望京搜候中心結構設計（建筑）

                   江坤生，  張  克，  朱勇軍，  傅學怡

                 （悉地國際設計顧問（深圳）有限公司，北京100013）

[摘要]  望京搜候中心地處北京8度高烈度地震區，三座塔樓T1，T2，T3總高分別為119，128，197m，外形呈扁筒橢圓錐體，酷似“魚”形，外形斜率多變，其不規則、不對稱、豎向遞變的特點給結構設計帶來諸多困難。通過ETABS，PERFORM-3D，SAP2000，PKPM系列軟件等多種程序對結構進行多模型、多工況的細致分析計算，針對不同的問題采取不同的對策加以一一解決，主體結構抗震性能及各項抗震指標均達到規范要求，保證了結構的安全性

和經濟性，其具體實施方法及構造加強措施可供類似工程參考。

[關鍵詞]  望京搜候中心；高層結構設計；抗震性能；抗震設計；變曲率斜柱

中圖分類號：TU318，TU973  文章編號：1002-848X(2016) 09 -0001-06

1  工程概況

    望京搜候( SOHO)中心項目位于北京市朝陽區望京B29地塊，由北京望京搜候房地產有限公司投資，項目總建筑面積521 265m2，外形呈扁筒橢圓錐體，塔樓平面形狀酷似“魚”形，沿豎向層層收進。整體結構從下至上逐層向內收縮，漸變收縮為一點；整個建筑，仰視時猶如三座相互掩映的山峰，俯視時宛似游動嬉戲的錦鯉（圖1、圖2）。塔樓外部由閃爍的鋁板和玻璃覆蓋，其獨特的曲面造型、流暢的線條，使建筑在任何角度都呈現出動態、優雅的美感，視覺上富有沖擊力，是機場進京的首個標志性建筑。

    項目地上建筑面積392 265m2，包括三座塔樓，其中T1塔樓地上25層，主要樓層層高3.6m，主體結構高95. 2m，建筑最高119m；T2塔樓地上26層，主要樓層層高3. 6m，主體結構高98. 8m，建筑最高128m；T3塔樓地上45層，主要樓層層高3.8，4.2m，主體結構高178. 97m，建筑最高197m。項目地下3層，局部地下4層，地下1層~地下4層的層高分別

為5.2，4.4，3.7，6. 0m，底板頂建筑標高：地下3層為- 13. 300m，地下4層為- 19. 300m。主體結構T1，T2采用鋼筋混凝土框架．剪力墻結構，T3采用鋼管混凝土柱鋼框架梁一鋼筋混凝土剪力墻結構。

    項目抗震設防烈度8度，設計基本地震加速度值0. 20g，設計地震分組第一組，場地土類別Ⅲ類，場地特征周期T _g=0. 45s，結構阻尼比0.05( T1，T2)、0.04( T3)，規范水平地震影響系數最大值為0. 16g（小震）、0.45g（中震）、0.90g（大震），時程分析所用水平地震加速度峰值為70gal（小震）、400gal（大震）。

    根據相關規范，結構設計標準為：建筑結構安全等級二級，結構設計基準期50年，結構設計使用年限50年，建筑抗震設防類別乙類（重點設防類），地基基礎設計等級甲級，框架抗震等級特一級，剪力墻抗震等級特一級。

    T3為超B級高度的高層建筑結構，且核心筒在個別樓層存在較大收進、下部樓層平面的質心及剛心偏心率較大、外圍柱均為斜柱等，結構外形復雜，其抗震性能顯得尤其重要，設計中對不同構件、不同部位分別設定不同的抗震性能目標，采用多種軟件在多種工況下進行詳細抗震分析，找出其薄弱部位并予以加強，混凝土剪力墻以及外圍鋼管混凝土框架的抗震性能達到反應譜中震抗剪彈性、抗彎不屈服的性能，結構整體抗震性能達到《高層建筑混凝土結構技術規程》( JGJ 3-2010)中抗震性能3的水準。

2  結構體系與布置

    根據建筑高度不同，T1，T2采用鋼筋混凝土框架一剪力墻結構，T3采用鋼管混凝土柱鋼框架梁一鋼筋混凝土剪力墻．壓型鋼板組合樓蓋結構體系，結構布置圖詳見圖3，典型平面圖詳見圖4。結構豎向構件截面隨樓層升高逐漸減小，主要構件尺寸詳見表1。梁板混凝土強度等級為C30，墻柱混凝土強度等級從底部C60逐漸變到頂部C40。

3  高地震烈度區外形斜率多變超高層建筑結構設計

    工程地處北京8度高烈度抗震區，三座塔樓T1，T2，T3總高分別為119，128，197m，外形呈扁筒橢圓錐體，酷似“魚”形，各個方向的收進尺度不一致，其不規則、不對稱、豎向逐層內收漸變、無標準層等特點給設計帶來諸多困難，沒有現成設計經驗可供參考?？萍疾樾聢蟾姹砻鳎簭牟榈降膰鴥裙�開報道文獻分析來看，沒有能夠覆蓋本項目特征的文獻報道，本項目具有新穎性。

