日照华润中心项目是集高端商业、餐饮、娱乐、酒店、办公、住宅于一体的城市综合体项目。本项目商业二期位于日照市东港区新城区淄博路与烟台路交汇处, 包括14#-A塔楼及14#-E商业裙房, 主要功能为酒店、办公。总建筑面积为15.47万m², 地上建筑面积11.56万m², 地下建筑面积3.91万m²。

　　 14#-A塔楼地上50层, 屋面高度176.15m (嵌固层以上高度为182.6m) , 地下3层, 为车库及设备用房。1～9层为酒店用房, 10层及以上为办公用房, 地下室层高为3.6m, 标准层层高为3.1m;14#-E商业裙房屋面高度为23.9m, 共6层。工程效果图如图1所示。

　　 14#-A塔楼采用框架-核心筒结构体系, 典型层结构平面布置见图2。14#-E商业裙房为考虑二道防线采用框架-剪力墙结构体系, 裙房典型层结构平面布置见图3。 14#-A塔楼中1～2层框架柱截面尺寸为1.5m×1.7m, 钢管直径ϕ1 000, 钢管管壁厚度为40mm;3～9层框架柱截面尺寸为1.3m×1.5m, 钢管直径ϕ900, 钢管管壁厚度为40mm;10～32层框架柱截面尺寸为1.2m×1.5m, 钢管直径ϕ800, 钢管管壁厚度为20～40mm;33～38层框架柱截面尺寸为1.2m×1.3m;39～44层框架柱截面尺寸为1.2m×1.0m;45～50层框架柱截面尺寸为1.0m×1.0m。

　　 根据《建筑抗震设计规范》 (GB 50011—2010) ^[1]、《高层建筑混凝土结构技术规程》 (JGJ 3—2010) ^[2] (简称高规) 和《超限高层建筑工程抗震设防审查技术要点》^[3]的有关规定, 本工程塔楼结构高度182.6m, 超过B级高度, 存在扭转不规则、楼板局部不连续不规则项, 存在穿层柱及裙房部分转换梁柱局部不规则超限项;结构性能目标设定为C级, 构件抗震性能目标见表1。

　　 本工程选用YJK进行小震弹性分析, 采用ETABS进行计算复核。设防烈度为7度 (0.10g) , 场地类别为Ⅱ类, 设计地震分组为三组, 特征周期为0.45s;剪力墙抗震等级为特一级, 框架抗震等级为一级;嵌固端取在1层, 考虑偶然偏心地震作用、双向地震作用、扭转耦联以及施工模拟加载的影响。

　　 两种软件计算结果详见表2。通过对比可以看出, 两个软件计算结果相近, 说明计算结果合理、有效, 计算模型符合结构的实际工作状况。结构周期及位移符合规范要求, 构件截面取值合理, 结构体系选择恰当。

　　 根据高规第4.3.5条要求, 选用5条天然波和2条人工波进行小震弹性时程分析, 并与振型分解反应谱法计算结果进行比较。地震加速度最大值为0.35cm/s², 持续时间为40s。评估结果采用平均值, 计算结果见表3。

　　 小震弹性时程分析的结果表明:7条地震波计算所得底部剪力平均值大于振型分解反应谱法计算值, 对于14#-A 塔楼, 地震作用效应取时程计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值, 小震弹性分析计算时地震作用放大系数取1.06倍;小震弹性时程分析所得的最大层间位移角, X向为1/728, Y向为1/689, 满足规范要求。

　　 14#-A 塔楼在小震作用下整体结构及所有结构构件满足要求。

　　 按照设定的性能目标要求, 需要对中震、大震作用下关键构件的承载力进行复核, 确定其达到设定的构件性能指标, 具体计算参数见表4, 计算结果见表5。

　　 经计算分析, 中震、大震作用下, 关键构件及普通构件截面抗剪满足性能目标要求, 抗弯不超筋;耗能构件截面抗剪满足性能目标要求, 仅部分抗弯超筋, 表明构件截面尺寸满足要求。

