重慶來福士廣場項目結(jié)構(gòu)設(shè)計簡介

朱立剛，涂望龍

（奧雅納工程咨詢（上海）有限公司，上海 200031）

重慶來福士廣場項目結(jié)構(gòu)設(shè)計簡介

朱立剛，涂望龍

（奧雅納工程咨詢（上海）有限公司，上海 200031）

該文簡要介紹了重慶來福士廣場項目中北塔、南塔、空中連橋等的結(jié)構(gòu)體系及特點，可以對復(fù)雜超高層塔樓結(jié)構(gòu)和多塔結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供一定參考。

超高層抗震；組合伸臂；不對稱立面曲線；高位連體結(jié)構(gòu)；減隔震

1 項目概況

重慶來福士廣場項目地塊位于朝天門廣場與解放碑之間，即重慶市渝中區(qū)渝中組團D分區(qū)4-1/02號地塊，總建筑面積約為1,123,000m2，由8棟超高層塔樓，6層商業(yè)裙房和 3層地下室組成。是集大型購物中心、高端住宅、辦公樓、服務(wù)公寓和酒店為一體的城市綜合體項目。其中T3N和T4N統(tǒng)稱為北塔，T1/T2/T3S/T4S/T5/T6統(tǒng)稱南塔。T2/T3S/T4S/T5四棟塔樓在屋頂通過一座長達300m的空中連橋彼此相連，T4S屋頂設(shè)有空中走廊通往T4N。（如圖1所示）。該項目建筑設(shè)計單位是美國的薩夫迪建筑設(shè)計事務(wù)所（Moshe Safdie Architects），結(jié)構(gòu)設(shè)計從方案到施工圖設(shè)計為奧雅納工程咨詢（上海）有限公司，重慶市建筑設(shè)計院為本項目的國內(nèi)設(shè)計院[1]。以下分別介紹北塔、南塔和空中連橋的結(jié)構(gòu)體系。

圖1 項目示意圖

2 北塔結(jié)構(gòu)體系介紹

T3N和T4N塔樓結(jié)構(gòu)高度約 356 m，高寬比為9.4，為超 B級高度建筑。塔樓底部平面尺寸約為 38 m×38 m，其南北向尺寸在中上部沿立面突出，在約 34層附近達到最寬，平面尺寸約為 44 m×38 m，向上其南北向平面尺寸逐漸減小，頂層最窄處約為 34 m×38 m。鋼筋混凝土核心筒基本位于結(jié)構(gòu)正中，整體結(jié)構(gòu)布置規(guī)則，對稱、無凹進。兩個塔樓由于重量和核心筒大小不同，分別有3道和4道組合伸臂，沿塔樓高度均勻分布。

2.1 北塔抗側(cè)體系

北塔抗側(cè)體系由帶有腰桁架巨型外框架+伸臂系統(tǒng)+鋼筋混凝土核心筒+外部次框架組成（如圖2所示），為增加外框冗余度和剛度，外框架柱在腰桁架處剛性相連，從底到頂，次框架柱連續(xù)貫通與巨柱形成完整外框抗側(cè)體系。該結(jié)構(gòu)是目前國內(nèi)第一棟四巨柱無大支撐的超高層結(jié)構(gòu)。不采用大支撐體系，除了滿足建筑立面效果，總體經(jīng)濟指標(biāo)也優(yōu)于外框架大支撐體系，總體用鋼量僅為120kg/m2[2]。

圖2 抗側(cè)體系示意圖

2.2 組合伸臂系統(tǒng)

伸臂系統(tǒng)自身的剛度和延性（地震區(qū)）對超高層塔樓的整體特性具有重大意義。北塔創(chuàng)造性地引入組合伸臂系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3 組合伸臂系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括連接于外框柱上的軟剛剪切耗能件、從核心筒角部延伸出的鋼筋混凝土伸臂墻、連接剪切耗能件和混凝土伸臂墻的鋼支撐 （該鋼支撐貫穿混凝土伸臂墻并和核心筒內(nèi)的預(yù)埋鋼環(huán)梁相連以使傳力直接）、以及圍繞核心筒一周的鋼筋混凝土環(huán)梁（保護核心筒）。