    本工程結構體形復雜，平面呈月牙狀，立面逐漸內收，較大的長寬比使得結構有較大的縱向剛度和較小的橫向剛度，不對稱的內收使得結構的剛心和重心層層變化，且剛心和重心的平面位置沿高度不斷偏向一側(尤其是質心，縱向相差很大，T2達15m)，這容易導致結構在水平力的作用下發生扭轉，控制結構的橫向剛度和扭轉是結構設計的難點，增大結構兩端橫向剛度是解決問題的最佳途徑，但不對稱的內收使“兩端”變得模糊，給調整結構扭轉位移比帶來巨大的難度，往往調好了左邊，右邊又超規范；調好了底部，頂部又超規范，設計時需精心協調，調整底部及頂部沿縱向左端、中間、右端的各個內筒剪力墻的剛度（墻體長度、厚度、開洞大?。┓侥軐⒔Y構剛度和扭轉效應調整到合適的范圍。

    針對本項目的復雜性，分別采用了多種結構設計軟件進行了復核比較，以確保結構計算的正確性和準確性，具體為：采用了空間分析軟件SATWE，ETABS對單塔彈性樓蓋、剛性樓蓋進行了重力、風荷載、溫差效應、反應譜小震、小震彈性時程分析，用SAP2000對屋頂鋼結構屋架單體模型及鋼屋架與下部混凝土結J的總裝模型進行分析，用PERFORM-3D對T3進行動力彈塑性分析。通過多種設計程序對結構進行多模型、多工況的細致分析計算，找出結構薄弱部位，并采取有效的抗震加強措施，保證了結構的安全性，整體結構各項抗震性能指標均滿足規范要求，其中，T3混凝土剪力墻以及外圍鋼管混凝土框架的抗震性能可以達

到反應譜中震抗剪彈性、抗彎不屈服的性能，整體抗震性能達到《高層建筑混凝土結構技術規程》( JGJ 3-2010)中抗震性能3的水準，結構主要抗震性能指標詳見表2、表3。

    除了通過細致分析外，還主要采取了以下加強措施：框架、剪力墻按特一級要求進行設計，從嚴控制墻柱軸壓比，適當提高剪力墻水平和豎向分布筋，適當提高柱縱筋和箍筋，尤其是“魚頭魚尾”的脊柱、頂部斜柱交匯處；控制中震下剪力墻的主拉應力，當主拉應力超過混凝土抗拉強度時，剪力墻暗柱中增配縱筋(T1，T2)或增設型鋼(T3)抗拉；控制連梁的剪壓比，對部分抗剪承載力不足的連梁按剪壓比控制箍筋，并加配交叉斜筋( T1，T2)或增設型鋼（T3重要連梁）抗剪；結合豎向收進，錯開墻厚、柱截面、混凝土強度沿豎向的變化，以避免豎向剛度突變，對剪力墻收進較多的部位，上下層設置約束邊緣構件，并適當加強配筋。

4  變斜率斜柱結構設計

    建筑獨特的流線型設計使得大量的柱斜率連續變化，這給T1，T2的鋼筋混凝土柱、T3的鋼管混凝土柱的施工帶來諸多不便，為此首先進行歸并，將斜率相差不大的柱歸并為同一斜率柱，歸并的結果要滿足樓板應力不至于過大，柱位到建筑邊的懸挑長度適當。結構中下部柱斜率變化較小，樓板附加拉力相對較小，可將4~9層歸并成一種；結構上部、脊柱處柱斜率變化較大，樓板附加拉力較大，柱斜率按逐層變化設計。

    斜柱斜率改變時，在豎向重力及水平地震力的作用下，斜柱、梁會產生較大的軸力（圖5）和彎矩，樓板會產生較大的應力，尤其是“魚頭魚尾”斜率較大處，設計時必須充分考慮其影響，并采取加強措施。計算分析時需采用能考慮梁軸力影響的計算軟件（本工程采用SAP2000軟件，模型中樓板采用殼元），樓板應力計算時，樓板的剛度不退化，按100%計算；梁柱設計時，考慮混凝土的收縮及徐變效應，將樓板的剛度退化到原來的30%，以確保安全。