　　 钢管混凝土叠合柱是在钢筋混凝土柱中部设置钢管混凝土的一种叠合构件, 其在工作过程中, 钢管对混凝土产生约束作用, 使钢管内部混凝土处于三向受压状态, 延缓内部混凝土纵向裂缝的发育, 从而使钢管内部混凝土的抗压强度和受压缩变形能力得到显著提升, 并且钢管内部混凝土对钢管起到支撑作用, 增加了结构的几何稳定性, 在一定程度上避免了结构发生失稳破坏, 大大改善了结构的塑性和韧性, 增强了柱的承载能力和抗震性能。

　　 本项目设计初期采用传统钢筋混凝土柱, 1层计算要求框架柱截面尺寸为2.2m×2.2m, 由于1层主要建筑功能为酒店大堂和上部办公大堂, 2.2m的框架柱截面尺寸对建筑的空间感觉和使用感影响较大, 后期采用钢管混凝土叠合柱, 在满足计算要求的条件下, 1层框架柱截面尺寸减小为1.5m×1.7m, 提高了建筑的空间感觉和使用感。

　　 在上部荷载相同的情况下, 钢管混凝土叠合柱和型钢混凝土框架柱与传统钢筋混凝土柱相比, 均能达到减小框架柱截面尺寸、更好地满足建筑使用功能的要求。但就经济性而言, 钢管混凝土叠合柱中的钢管对混凝土有约束作用, 从而使钢管内部混凝土的抗压强度显著提升, 当上部荷载和框架柱截面尺寸相同时, 在满足轴压比要求的条件下, 钢管混凝土叠合柱的含钢率为型钢混凝土框架柱含钢率的35%, 降低了工程造价。

　　 本工程塔楼自地下2层～地上32层框架柱均采用钢管混凝土叠合柱, 其中31, 32层框架柱中钢管为构造延伸, 计算模型将31及32层钢管输入模型和不输入模型进行包络设计;33层及以上为传统钢筋混凝土柱。

　　 钢管混凝土叠合柱的柱脚节点设计时, 综合考虑结构嵌固端选取部位、柱下基础选用大小及《钢管混凝土叠合柱结构技术规程》 (CECS 188∶2005) ^[5]第8.4节要求, 采用图4所示的形式。

　　 钢管混凝土叠合柱梁柱节点设计时, 考虑到本工程建筑功能为酒店、办公及公寓, 梁柱节点采用钢管开孔使梁纵筋穿入钢管的形式, 由于实现梁柱节点处梁纵筋贯通钢管在现场施工时难度较大, 本工程采用图5、图6所示形式施工, 由于钢管混凝土叠合柱在开孔处产生削弱, 在其开孔标高处增加补强环板形式, 本施工过程满足节点处梁纵筋的锚固要求。

　　 本项目顶部10层建筑功能为公寓, 其夹层结构的梁和柱采用的是二次结构。若采用一次结构, 即在主体结构施工的同时, 夹层结构的梁和柱同步施工, 会占用主体结构施工周期, 导致项目的工期较长, 工程成本较大。而本项目采用二次结构, 即把夹层结构的梁和柱作为二次结构设计, 在主体施工时可直接插入, 不会影响主体结构的施工工期。且如果按一次结构考虑, 在结构设计时会产生短柱效应, 对结构抗震不利, 结合以上因素, 本项目按二次结构施工夹层结构, 夹层结构与竖向构件的连接按柔性连接考虑。

　　 目前, 我国对Loft夹层结构的选型一般有木结构、混凝土结构以及钢结构。其中木结构虽然具有自重轻、绿色环保、造型美观、施工方便等优点, 但由于其耐久性、抗火性、防腐蚀性差, 维修周期和使用寿命较短等缺点, 很少用于夹层二次结构中。而混凝土结构的自重较大, 施工周期较长, 也不是理想的二次结构形式。钢结构尤其是钢桁架轻型复合板由于其自重轻、塑性与韧性较好、加工成型容易和密封性好等优点广泛应用于Loft二次结构中。作为目前常用的混凝土夹层和钢结构夹层两种结构形式, 通过计算模型考虑夹层对整体计算的影响, 由图7～9可知, 从楼层剪力、层间位移角、位移比三个参数上看出钢结构夹层对整体计算是更有利的, 因此本项目中采用钢结构夹层。