該系統(tǒng)利用混凝土伸臂墻剛度較大的特點以提高結(jié)構(gòu)的整體剛度，且通過系統(tǒng)構(gòu)件合理屈服順序的設(shè)計，使得剪切耗能件在大震情形下屈服起到保險絲的作用，利用其屈服后的延性和耗能能力保護混凝土伸臂墻和核心筒。構(gòu)件的屈服順序由先到后分別為剪切耗能件、鋼伸臂、混凝土墻身段、混凝土核心筒。另外，非混凝土伸臂墻段的空間也給建筑走道和機電管線提供了必要的空間。

通過設(shè)置適當(dāng)?shù)姆治瞿Ｐ秃托阅苣繕?biāo)，對剪切耗能件和組合伸臂系統(tǒng)采用兩種有限元軟件分析對比，并采用靜力和往復(fù)荷載作用下的節(jié)點試驗對有限元分析結(jié)果進行對比驗證，結(jié)果表明該組合伸臂系統(tǒng)滿足設(shè)計要求及預(yù)期的屈服順序，在大震下可有效保護核心筒墻體；其剛度相較于傳統(tǒng)的鋼桁架伸臂有一定提高，對超高層的側(cè)向剛度和舒適度提高有較大意義；可較大程度地簡化施工，并具有一定經(jīng)濟效益。且該組合伸臂系統(tǒng)已獲得國家實用新型專利證書[3]。

3 南塔結(jié)構(gòu)體系介紹

南塔主要功能為高端住宅、辦公樓及公寓，南塔各塔樓在東西方向約為31m，南北向向北面呈帆形，框架柱斜率每層變化，平面布置隨外立面曲線逐層變化，約45～61m不等。四座由空中連橋相連的塔樓高度均為238m，T1/T6結(jié)構(gòu)高度約為227m。

南塔相似的外形和結(jié)構(gòu)形式，為屋頂連橋的“支座”具備相似的剛度創(chuàng)造了良好的前提。

3.1 南塔抗側(cè)體系

T1/T6塔樓結(jié)構(gòu)體系為框架-核心筒-腰桁架。由于T2T5T3ST4S頂部有連橋，結(jié)構(gòu)設(shè)計要求相對T1T6有所提高，均設(shè)置了伸臂桁架，即結(jié)構(gòu)體系為框架-核心筒-伸臂桁架-腰桁架。T3S及T4S由于核心筒尺寸較小，且除了空中走廊，屋頂還有通向北塔的連橋，荷載較重，伸臂桁架數(shù)量比T2T5多[4]。

3.2 南塔結(jié)構(gòu)特點

以T2T5塔樓為例進行分析，南塔主要有以下特點：

（1）立面曲線，所有外框柱為單方向彎曲曲線，斜度約0～15度，裙房頂處直柱變斜柱處角度最大，個別可達20度，如圖4所示；

圖4 T1/T2/T5/T6開洞說明

（2）由于塔樓建筑平面布置及機電通風(fēng)需要，核心筒開洞各樓層不能相互對齊，與外框柱呈相似曲線布置，同時，在立面開洞位置，平面上也存在開洞；

（3）T2/T3S/T4S/T5頂部由連橋相連，各塔之間存在一定相互影響；

（4）嵌固層在筏板頂部，與一定范圍裙房相連，并在S5層，整個項目連接成一體，組成箱體提高整體剛度。

圖5 抗震縫示意圖

圖6 裙房（S4層）抗震縫示意圖

4 空中連橋結(jié)構(gòu)體系介紹

該項目面臨的一個重要設(shè)計挑戰(zhàn)是空中連橋結(jié)構(gòu)設(shè)計以及與4座南塔樓的連接設(shè)計和分析方法?？罩羞B橋面臨風(fēng)荷載以及地震荷載的雙重考驗，塔樓與連橋之間的相互作用，連橋結(jié)構(gòu)體系與連接方式等設(shè)計議題。

