项目概述

01-竖向多点约束

  悬臂梁模型自振模态           

02-复杂地震作用

03-复杂风荷载

04-坑底复杂地貌基础设计

由于坑内地形起伏很大，地形测绘资料不够完善，常规的测绘和基础设计方法由于复杂地貌的影响，会带来较大设计误差，甚至影响基础设计的安全性。为此，引入三维激光扫描技术，它具有高效率、高精度的独特优势，精准的测绘数据，为设计提供可靠的技术支持。三维激光扫描技术能完整并高精度的重建扫描实物及快速获得原始测绘数据，可以真正做到直接从实物中进行快速的逆向三维数据采集及模型重构，其激光点云中的每个三维数据都是直接采集的真实数据，后期处理的数据完全真实可靠。

借助三维激光扫描技术，快速获得原始测绘数据，完整并高精度的重建坑底复杂地貌三维模型，为复杂地貌基础设计提供精确完整的数据。

应用三维激光扫描技术的高效率、高精度、逼近原形的独特优势，将坑底复杂地貌情况的许多不可预见的问题提前暴露和发现。 由于坑内持力层起伏变化较大，原结构基础设计标高与现场岩面实际标高有差别。为满足基础设计要求，一方面对设计标高以上岩面采用爆破的方式，另一方面对岩面标高较低区域采用回填混凝土。由于岩面爆破无法保证开挖后完成面完全符合基础设计标高，同时爆破对边坡的安全稳定影响极大，而大面积回填混凝土又会造成工程造价的增加，如何在两种方法之间寻找合理平衡成为基础设计的关键。

三维激光扫描技术建立的三维模型能直观判断基础设计标高与实际岩面之间的相对关系。通过三维扫描得到各个基础下岩面真实情况，调整基础设计，并将调整后设计成果反馈三维模型进行检验，通过调整 —— 反馈 —— 再调整，直到基础设计安全经济。

05-崖壁稳定性

根据国家《建筑边坡工程技术规范》（ GB50330-2002 ）第 3.2.1 条：当岩体类型为Ⅰ类或Ⅱ类，边坡高度不大于 30m ，破坏后果很严重，则安全等级为一级。本项目现边坡高度达 70m ，显然超出现行规范的最高边坡规定，应属于超级边坡。

为真实反映岩体三向应力状态，建立三维实体力学模型，进行岩质边坡的三维抗震稳定性分析评价。外荷载包括深坑开挖效应、建筑物荷载、地面超载、地震作用，并考虑岩质边坡与主体结构的相互作用。类似边坡稳定二维有限元动力分析方法，采用三维动力有限元法与强度折减法相结合的方法 ， 对边坡地震作用下的动态响应特性及动态响应下的边坡失稳特性进行分析。

坑周为不规则曲边，三维模型规模较难控制，选择高 130m 、长 677.4m 、宽 626m 三维实体模型，总单元数 247867 ，总节点数 253779 ，其中坑周单元分布密集，密集范围内的单元最大尺寸不超过 2×2×2m ，密集范围内单元总数为 185729 。

真实考虑锚杆对岩体的加固作用，锚索采用二结点的杆单元模拟，对杆单元施加预拉力从而产生想要达到的预应力加载效果。计算中不考虑锚索锚固段与岩土体之间的相对滑移。计算中首先将锚索单元设为空单元，对模型施加重力求出边坡内的初始应力分布，然后激活空单元，导入初始应力场，施加静力超载和动荷载，求出在静力超载和动荷载作用下基坑的基本受力与变形特征。

基坑三维实体计算模型，静力计算时，载荷包括结构自重、各种上部结构超载等，静力载荷总体分布如图所示。动力载荷为小震及中震加速度时程。

采用锚固支护时，小震工况下基坑等效塑性应变云图如图所示，由下图可知，当折减到极限状态（安全系数 Fs=1.6 ）时，基坑等效塑性应变从坡脚到坡顶贯通，岩体达到失稳状态。

采取有效锚固支护措施，边坡在静力荷载及小震作用下稳定系数较大，有一定安全富余，在大震作用下，边坡仍能满足稳定性要求。

通过边坡稳定分析结论，对于滑动面贯穿的岩体，应布置预应力锚索，以保证岩体的整体稳定性；而对于边坡底部表面风化较为严重的岩体，则应采取锚杆和喷网支护，以保证该处岩体的局部稳定性。在施工过程中，避免使用扰动较大的施工方法，如爆破等手段。

06-结构平面不规则

由于建筑体型的原因，坑内酒店标准层平面为弯曲狭长形，两个方向刚度相差较大。通过设置抗震缝，以尽可能减少地震作用下的相互影响。并在刚度薄弱方向设置埋藏于隔墙内的钢支撑，使结构两个方向刚度匹配，大大提高结构的抗震性能，同时钢支撑的设置也对均衡两侧折线形钢柱的内力起到有利的作用。

07-结构立面不规则

针对建筑双曲面的空间造型，结构采用带支撑的折线形钢框架结构体系，其中框架柱为沿建筑曲面形态设置成分段折线形柱，结构竖向构件的传力直接、安全，同时，折线形钢管柱也便于工厂加工和现场施工。