　　 本项目公寓层建筑功能需求不能布置斜梁, 致使核心筒内主要的连梁上都搭设一道跨度和荷载均较大的次梁 (图10) , 对连梁受力不利, 要确保在小震和风荷载作用下连梁受弯、受剪、受扭都在弹性状态, 在大震作用下连梁出现塑性铰后, 大跨次梁不应脱落连梁而出现坍塌, 为验证上述性能目标, 对连梁进行了小震和大震作用下的应力分析。同样因建筑 (图11) 和机电功能需要, 外框梁与核心筒交接处的走廊部位, 梁高只能做550mm高, 走道以外的梁高700mm, 使核心筒支座部位外框梁断面高度小了150mm, 形成缺口梁, 使梁的受弯和受剪承载力均降低, 且变截面处存在应力集中, 对结构受力不利, 要确保在小震和风荷载作用下缺口梁受弯、受剪都在弹性状态, 在大震作用下缺口梁端即使出现塑性铰后, 缺口梁不应脱落连梁出现坍塌, 为验证上述性能目标, 对缺口梁也进行了大震作用下的应力分析。

　　 通过对连梁和次梁相交处节点应力分析得出的小震和大震作用下的钢筋和混凝土的应力图 (图12～15) 可以看出, 连梁节点在小震作用下钢筋和混凝土的应力均较小, 受弯、受剪、受扭均处于弹性状态;大震作用下, 连梁节点在支座处混凝土压溃, 但纵向钢筋应力最大为288.854MPa, 梁纵筋应力小于钢筋强度, 未发生屈服。为防止大震时次梁掉落问题, 此节点增加了伸进支座剪力墙的吊筋, 吊筋锚入两侧剪力墙内L_ae的长度, 如图16所示。配筋量A_s的吊筋竖向承载力分量大于次梁端部的剪力P, 既P<2A_sf_ycosα, 且次梁的上下纵筋在连梁内的锚固加强, 均采用135°拉钩勾住连梁的纵向受力钢筋并斜向锚入连梁混凝土内, 即使在连梁钢筋保护层脱落的情况下, 确保次梁的上下纵筋在连梁内锚固有可靠的保证, 这样就确保了在大震作用下大跨次梁不会脱落连梁而产生坍塌。

　　 通过大震作用下缺口梁混凝土和钢筋的应力图 (图17, 18) 可以看出, 缺口梁支座节点的混凝土处于临界状态, 钢筋处于弹性状态, 变截面处钢筋和混凝土均处于弹性状态, 考虑到在受力增大部位断面有削弱, 该部位需要适当加强, 为增加支座处的缺口梁抗剪承载力, 将计算和构造不需要的支座处梁底纵筋45°弯起锚入剪力墙支座;另为防止变截面处混凝土崩裂, 在变截面处加设一道直径为16mm的箍筋, 该箍筋连接采用焊接方式。此节点做法如图19所示。

　　 通过对结构进行小震反应谱分析、小震弹性时程分析、中震等效弹性分析、大震弹塑性性能分析, 对核心筒底部加强区剪力墙按抗剪中震、抗剪弹性、抗弯不屈服进行性能化设计, 对框架柱全高按抗弯中震不屈服、抗剪中震弹性进行性能化设计。本结构采用钢管混凝土叠合柱, 比型钢混凝土柱节省型钢35%左右, 有较好的经济性;本项目对特殊存在的核心筒支承较大跨度次梁的连梁和外框梁在核心筒周边存在的缺口梁进行节点应力分析, 根据应力分析结果采取了相应加强措施。该框架-核心筒结构能够满足结构抗震性能目标的要求, 结构是安全可靠的。