  T3“魚頭魚尾”處斜率大，橫向兩側斜柱與縱向脊柱斜柱相貫，節點復雜，設計中成功采用斜率多變鋼管混凝土柱相貫節點（圖6），保證其抗震性能及安全性。

5  屋頂多曲率變化的三角形管桁架拱結構設計

    屋頂建筑裝飾架外形奇異不規則，裝飾百葉呈階梯狀且厚薄不均，主桁架必須在建筑外形以內，造成懸挑大，結構實現困難，沒有現成設計經驗可供參考。設計中，主結構采用雙向交叉三角形截面立體管桁架拱結構（圖7、圖8），在主桁架外設置次結構以承擔豎向裝飾百葉等的重力荷載和水平風荷載，并根據不同情況采用三種形式：頂部采用網格結構，側面較厚處采用懸臂片桁架，側面較薄處采用懸臂工字鋼，很好地實現建筑需求，且安全可靠、經濟合理。設計采用單體鋼結構模型和總裝模型的包絡，阻尼比分別采用0. 03及0.05，0.03用于控制上部鋼結構，0. 05用于控制下部混凝土結構。單體鋼結構模型通常采用理想鉸接或剛接模型，難以模擬連接界面下部混凝土對上部鋼結構的有限剛度約束；需通過放大地震影響系數最大值來近似計算屋頂對鋼結構地震反應的放大作用，這種計算方法難以準確反映真實情況；不能反映鋼、混凝土兩種材料特性差異的影響。而這些問題在總裝分析中都能得到較好的解決，總裝分析是必須的。

6  基礎及地下室設計

    地下室建筑面積12.9萬m²，為地下3層局部地下4層，層高分別為5.2，4.4，3.7，6. Om，底板頂標高為- 13. 60m（地下3層）、- 19. 600m（地下4層）。地下室采用現澆鋼筋混凝土梁板結構，樓蓋采用略寬較扁的主梁大板體系，主要梁高控制在600mm左右，有人防或大跨處適當加高，以求在相同使用凈高下降低地下室層高，減少開挖工程量，以降低工程造價。樓板厚150~300mm；純地下室部分筏板厚600mm；T1，T2主樓范圍內筏板厚1 500mm，核心筒筏板厚1 800，2 200mm；T3主樓范圍筏板厚2000～2500mm，核心筒筏板厚2800~

3 200mm?；炷�土強度等級：主樓范圍內�?、柱為C60，主樓范圍外人防墻、柱為C40，地下室外墻、梁、板為C30。

    基礎底板標高處土層為④細砂／粉砂層或⑤粉質黏土層，地基承載力特征值f _ak=200kPa，純地下室部分地基承載力能滿足設計要求，該部分采用下柱墩平板式筏板基礎。主樓范圍內地基承載力不能滿足設計要求，T1，T2采用CFG樁水泥粉煤灰碎石樁進行地基處理，處理后的復合地基承載力標準值：f _spa =500kPa（一般區域），f _spa=580kPa（核心筒下荷載較大區域）。T3采用鉆孔灌注樁樁筏基礎，并采用后壓漿工藝，以提高樁端阻力及樁側摩阻力，減小樁基變形，提高樁承載能力。樁端持力層為⑨卵石圓礫層，樁端全斷面進入該層深度不小于1.0倍樁徑，樁徑咖1 000，樁長L=28~ 32m，單樁豎向承載力特征值R _a=8 000kN。根據上部荷載，盡量將樁集中布置在柱及剪力墻下，以減小筏板承臺的彎矩和剪力，上部結構荷載效應標準組合豎向力與筏板自重標準值之和約為2 852 349kN，需布樁357根，實際布樁403根。

    三座塔樓地下室連成一體，長約290m，寬約195m，屬嚴重超長結構，采用“放、防、抗、提”兼顧的設計原則實現超長結構的無逢設計：進行詳細的溫差應力分析，并以此為依據配置適量的溫度應力鋼筋；設置合理的施工后澆帶，后澆帶低溫合攏；采用低水化熱的普通硅酸鹽水泥和級配良好的碎石骨料配制混凝土，并適量摻入粉煤灰；采用高效減水劑，降低水泥用量，嚴格控制水灰比；采用合理的施工工藝，澆筑后抹光壓實，接近初凝時二次抹面收光，施工后加強養護。

    本項目純地下室部分采用平板式筏板基礎，T1，T2采用CFG地基處理，T3采用樁筏基礎，由于三座塔樓地下室基礎連為一體，高差懸殊，荷載差異很大，除采用有限元分析程序進行整個地下室的樁筏基礎分析計算外，在主樓周邊適當部位設置沉降后澆帶，并在主體結構完成且實測沉降穩定后澆筑混凝土封閉。

7  結語

    在高烈度區，自由靈動形態超高層建筑的結構設計會遇到諸多難點，針對不同的問題采取不同的對策逐一加以解決，通過精心協調調整底部、頂部縱向左、中、右各剪力墻的剛度，將結構剛度和扭轉效應調整到了合適的范圍；通過多模型、多工況、多程序的計算分析，對薄弱部位采取了相應有效的抗震加強措施，使主體結構抗震性能及各項抗震指標達到規范要求，保證了結構的安全性和經濟性；通過在不規則中尋找規律和機會，為項目的便利施工提供了保障。望京搜候中心T1，T2塔樓等6項工程獲2014年全國工程建設項目優秀設計成果一等獎，成功打造了望京新地標。