壹、項目概況
重慶萬豪國際會展大廈位於重慶市中心，北高5米，南高22米。該建築地上69層(含GF層)，地下5層，建築高度303.3米，裙房7層。地下五層為停車庫、設備用房、商業用房，下面二層與城市輕軌出入口相連，地上七層裙樓為商業用房，七層通過空中走廊與現有萬豪酒店相連。塔樓8至68層標準層平面為41× 41m，8至41層為公寓，42至68層為寫字樓，頂層布置直升機。在7樓、23樓、41樓、54樓和頂層設置避難樓層。地下室和裙樓高4.5m-5m，公寓高3.7m，辦公樓高3.9m。建設用地面積9100㎡，總建築面積182893㎡，其中地上145348㎡，地下37545㎡。大廈周邊有10多棟。
二、基礎和底子
1.地質條件場地類別為壹類場地。建築以巨厚中(弱)風化泥巖為持力層。根據地質勘探，泥巖地基承載力特征值為4.0Mpa，天然抗壓強度標準值為12.4Mpa，巖石地基平板載荷試驗後，平均極限載荷為16.4Mpa，地基承載力特征值為5.2Mpa，該地基是建設高層建築的理想場地。
2.基坑及基礎設計項目地下五層，因為地勢北高南低。差5m，有4層22m全埋條件。建築埋深為建築高度的1/13.8，滿足抗傾覆要求。塔柱基礎采用擴底樁(墩)，塔內筒采用平筏基礎。我們采用美國ANSYS公司編制的ANSYS 1力學有限元分析軟件的SOLID72單元，對塔擴底樁(墩)、塔筒筏板和基礎進行三維計算分析。塔擴底樁(墩)D=4m，擴底5.5m，筏板25.8×25.8×4.5m，為筏板基礎加固提供了參考數據。
第三，風荷載
高層和超高層建築水平風荷載的計算是結構抗風設計的關鍵因素。但對於高大尤其是不規則的超高層建築，建築風荷載受周圍建築影響較大，需要在現行規範中核定風荷載。為此在該建築中進行模型風洞測壓和氣動彈性試驗以及三維數值風洞模擬，並與規範中的數值進行比較，進行合理的風荷載設計。
重慶100年基本風壓為0.45 kN/m2 1。模型風洞試驗本項目的風洞試驗在西南交通大學風工程實驗研究中心進行。采用1:250的有機玻璃模型，用泡沫塑料切割500m左右的主要建築和環境，模擬C類地貌的大氣邊界條件。
以模型屋頂高度處的風壓作為參考風壓，壓力試驗中的來風風速為7.5m/s，本次試驗布置在主體結構的所有表面，沿高度方向，共23個斷面，457個測壓點，模擬風向角為0o to 360o，間距為22.5o，模型主入口法線方向定義為0o，轉盤逆時針為正。
本次風洞試驗中，給出了16風向下，每側各測壓孔的風壓系數。測試結果表明，各工作面迎風面正壓力沿橫向小於中部，沿高度方向平滑變化，在4/5高度(距頂部15-30m)達到最大，沿上部高度逐漸減小；背風面和兩側的負壓比較均勻，沿高度變化不大。由於建築物周圍的高層建築對氣流的影響，建築物的四周會出現局部高風壓區，特別是在周圍高層建築高度以下的區域，既有放大作用，又有減小作用，有時甚至會出現風壓系數反轉。風向角為1350和900°時，基底在X方向和Y方向的總剪力達到最大值。
數值風洞模擬本項目委托同濟大學航空航天與力學學院進行數值風洞模擬。數值風洞模擬類似於壹般的實驗室風洞，需要配備壹個有入口、出口、地面和墻壁的風洞。在風洞中建立建築物及周圍建築物的數值模型，數值模型按原型尺寸(1:1)建模，為剛性模型。建模、計算和後處理由國際領先的計算流體力學軟件CFX5.5完成。
報告提供了16級風下，各層沿X、Y方向的平均風力和繞Z軸的總力矩。結果表明，X方向基底最大總剪力為135°風向；Y向基底最大總剪力為90o繞Z軸的最大總力矩為0o。同時給出了不同風力下建築各表面最大風壓的等值線圖，為玻璃幕墻的設計提供了依據。根據風壓等值線分布圖，各面迎風面中間大部分區域為正，而靠近邊緣的小部分區域由於分離流為負壓，背風面壹般為大小相對均勻的負壓。