塔 1 结构剖面图

塔 2 结构剖面图

08-坑口支座设计

主体结构在 B1 层与 F1 层设置跨越桁架并搁置于坑口大梁上，形成主体结构的顶端约束。跨越桁架可以对空间弯折的酒店主体结构以“扶持”，并与其共同整体受力，大幅提高了结构的整体刚度，跨越桁架同时也为坑内地上部分钢结构的弹性支座。

支承跨越桁架的坑口支座通过采用混凝土抗剪键、预应力锚索等方式与坑口岩体紧密连接，有效的将坑口的水平力传递至坑上土体。同时考虑坑口支座的重要性，设计时满足大震不屈服性能目标的要求。

坑口基础地梁为条形基础，基础持力层为中风化基岩 , 岩石承载力特征值为 1700kPa 。基础梁上设置一圈混凝土挡土墙，起到围护和挡土作用并加强支座所在部位的刚度 , 基础梁和外围地下室底板连成整体，满足作为地上 2 层钢框架结构嵌固支座的要求。条形基础主要由基础地梁、型钢支座预埋件、钢筋混凝土挡墙、岩石预应力锚索、混凝土抗剪键、基础排水管等组成。

09-异形节点设计

根据建筑师的要求，钢管混凝土柱的直径仅为 600mm ，考虑钢管混凝土柱的钢管径厚比要求，钢管混凝土柱极限承载力已为定值，从结构安全性出发，在满足建筑师要求的前提下，利用建筑隔墙，对圆钢管柱进行局部加强，使钢管柱加强端隐藏在建筑隔墙内。既满足建筑使用功能，又满足结构安全。

由于本工程带支撑钢框架的设计特点为上、下两点支承，上支承点通过跨越桁架端竖杆件、端斜杆以及端下弦杆交汇处的节点与坑顶固定铰支座全熔透焊接连接，考虑到跨越桁架的设计性能目标为大震不屈服，怎样合理地设计此桁架相连节点，将杆件在大震作用的内力有效、直接得传递至基础梁上的固定铰支座，成为跨越桁架杆件节点设计的关键问题。

此异形钢管混凝土柱在各荷载组合下的轴力 - 弯矩曲线计算结果如图所示，验算结果表明，满足设计要求。

异形钢管混凝土柱的 ANSYS 几何模型如图所示，异形钢管混凝土柱高度为一层楼高。假定模型的边界条件为底板固接，顶部约束水平约束，模拟楼板、钢梁以及钢支撑对钢管砼柱的约束。

10-施工模拟分析

在整个施工过程中结构是一个时变体系，结构的材料参数、几何参数、荷载边界条件都随施工进程而改变，结构竣工状态的内力和变形也是各施工步骤效应的累积结果，与施工过程和时间效应密切相关。施工过程分析是建筑结构设计的重要内容，目前国内外对传统悬臂型结构体系施工模拟分析已经较为成熟，但由于现场施工条件的局限性，在施工过程中无法同时达到两点支承（即刚度一次形成），故本工程的施工模拟分析尤为重要。

在结构设计时，一次性加荷作用是设计考虑有性能目标的计算荷载，而施工模拟的荷载重现期是 10 年，不考虑地震作用及支座强迫位移，支撑也不考虑往复作用，故施工模拟较一次性加载的构件应力比虽有增大，但幅度有限，基本都在 10% 以内（除个别构件应力比较小的增幅较大外）。但施工模拟下的所有构件应力比计算都是基于在不考虑地震作用下的比较，且荷载按等效均布荷载考虑。最终设计应根据原有设计的应力比，再考虑施工模拟的不利影响的程度，对相应构件进行局部加强或采取其他措施消除施工模拟的影响。

从计算分析结果看：在楼板浇筑之前，构件应力处于非常小的状态，水平位移也非常小，结构在跨越桁架合拢之前的最大位移不超过 20mm 。

释放临时约束并完成所有楼板浇筑之后，构件应力、位移都有所增加，但都处于可控范围内。结构的位移和应力水平较框架与楼板同时施工方案有很大改善。

在结构设计时，一次性加荷作用是设计考虑有性能目标的计算荷载，而施工模拟的荷载重现期是 10 年，不考虑地震作用及支座强迫位移，支撑也不考虑往复作用，故施工模拟较一次性加载的构件应力比虽有增大，但幅度有限，基本都在 10% 以内（除个别构件应力比较小的增幅较大外）。但施工模拟下的所有构件应力比计算都是基于在不考虑地震作用下的比较，且荷载按等效均布荷载考虑。最终设计应根据原有设计的应力比，再考虑施工模拟的不利影响的程度，对相应构件进行局部加强或采取其他措施消除施工模拟的影响。

总结

“深坑酒店”在负80米的坑中建造，化腐朽为神奇，创造全球人工海拔最低五星级酒店的世界记录。本项目遵循自然环境、反向天空而向地表以下开拓建筑空间的建筑理念成为人类建筑设计理念的革命性创举。本项目在设计和建设施工中解决了诸多工程建设难题，使其成为当代新科技与工程技术的结晶。美国国家地理频道《伟大工程巡礼》全程跟踪记录报道，也充分体现了本项目的难度和关注度。作为世界上第一个建在废石坑里的五星级酒店，“深坑酒店”无疑是今日全球独一无二的奇特工程！