞导致锚固长度不足的问题。

　　 通过在多梁节点柱顶设置环梁 ^[10](图13)的方式来解决钢筋锚固长度不足的问题。在节点处围绕框柱周边设置宽度为800mm的环梁，环梁纵筋封闭成环，梁内侧环筋放置在框架柱内。框架梁底筋至少有4根贯通，不能贯通的梁底筋至少伸至柱中且满足锚固长度要求。框架梁顶筋能通则通，不能贯通的顶筋伸至环梁内侧弯锚勾住环梁内侧顶筋，且满足锚固长度要求。

　　 图13 环梁节点 

　　  

5 结语

　　 (1)为了提高本项目的抗震性能，本项目抗震设防烈度按照提高一度设计。

　　 (2)将建筑的4个交通核设置为钢筋混凝土核心筒，核心筒通过拉梁与3个角部斜柱相连，有效承担了结构在竖向荷载及水平地震作用下的水平力。斜柱、拉梁及内侧相邻框架柱均内置型钢，提高构件的延性和抗震性能。

　　 (3)地面以上楼板厚度取120～150mm, 均采用双层双向配筋，增强结构的整体性，提高楼盖刚度。

　　 (4)采用二次结构形式避免楼板错层，并保证楼板高差小于梁高度，保证水平力有效传递。

　　 (5)斜柱均采用叠合柱，轴压比控制在0.40以内。大悬挑构件考虑竖向地震作用。