風荷載的比較與取值我們將三種方法得到的迎風面靜風荷載與動風荷載進行比較，如圖3和圖4所示。風洞試驗表明，在周圍建築物的影響下，風洞試驗風荷載值大於標準值，而在37層以上，風洞試驗風荷載值小於標準值。根據荷載規範計算的總風荷載比風洞試驗結果高9%左右。
數值模擬結果與風洞試驗結果基本壹致，沿高度方向的最大風壓約為建築高度的4/5。各層風荷載規範計算值最大，數值模擬值次之，風洞試驗值最小。規範計算的最大風壓在建築頂部，規範計算的頂部風壓過大不合理，風壓合力點較高，總風荷載大於數值模擬和風洞試驗計算，按規範計算偏於保守。數值模擬和風洞試驗結果表明，風向角為135°和90°時，X方向和Y方向的總剪力最大，這是現有高層計算軟件難以實現的。從風洞試驗和數值模擬的結果來看，較大的負壓出現在塔的下部或建築物的邊緣。雖然結構整體計算影響不大，但對玻璃幕墻的設計安全性影響較大，應引起重視。
在整體計算中，分別計算0o、90o和135o的來風。風荷載按現行規範取，但建築頂部按模型風洞試驗結果取，並適當考慮數值模擬和風洞試驗測得的扭矩。
第四，上層建築
1.結構方案本工程上部結構為***69層，其中裙房7層，塔樓總建築高度為303.3m，是目前國內已建和在建的高層鋼結構中最高的。高寬比7.34，為超限高層建築。建築結構基本周期為8s，為罕見的長周期高層建築。
根據建築功能、建築布局和建築高度，考慮了兩種結構方案，即全鋼結構和鋼-混凝土結構。根據結構抗震性能、施工速度、結構自重和造價的綜合比較，本工程塔樓采用全鋼結構方案，裙房和地下室仍為塔樓範圍外的現澆鋼筋混凝土結構。
塔樓采用帶加強層的鋼框架-核心筒結構體系。外框由鋼柱和鋼梁組成；核心筒由鋼柱、鋼梁和鋼支撐組成的鋼框架組成。鋼結構的伸臂桁架臂和腰桁架利用建築設備——避難層設置，形成加強層(4車道)。
塔樓7F以下為裙房和地下室***13層，采用型鋼混凝土柱。這主要是解決鋼結構塔樓與混凝土裙房可以連接協調的問題，有利於節點結構處理，同時充分利用高強混凝土的抗壓強度，減少型鋼混凝土的截面。
7F以下為鋼骨柱，鋼筋混凝土截面尺寸為1400x1400和1500x1500，鋼骨柱為帶翼緣的十字形截面；8F以上為箱形鋼柱，截面尺寸為1200x1200mm至600x600mm，鋼柱厚度為80mm至20mm。在內筒的縱向和橫向設置三個支撐，采用中心支撐和八字形偏心支撐。支架由H型鋼制成，截面為H400x400x25x30和H400x400x25x40。
鋼梁都是H型的。8F以下外框梁高700 mm，8F以上外框梁高650mm，滿足建築凈高要求；為保證結構整體抗側剛度，內筒框架梁均為900mm高，次梁與框架主梁鉸接，按組合梁計算。為了使轉角框架梁受力均勻，在轉角處增加次梁，改變夾層方向。
樓板采用壓型鋼板和現澆鋼筋混凝土非組合樓板。
抗震抗風設計
(1)設計要求根據參考文獻[3]，本工程50年超越概率63%、10%、5%、3%、2%對應的基本烈度值分別為5.2、6.1、6.3、6.4、6.6，根據重慶市地震局的批復，由於現有計算程序無法輸入6.4度地震動參數，在抗震計算中，取7度參數進行計算。(2)總體設計
1)由使用和建築要求設定的條件:
A.塔樓的平面和立面非常規則，基本上兩個方向對稱，建築與結構之間的結合良好，為結構的抗震提供了非常有利的條件。b .全鋼結構，材料均勻，延性好，能很好的滿足抗震二級設防要求。
2)側向力構件的設計:
A.內筒框架支撐結構:柱間設置鋼支撐，部分為偏心支撐，有條件框架的柱間增設小立柱，加強框架支撐的抗側剛度。b .為了提高內筒框架支撐的抗側力體系的水平剛度，增加框架的高度，設計時應權衡梁的承載能力和增加水平剛度的要求。c .設置四層加強層，第23層、41、54層及頂層由伸臂桁架和外框腰桁架組成，加強層內筒支撐為中心支撐。在設計中，比較了不同樓層設置加強層對水平剛度的影響，當前層數為最佳。d .裙房下采用型鋼混凝土柱和鋼梁:考慮加強整體剛度，與裙房的連接(鋼筋混凝土框架結構)會對結構整體水平剛度的提高起到壹定的作用。
