兰州国芳大酒店筒中筒超限高层结构设计

1 工程概况
　　兰州国芳大酒店位于兰州市东方红广场，是兰州国际博览中心二期工程，为一五星级酒店兼商务写字楼及商场的大型超高层公共建筑。总建筑面积约 9 万 m 2 ，分主楼和裙楼两部分。其中裙楼为酒店附属用房，地下两层，地面以上九层，总高 43.4 米。主楼地下三层，为车库和六级人防兼设备用房，地面以上 39 层，由办公、客房及公共用房组成， 1-9 层层高为 4.8 米，标准层层高为 3.1 米和 3.15 米， 39 层为带夹层的旋转餐厅，层高 10 米，建筑主体高 144 米。另出屋面设有三层塔楼，建筑总高为 161.9 米，是兰州市中心繁华区内最高的一座建筑（见图 1 ）。该工程抗震设防烈度为 8 度，属高度超出现行规范规定较多的超限高层建筑。按建设部 59 号令的要求，先后通过了全国和省超限高层建筑抗震设防审查委员会对初设和施工图的抗震设防专项审查。该工程主楼和裙楼间采用了抗震缝，限于篇幅，本文仅介绍主楼部份的结构设计。
2 地基与基础
　　2.1 基础持力层的选择
　　本场地地层结构简单、稳定，建筑场地类别为Ⅱ类。各地层分布自上而下依次为 :
　　1 、杂填土：厚度 0.9~2.5m ，以粉土为主 。
　　2 、卵石层：顶面埋深约 0.9~2.5m ，厚度 4.7~9.7m 。
　　3 、砂岩层：顶面埋深 7.1~12.5m ，未穿透，表层 9m 左右强风化，地基承载力标准值 f k = 500kPa ， E 0 =45MPa ，层面由西向东有一定坡度，下部为微风化， E 0 =85Mpa 。
　　主楼地下三层，强分化砂岩层将成为基础持力层。这类砂岩有一个很大的特点就是在不受扰动的情况下有很高的承载力和变形模量，而在空气中暴露遇水后承载力和变形模量有很大降低。兰州地区高度在 100m 之内的建筑以该类强分化砂岩层为持力层已是很普遍和成功的做法，但是作为高度 144m 、基底压力设计值达 800kPa 的建筑物持力在天然地基上是否可行，成为地基选择中最关心的一个问题。通过以下的一些措施和分析计算，并经多次专家论证后，认为采用天然地基方案是可行的。
1 、加大基础埋深，将基底标高置于 -15m 左右，一方面可提高上部超高结构的抗倾覆能力，另一方面可将强分化砂岩层表面 2~3m 性能最不好的风化层剔除，且避免由于强分化砂岩层顶面有坡度而使主楼基底一半置于砂岩层表面，而另一半已处于砂岩层下一定深度。尽量使基础坐落在均匀、性能较好的强分化砂岩上。
2 、由于基础有较大埋深，经过深宽修正后的地基承载力设计值能够满足基底压力的要求。而对地基变形验算也表明，最终沉降量很小，约 55mm 。另由于基底下 2m 范围内因砂岩风化程度不同所引起的差异沉降更小，不存在整体倾斜问题，故地基承载力及变形均能满足要求。
3 、基坑开挖后进行的原位载荷试验证明设计所用地基承载力标准值是可靠的。在 5 个试验点的数据中除 2 个点位由于试验条件不好，载荷板下砂岩浸水软化导致承载力极低外，其余 3 个点位承载力很高，加载到 1900kPa 时尚可继续加载， p~s 曲线上未出现比例界限。
　　2.2 基础选型
　　根据上部荷载和地下使用功能，选用刚度较大的箱形基础（地下第三层）。内外筒间在柱网位置处设置 800mm 厚墙体，基础底板厚 1200mm 。为增大基础底面积，减小基底压力，使外筒柱轴力在基底扩散更加均匀，箱基底板和墙体在外筒柱位置向外挑出 3 米。
　　基础内力分析受到地基模型、基础模型、上部结构刚度以及各种参数条件的影响，经常使不同计算方法的结果之间有或多或少的差异。本工程通过简化手算和专业软件 BOX 的弹性地基梁方法相互配合进行多种模型下的基础内力计算，综合分析后确定设计内力。
　　主楼和裙房间在地上部分设抗震缝隔开，地下连为整体，并设后浇带解决二者不均匀沉降问题。
3 上部结构
　　3.1 结构选型及布置
　　3.1.1 结构选型
　　本工程主体高 144 米，平面布置规则，接近正方形，经技术经济分析采用现浇钢筋混凝土筒中筒结构。内筒为剪力墙（平面长宽分别为 21m 和 12.6m ），外筒由密柱高裙梁组成（平面长宽分别为 45m 和 36.6m ）。另结合建筑功能在外筒体四角处布置部分剪力墙，以增强结构抗扭刚度和外筒的整体抗弯能力。标准层结构平面布置见图 2 。
　　3.1.2 体型参数
　　为保证本工程筒中筒结构的空间受力性能和承载力，设计中对各项参数在满足建筑功能的前提下，尽量控制在合理范围内。其中：结构平面长宽比 1.23 ，结构高宽比短向为 3.9 、长向为 3.2 ，内筒高宽比长向为 12.5 、短向为 7.5 ，内筒面积占楼层面积的 16% 。外筒柱距 4.2m ，外筒标准层立面开洞率为 39% ，洞口高宽比 0.64 和层高与柱距之比 0.74 基本接近。
　　3.1.3 主要结构构件
　　外筒柱在底层为适应建筑入口的要求采用 1100x1100mm 方柱，二层至顶层则由 1400x800mm 变至 1400x600 扁柱。
　　内筒外墙在底部 500mm 厚，顶部变为 400mm 。内隔墙上下均 300mm 。为提高墙体的极限承载力和延性，对