4.1 空中連橋與塔樓連接

在250m高空連接4座塔樓，是目前較為復(fù)雜和困難的結(jié)構(gòu)設(shè)計議題。在項目概念階段提出了5種不同的方案：整體連接、獨立連接（設(shè)置抗震縫）、動態(tài)連接（單設(shè)抗震支座）、動態(tài)連接（抗震支座與阻尼器的組合）、部分塔樓固定連接與部分塔樓動態(tài)連接。從位移需求、剪力需求、用鋼量以及塔樓和連橋間的相互影響等多方面，確定了動態(tài)連接（抗震支座與阻尼器組合）方式作為最終連橋支座方案，如圖7所示。

圖7 支座連接不同方案比較

空中連橋與塔樓之間的連接綜合考慮位移需求、剪力需求、用鋼量以及塔樓和連橋間的相互影響等多項因素，采用動態(tài)連接的方式，即抗震支座與阻尼器的組合。使用隔震支座連接，釋放地震能量，輔以粘滯阻尼器降低連橋的總位移，減少支座的滑動半徑，降低造價。

連橋安放于4個塔樓上，每個塔樓上設(shè)有隔震支座，同時設(shè)有兩組阻尼器，于左右兩側(cè)控制東西和南北方向變形。在塔樓頂部5m，設(shè)有轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，支座安裝在3板，5m深的轉(zhuǎn)換梁上，如圖8所示。

圖8 空中連橋與塔樓連接示意圖

4.2 空中連橋結(jié)構(gòu)體系

空中連橋長達300m，采用鋼桁架結(jié)構(gòu)，主桁架為3組東西向連續(xù)桁架跨越4個塔樓，垂直于主桁架方向，每大約4.5m安裝一梯形次桁架連接3組主桁架（如圖9所示）。連橋上下各澆筑混凝土組合樓板。連橋構(gòu)件主要于反彎點（塔樓兩側(cè)）斷開，設(shè)置連接點方便施工后期連接中間段。兩組從連橋主結(jié)構(gòu)懸挑出的小連橋作為連橋與北塔樓之間的建筑通道，但結(jié)構(gòu)上小連橋與北塔樓之間設(shè)置抗震縫。

由于機電和建筑對使用空間的要求，空中連橋組合樓板結(jié)構(gòu)未與主體桁架結(jié)構(gòu)直接相連，在主次桁架弦桿所在標(biāo)高增設(shè)交叉水平支撐以提高平面內(nèi)剛度。

從總體結(jié)構(gòu)設(shè)計概念上，連橋主結(jié)構(gòu)形成剛度較好的盒形桁架結(jié)構(gòu)，自身剛度分布均勻，能提供整體變形內(nèi)力，在隔震支座作用下能起到整體位移變形的效果，以減少連橋自身相對位移導(dǎo)致的次應(yīng)力。從構(gòu)件尺寸與內(nèi)力分布結(jié)果可知，該結(jié)構(gòu)體系剛度與承載力分布均勻。

圖9 空中連橋結(jié)構(gòu)體系示意圖

連橋結(jié)構(gòu)由于減震系數(shù)小于0.4，抗震等級降低，從而節(jié)約了鋼材用量[2]。

4.3 連橋與其減隔震支座設(shè)計

連橋與其減隔震支座的基本設(shè)計思路為在小震和風(fēng)荷載作用下，保證連橋不浮動；在中震和大震作用下連橋與塔樓之間動態(tài)連接，減少連橋動力響應(yīng)對塔樓的影響，并且減少連橋自身的地震作用。因此需根據(jù)不同的連接工況采用不同的模型假定（如圖10所示）。

