宋九祥 刘金龙 沈 伟
(南京长江都市建筑设计股份有限公司，江苏 南京 210002)
1 工程概况
项目位于上海北外滩广场乍浦路西侧，天潼路和北苏州路之间，功能为五星级酒店。地下4层，地上10层，总建筑面积7.3万m2，地上4.3万m2，地下3.0万m2，-4层～-1层层高为3×4.5 m，5.8 m，底层层高5 m，2层层高5.4 m，3层层高4.8 m，标准层层高3.4 m，结构高度39.4 m，采用框架—剪力墙结构。建筑效果图如图1所示。典型平面布置如图2所示。
本工程建筑结构的安全等级为二级，设计使用年限50年。建筑抗震设防为标准设防类。基础采用钻孔灌注桩基础，基础设计等级为甲级，建筑桩基设计等级甲级。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组第一组，场地土类别为Ⅳ类，设计特征周期Tg=0.90 s。基本风压0.55 kN/m2(50年一遇)，地面粗糙度类别C类。基本雪压0.20 kN/m2(50年一遇)。
规划与方案，对项目的历史延续、建筑层次关系、高度退让、功能划分等要求极高，同时为了后续使用运营要求，项目在原9层基础上增加至10层以扩大客房数量，客房标准层层高压缩至3.4 m，走道净高要求达到2.6 m以上，无论是满足规划与方案要求的层次退让、功能使用，还是满足使用功能要求的净高，对结构设计都提出了巨大挑战。
针对该项目的各项要求，结构项目组经过深入讨论、细致研究，最终确定“尊重原创、完美呈现”这一设计思想，并贯穿设计全程。下面针对结构设计的关键技术应用进行介绍。
2 多种转换技术应用
项目1层～3层主要功能为大厅、宴会、会议、餐厅、泳池等，需要大跨度空间，轴网10.4 m～15.6 m不等，4层以上主要功能为客房，标准层层高仅3.4 m，走道净高要求2.6 m，4层以上需采用小轴网结构，减小梁跨、梁高，以满足室内净高要求。
针对项目特点，对以下采用了构件转换措施：
1)宴会厅顶桁架转换。
3层宴会厅顶20.8 m跨度，4层以上为小轴网结构，需进行构件转换。经过梁式与桁架式两种转换型式对比，该处选用了桁架式转换，具有以下优点：
a.有限刚度：桁架式转换较梁式转换刚度小，有利于缓解结构刚度与质心的偏心程度。
b.空间利用：桁架式转换使得4层转换区域空间得以连通，增加了建筑使用面积。
三维计算模型如图3所示。
2)4层梁式转换。
4层为大小轴网交界楼层，轴网10.4 m位置，结构主要采用了梁式转换，进行大小轴网过渡。三维计算模型如图4所示。
3)斜撑转换。
5层～6层中庭缩小，立面退台内收，结构结合建筑内中庭顶部造型，采用斜撑转换，解决受力及梁高限制要求。三维计算模型如图5所示。
4)斜柱转换。
4层～7层局部存在退台，收进尺寸在0.8 m左右，结构采用斜柱转换，既解决了梁式转换根部抬柱容易产生的梁截面抗剪不足问题，同时也因为没有过大的转换梁而增加了室内使用空间。三维计算模型如图6所示。
3 刀把梁、缺口梁等新型构件应用
正常梁设计应该是等截面，或者中间截面大于支座截面(如鱼腹梁)，但本项目4层轴～Ⓕ轴交②轴～⑤轴，竖向跨度为10.4 m，因走道位于跨中部位，净高要求2.6 m以上，扣除设备、吊顶占用空间以后，5层③轴～⑤轴梁跨中高度需不大于500 mm。
为解决该问题，结构采用了一种新型梁截面：跨中缺口梁，即保持跨中梁高满足建筑净高要求下，加大两边支座附近截面，此类梁跨中弯矩较等截面梁变小，支座弯矩较等截面梁变大，受力分析示意如图7所示。在设计过程中按照实际情况将跨中缺口梁截面分三段输入模型进行计算。
5层②轴因框架梁跨越室内，室内净高要求梁截面高度不大于450 mm，参照图7所示结构受力，该处采用了刀把梁形式，即加高室外梁截面，提高其刚度及荷载承担能力，而降低室内梁截面，减小其截面弯矩，提升室内净高。三维计算模型如图8所示。
4 小震弹性分析及弹性进程分析校核
小震弹性分析是结构设计的重要部分，结构刚度是否均匀、结构布置是否合理，在很大程度上决定了结构在中震、大震作用下的性能。本工程采用SATWE软件分析，小震下模型周期、位移如表1，表2所示。
表1 结构周期
整体计算Tt/T1=0.84<0.90，满足规范[3]要求。
表2 结构位移和位移比
所有模型最大层间位移角均满足规范[3]1/800限值要求，位移比均不大于1.40。由于项目存在竖向构件不连续、扭转不规则、开大洞等不规则项，选取了上海当地时程四波中的USER2,USER3,USER4进行校核，计算结果表明，两者变化规律大致相符，但弹性动力时程反应略大，建筑物上部由USER3产生的楼层剪力略大于由CQC法计算的层间剪力，根据GB 50011—2010第5.1.2.3条要求取时程法的包络值和振型分解反应谱法的较大值，在施工图设计过程中，将考虑动力分析的结果，对全楼地震剪力进行放大。
5 抗震性能化设计
为保证各转换构件、穿层柱、底部加强部位墙肢等关键构件具有适宜的承载力、延性和抗震安全储备，项目进行了抗震性能化设计，关键构件性能目标如表3所示。
表3 结构抗震性能目标设定
6 罕遇地震下的Pushover分析
为保证结构大震不倒，采用EPDA & PUSH软件进行了静力弹塑性Pushover分析。
图9为结构0°方向静力Pushover曲线(其余方向与此类似)，由图9可知，大震下基底剪力约为小震的4倍，符合概念控制要求。性能点处最大层间位移角1/142，小于规范限值1/100较多，表明在抗倒塌能力上有较大余地。
7 结语
1)通过桁架转换、梁式转换、斜撑转换、斜柱转换等转换技术应用，很好的解决了项目退层、轴网转换、大空间等难题，为类似项目问题的解决提供了思路；
2)通过刀把梁、缺口梁等新型构件形式应用，解决了跨度大、净高要求高的难题；
3)针对关键部位进行性能化设计，整体结构各项抗震性能指标满足规范[3]要求；
4)进行小震下弹性时程分析，验证振型分解反应谱法合理性，以两者包络进行结构设计；
5)进行大震下Pushover分析，结构可以实现大震不倒，并在抗倒塌能力上有较大余地。
