1.工程介绍

湖州喜来登温泉度假酒店位于浙江省湖州市太湖乐园，紧临南太湖。主体结构地下两层，地上23层，总建筑面积约为123278m2，其中地上建筑面积约94458m2。作为主体建筑的是一空间巨大的环形结构，主楼为两幢对称的塔楼在20层以上连通为一体，单塔楼总高约99m，长约36m，宽约34m。

主楼的环形主题形象突出，主体建筑将水的动态之美与静态之美结合，形成地标建筑，周边充分利用太湖良好的水资源，主要设置酒店SPA区域。

 2 主体结构体系方案与设计参数

工程主要由两个对称的弧形单塔结构通过高位连接组合而成，单塔采用中间垂直的钢筋混凝土核心筒与外圈弯曲钢框架组成的框架核心筒结构体系，20层以上通过设置纵向钢结构桁架连接两单塔核心筒，连接钢桁架除了协调双塔变形外，还通过横向的外伸桁架承担21层以上的多层结构。设计主要依据《高层建筑混凝土结构技术规程》^[1]、《高层民用建筑钢结构技术规程》^[2]。
2.1 结构设计要点

双塔结构互联，平面就存在着两个刚度中心，在地震荷载、风荷载等作用下易产生位移不同步，需仔细分析以确定结构的水平位移特性。外围钢桁架为空间曲线结构形式，在竖向荷载的作用下对框架梁产生水平拉力以及柱内的附加弯矩，造成框架结构变形及应力的增大。连接桁架与双塔核心筒的刚接连接构造复杂，需仔细分析节点内力。出于建筑造型的要求，本工程主要受力构件除了核心筒外，基本上都是曲线构件，对结构设计计算建模以及今后施工放线定位等带来了不小的影响。 

2.2主要设计参数

整个主体结构所用材料包括Q345B、C40和C30混凝土以及7mm厚闭口压型钢板；Q345B钢主要是用于钢框架柱、主次梁，C40混凝土用于两塔楼的地下室部分，C30混凝土用于地面以上的核心筒部分，核心筒的外圈剪力墙厚度为400mm，里面的剪力墙一般为300mm，只有在电梯筒和楼梯井道等少数部位由于建筑原因只做到250 mm，墙体边缘构件的钢筋为3级，分布钢筋为2级，墙体分布筋的含钢率控制在0.39～0.45之间。Q345B、C40/C30混凝土的主要力学性能详见表１。

2.2.2 计算控制参数

本工程为丙类A级高度的高层建筑，结构设计使用年限为50年，安全等级为二级；采用钢结构框架-钢筋混凝土筒体结构，框架结构的抗震等级为三级，核心筒的抗震等级为二级。

地震荷载的控制参数：场地类别为II类场地，主体结构按照6度设计，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第一组，特征周期0.35秒。

风荷载的控制参数：基本风压为0.50 kN/m²，地面粗糙度为B类。
2.2.3 计算截面参数（见表２）

3 主体结构计算

3.1 分析程序的选择

由于计算模型中存在着空间曲线型的框架柱，常用的结构分析软件SATWE对于斜柱无法进行真实内力计算，在SATWE模型中，斜柱只能按照支撑的构件进行模拟，内力计算中无法传递刚节点的弯矩，造成结构计算假定与实际受力状态差别较大。采用通用三维空间结构计算软件ETABS进行塔楼与连体结构的整体内力计算与位移分析，同时考虑到钢结构楼板的平面外刚度相比混凝土结构有较大差异，采用平面无限刚假定与结构真实状态有一定的误差，为了更合理真实反应结构受力，采用弹性楼板计算假定．
3.2 结构建模的原则

按照建筑造型要求，整个建筑物外围轮廓均为曲面形式，但是受限于钢结构施工的难度，经与建筑协调，对结构构件做了一定的简化处理。在建模计算时，在保证计算模型与实际结构形式具有高度的一致性的同时，对结构作了如下处理：1）层间的弧形的钢框架柱采用斜柱模拟，保证上下节点位置是实际结构一致；2）每层的曲边框架梁采用多段直线梁进行模拟，但是保证受荷面积基本一致；3）鉴于框架梁与混凝土剪力墙的连接的复杂性，简化为铰接节点处理；4）对于框架柱的柱脚的处理，程序选择两种计算模式——刚接与铰接——来进行分别分析。

4 计算结果分析

4.1 计算的主要结果

1）振动周期与参与振动质量

由表３可知，在X、Y方向上，在前3个振型上有效质量系数均满足规范要求。

2）地震荷载作用下主要结果
在地震荷载的作用下，层间剪力与结构的分布质量和刚度的分布情况有关，图7显示的是结构在地震作用下的层间剪力，由此可以看出：结构在地震荷载的作用下，两个方向上的层间剪力基本相当；但X向所受到的剪力比Y向的略大，两个方向上的刚度分布比较均匀。 