圖10 各工況下分析設(shè)計模型

多塔分析表明小震反應(yīng)譜分析未能捕捉塔樓鞭梢效應(yīng)而采用彈性時程分析法捕捉到了塔樓鞭梢效應(yīng)，該效應(yīng)除放大連橋構(gòu)件內(nèi)力外，還會放大連橋支座小震剪力需求。在求取支座水平剪力需求時需該放大系數(shù)[5]。

5 嵌固層特點

該項目由于場地條件特殊，場地三面無覆土為邊坡，只有一面有覆土，地下室不能滿足嵌固條件，所以該項目的嵌固層為基礎(chǔ)筏板頂。樁基設(shè)計考慮不同工況（小、中、大震）下內(nèi)力組合進行承載力設(shè)計。

6 場地特點

該項目場地條件極其復(fù)雜，總體地勢南高北低，中部高、東西兩側(cè)低。場地東部以土質(zhì)邊坡為主，其邊坡主要潛在破壞形式以土體內(nèi)圓弧滑動為主；西側(cè)以巖土質(zhì)混合邊坡為主，邊坡主要潛在破壞形式受巖土交界面、砂泥巖交界面、巖體節(jié)理裂隙面以及巖體自身強度影響。因此對項目東西兩側(cè)場地在靜力和地震條件下的穩(wěn)定性進行了分析和評估，同時也考慮了場地穩(wěn)定性與主體工程的交互影響。通過適當(dāng)設(shè)置抗滑樁，保證了整個場地的穩(wěn)定和擬建項目的安全[6]。

7 小結(jié)

重慶來福士廣場項目體量大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對于結(jié)構(gòu)工程師是一個巨大的挑戰(zhàn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)不拘泥于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，敢于創(chuàng)新，針對結(jié)構(gòu)特點進行相應(yīng)的分析，以確保結(jié)構(gòu)安全合理并盡量達成建筑效果，同時也為類似復(fù)雜項目的設(shè)計提供了一定參考。

[1]重慶來福士項目超限審查報告[R].上海：ARUP，2014.

[2]朱立剛，柳杰，張長，等.重慶來福士廣場北塔樓四巨柱體系研究與改進[J].建筑結(jié)構(gòu),2015（24）：16-21.

[3]朱立剛，柳杰，董曉，等.創(chuàng)新組合伸臂系統(tǒng)在重慶來福士廣場北塔樓中的應(yīng)用[J].建筑結(jié)構(gòu)，2015（24）：22-28.

[4]韓小娟，朱立剛，涂望龍，等.重慶來福士廣場南塔設(shè)計[J].建筑結(jié)構(gòu)，2015（24）：1-8.

[5]劉志剛，侯悅琪，朱立剛，等.重慶來福士廣場空中連橋減隔震設(shè)計[J].建筑結(jié)構(gòu)，2015（24）：9-15.

[6]蓋學(xué)武，林僑興，楊登寶，等.重慶來福士廣場場地穩(wěn)定性分析與評估[J].建筑結(jié)構(gòu)，2015（24）：37-43.

Structure Design of Chongqing Raffles City

This paper briefly introduces the structural system and features of North Tower,South Tower and Air Bridge of the Raffles City in Chongqing,which can provide references for the design of complex super tall tower structures and multi-tower structures.

seismic performance of super high-rise building;composite outrigger system;asymmetric facade curved;high-level connected structure;seismic isolation

TU318

A

1671-9107（2017）11-0018-04

10.3969 ／j.issn.1671-9107.2017.11.018

2017-11-05

朱立剛（1970-），男，江蘇徐州人，高級工程師，助理董事，總工程師，主要從事結(jié)構(gòu)專業(yè)和抗震設(shè)計等工作。

責(zé)任編輯：孫蘇，李紅