2)根據《建築抗震設計規範》第8.2.3條“框架部分的計算地震剪力應乘以調整系數，以達到不小於結構底部總地震剪力的25%的要求。這壹要求在本項目的設計中已經考慮，並滿足規定的要求。
3)地面以上7層以上樓層采用約束屈曲耗能支撐，在罕遇地震作用下能起到減震作用。4)薄弱部位的強化:
A.底層可能的薄弱部位:采用型鋼混凝土加強了結構在罕遇地震下的抗震能力，采用鋼梁和鋼支撐也可以使塑性鉸首先發生在支撐或梁上而不是柱上，保證結構不會倒塌。b .加強層上下相鄰框架柱:由於強層剛度突變，連接的框架柱比較復雜，容易成為薄弱部位。根據彈性計算的內力結果，截面應適當加強，留有相當的儲備，然後用彈塑性時程分析校核力學和變形性能。c .通過彈塑性時程分析，對具有塑性鉸的上部結構的層和構件進行驗算，用約束屈曲耗能支撐調整構件截面，使塑性鉸轉移到不太重要的構件上，結構能滿足大地震不倒的目標。
本工程進行了超限高層建築抗震專項審查。專家建議，建築高度靈活，要解決舒適度問題。
氣動彈性模型風洞試驗結果由於重慶萬豪國際會展大廈高大靈活，且位於重慶市區，高層建築密集，其周邊建築和地形對風場影響顯著，因此其在強風作用下的風效應非常復雜，其在強風作用下的動力效應不容忽視。為此，進行了氣動彈性模型風洞試驗。通過重慶萬豪國際會展中心1:250模型的氣動彈性模型試驗，獲得了該建築在16風向下的風振響應。分析測試結果後，得出以下結論:
1)，在所有風向和設計風速範圍內，萬豪國際會展大廈均未發現渦激振動。沒有振動發散的舞動現象。當b=0o時，結構頂部的最大側風振動位移(單邊振幅)為0.297m，當b=270o時，最大順風振動位移(單邊振幅)為0.133m。
2)建築頂部最大振動加速度小於0.2m/s2，10年壹遇回風壓力下扭轉振動角速度小於0.001rad/s，滿足舒適性要求。3)當來風方向作用於結構的某壹表面時，結構的側向位移和加速度振動響應大於順風向，因此對於這類高層建築結構來說，側向荷載效應不可忽略。4)由於周圍建築對氣流的影響，建築四周會出現局部高風壓，所以幕墻設計中要註意這個問題。此外，周圍建築結構對建築風壓的影響在其自身高度範圍內較為顯著，而在建築頂部區域影響較小。5)建築物每側的最大負壓大於最大正壓。
5)結構分析
1)根據結構的特殊性，結構設計采用了SATWE(中國建築科學研究院主編)和MTS(同濟大學，中國)三種軟件分析計算
ETABS(美國CSI公司)的主要計算結果也差不多。
2)計算模型:根據框支空間模型，地震力按X、Y方向和135度方向的風荷載計算，並考慮耦合，* * *取45個振型的結果。
和CUZI-1。時程分析中使用的地震加速度時程曲線最大值為35cm/s2。
在我國，關於計算建築物加速度反應的研究很少，尤其是在橫風作用下。在制定規範時，我們參考了國外的標準，並根據我國的實際情況進行了調整。因此，作者分別采用中國規範和加拿大規範計算加速度。
動詞 （verb的縮寫）結論
1.通過對重慶萬豪國際會展大廈的動力特性分析可知，該結構的基本周期為8s，屬於高度柔性結構。結構分析要考慮P-δ效應，結構布局基本對稱，有利於結構抗震，設計受風荷載控制。2.采用伸臂桁架和外框架腰桁架是控制結構層間位移的有效方法。通過多次試算可以找到理想的支腿位置和孔型，支腿越多越好。3.超高層鋼結構底層采用型鋼混凝土柱，既能節約鋼材，又能適當增加結構的抗側剛度，同時還能解決與裙房鋼筋混凝土梁的連接問題。4.超高層建築的舒適性是設計者考慮的重要因素，宜采用多種方式進行檢查分析，氣動彈性模型試驗更為可靠。
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