由图9我们可以得出：X向最大位移角发生在第10层，其值为1/3650；Y向最大位移角发生在第20层，其值为1/3155；由于连接体的作用，使得结构在X向上的刚度增大而对Y而言，质量的增大远大于刚度的影响，使得Y向的最大位移角发生在20层。

3）风荷载作用下的主要结果 

由图11我们可以得出：X向最大位移角发生在第10层，其值为1/3984；Y向最大位移角发生在第7层，其值为1/3597；由于连接体的作用，使得结构在X向上的刚度增大而对Y而言，质量的增大远大于刚度的影响。

4.2 高位转换钢桁架连接体的分析

钢桁架式转换结构的最大优点是传力路径明确，并相对于其它的转换结构来说自重较轻，在地震作用下，由于自重的原因而引起的地震反应较小，故在众多高层结构中广泛运用。本工程结合建筑外形的因素，选用3榀钢桁架转换结构作为连接两塔楼的连接体。本工程两个核心筒之间的距离约为47.7 ，根据建筑要求，转换桁架的高度只能与一个楼层高度相当，为了减小转换桁架的杆件截面，并满足正常使用极限状态要求，结合建筑立面在桁架的两侧下面分别设立斜支持，支撑涉及高度为6层。具体详见图12、图13。同时为了满足连接体的使用功能，在连接体的中部设置了7榀横向桁架，横向桁架支撑在3榀连接桁架之上，详见图14。

   
考虑到施工的要求，连接桁架的两端均铰接在两边的核心筒剪力墙上；根据计算结果，连接桁架的上、下弦杆件所受的主要荷载均为轴力，为了尽量满足建筑使用要求，可以选用截面积大而高度适中的杆件。根据计算，连接桁架以及以上各层与核心筒相连的钢框架梁与核心筒刚接连接与铰接连接对总体指标影响很小，对连接体自身的应力比、变形均影响很小。

由于建筑造型的影响，本工程主楼框架柱在空间形态上存在两种类型：平面曲线型与空间曲线型。与通常结构的竖向框架柱或斜框架柱不同，曲线形框架柱的内力变化随着其空间曲线形态及周边楼层结构布置的不同有很明显的区别。下面通过两种典型的曲线框架柱在竖向荷载作用下的轴力与弯矩分布图来分析其内力变化趋势。

1、 平面曲线型钢框架柱的分析

如图15所示，在竖向荷载作用下，框架柱的轴力在第10层处，接近于结构曲线拱顶的位置发生了反号现象，由柱脚处的压力变成拉力。从杆件结构原理可知，平面弯曲柱相当于一根有初始弯曲的受压杆，在轴心荷载作用下，由于杆件形状的原因，造成轴力产生附加偏心弯矩。如果没有侧向的水平支撑，则整个柱会最终因附加弯矩过大而造成失稳破坏。为此，楼层框架梁需要承担相当大的轴力以提供弯曲柱侧向支撑。楼层框架梁的轴力大小与其跨度及楼层位置相关。
由于存在楼层框架梁的侧向支撑，使得框架柱的轴力发生变化，最终由受压转变为受拉。由计算结果可知，曲线的总体曲率愈大，附加轴力也越大。由图弯矩2、3可以得知，框架柱的形状对于其受力有着重要的影响。

２.非平面曲线型钢框架柱的分析

如图16所示，在竖向荷载作用下，框架柱在第19层轴向力发生反号现象，弯矩2在18层处明显的增大，弯矩3从下到上也在逐步的增大，但是可以明显地看出，在空间曲率增大的楼层处，弯矩有明显的增大。结合楼层框架梁的轴向力变化情况可知，在框架柱曲率变化处，内力变化也较复杂。

对比两种类型的曲线型框架柱内力变化可知，整个结构的空间作用相当明显，梁柱内力变化受相互支撑条件、空间几何尺寸关系的影响较大。为相对准确模拟结构真实受力状态，需要对计算软件的适用性和计算参数的合理选取有一定的要求。由于本工程仍处于调整设计阶段，下一步将采用多种空间计算软件进行校核分析。

5 结论

1)在这样的计算模式下，结构的各种总体指标均在现行规范范围之内；同时，钢框架柱的应力比控制在0.75以内，钢框架梁的应力比控制在0.6～0.80之间，钢结构次梁的应力比控制在0.70～0.90之间。

2）钢框架 — 核心筒结构中，混凝土结构的核心筒承担了绝大部分的水平荷载，风荷载对结构的影响要比地震荷载的影响大，但是无论在地震荷载作用下，还是风荷载作用下，刚度均有较大的富余，有可优化的余地。
参考文献

[1] JGJ 3－2002，高层建筑混凝土结构技术规程（S）..北京中国建筑工业出版社，2002

[2] JGJ 99-98, 高层民用建筑钢结构技术规程（S）.北京中国建筑工业出版社，2002

[3] 刘劲松裘涛，王翠坤等；带高位大跨度钢桁架转换层建筑结构动力分析；建筑结构，第38卷第3期，2008.3。