建筑结构丨全面解读极具骨感美的成都来福式广场结构设计.docx

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建筑结构丨全面解读极具骨感美的成都来福式广场结构设计

建筑结构丨全面解读极具骨感美的成都来福式广场结构设计

全球第4座，中国第3座“城中城”——成都来福士广场是继上海来福士广场、北京来福士中心之后，凯德置地在中国开发、管理和持有的又一座“来福士”品牌系列建筑。

塔楼结构主体形式为钢筋混凝土带斜撑的密柱框架-剪力墙结构，裙房为钢筋混凝土框架结构。

建筑方案以三峡风光为设计灵感,为保证整个建筑的“通透性”，建筑师根据光源照射，用极富艺术的“光雕建筑”和高色泽要求的浅色清水混凝土塑造了建筑的灵魂。

项目建筑方案设计由美国著名建筑师StevenHoll（斯蒂芬·霍尔）先生主持完成，中国建筑科学研究院完成了结构专业全过程以及建筑、机电专业施工图的设计工作。

下文对此项目的总体结构设计和各个独立塔楼的设计进行介绍。

成都来福士广场总体结构设计1工程概况成都来福士广场位于四川省成都市一环路与人民南路交界处，总建筑面积约31.2万m2，其中地下部分约11.6万m2。

项目由5座呈半围合形不等高的塔楼（T1～T5）、裙房以及4层地下室组成（图1）。

T1和T2为办公楼，均为２~９层，结构主屋面高度均为119m；T3和T4为酒店，分别为３５层、３３层，结构主屋面高度分别为118，112m；T5为公寓，为３２层，结构主屋面高度为109m；地下室功能为商业、车库及设备用房。

典型的建筑平面见图3~6。

图1成都来福士广场2结构设计面临的挑战2.1丰富的立面造型该工程造型的突出特点包括：

突出悬挑、斜向悬挑、立面开大洞、立面收进、竖向构件不连续、空中连桥等。

这些独特的造型给具体的结构设计带来了极大的困难和挑战。

2.2清水混凝土立面建筑物主要外立面（柱、梁及斜撑外表面）采用浅色清水混凝土，清水混凝土面积约为6万m2。

浅色清水混凝土表面不设置对拉螺杆孔眼及明缝；清水混凝土强度等级高，10层以下竖向构件多为C60；节点复杂（尤其是型钢混凝土结构）给清水混凝土的浇筑带来极大难度部分构件（大悬挑及转换桁架）清水混凝土的浇筑需要延迟施工。

根据所掌握的资料，国内尚无设计先例。

图7工程立体效果图

3结构体系3.1主体结构塔楼结构主体形式为钢筋混凝土带斜撑的密柱框架-剪力墙结构，部分特殊部位（如大跨转换桁架、幕墙后斜撑、T3东南幕墙后方结构、T4突出小塔楼等）采用钢结构。

塔楼结构竖向荷载主要由内部混凝土筒体、外圈带斜撑的密柱框架结构以及部分内部剪力墙和柱承担。

对于塔楼，其纵向抗侧力主要由纵向混凝土墙和带斜撑的密柱框架承担（图8），其横向抗侧力主要依靠筒体、横向剪力墙、钢桁架、框架或带斜撑的框架中的两种或数种提供（图9）。

图8纵向抗侧力结构示意图9几种横抗侧力结构示意

3.2高位悬挑在高位突出悬挑的端立面及侧立面上设置交叉钢斜撑，交叉钢斜撑与部分楼层水平梁在立面上形成内桁架，内桁架为数层高，具有良好的刚度。

悬挑区内的楼面梁将楼面竖向荷载向落地墙、柱以及悬挑端立面上的桁架传递。

悬挑端立面上的桁架再将竖向荷载传递给两侧的侧立面框架，传力途径如图10（a）所示。

对于斜向悬挑，斜柱上端传递下来的竖向荷载会使斜柱产生一个外倾的趋势，需依靠楼面内梁将其拉结，在上部竖柱与斜柱转折点位置，楼面梁内拉力最大，为关键部位。

斜向悬挑竖向荷载的传力途径示意见图10（b）。

图10竖向荷载传力途径

3.3竖向构件不连续部分竖向构件不连续，比如T1因主入口洞口的存在，导致西北主立面上有5根柱不落地、楼内部有2根柱不落地、东南主立面上有3根柱不落地（图11）。

图11T1被托换柱的位置示意

3.4立面开大洞针对立面开大洞的情况，在主立面上设置斜撑（图12），斜撑和洞口上方框架梁、柱共同受力，实现整体结构受力的转换。

图12立面开大洞

3.5立面收进部分塔楼（如T4）结构顶部收进过多（图13），引起抗侧刚度急剧减小，地震中易出现鞭梢效应，使结构破坏，采取以下措施：

1）提高竖向构件性能目标；2）收进楼层采用钢柱或型钢混凝土柱及钢梁，3）与建筑协调，采取增设框架梁、斜撑等措施，尽量增大收进楼层刚度。

图13T4立面收进

3.6突出块体T2东南立面有突出块体（图14（a）中圈起部分），最大突出厚度16m，突出块体中间两层通高，布置为报告厅，突出块体为钢桁架结构。

图14T2突出报告厅3.7空中连桥T2，T3间的连桥一端支座为铰接连接，另一端为橡胶隔震支座。

采用无铅芯橡胶隔震支座GZP400，图15为空中连桥立面及节点详图。

图15空中连桥立面及节点详图

4结构设计的技术关键4.1防震缝的设置通过防震缝使得地上部分塔楼与中心围合区域、塔楼相互之间两两分开，避免成为大底盘多塔楼结构，各塔楼及裙房结构在地下连为一体。

在±0.000m以上通过防震缝将5个高层、中心区域裙房、电影院分割成7个独立结构体。

防震缝设置示意见图16。

图16防震缝设置示意图

4.2清水混凝土立面要求及结构刚度的处理根据建筑师要求，清水混凝土主立面柱宽1250mm，柱中心间距为5m，清水混凝土梁高1250mm。

为避免塔楼结构纵横两向刚度差异过大，在主立面框架梁外观高度1250mm保持不变的前提，将梁截面削弱，削弱后的梁截面形式为非常规的异形截面（图17）。

图17清水混凝土梁截面形式

为尽可能减小上反突出部分对结构主体梁的影响，采用了图18所示的配筋形式。

为减小清水混凝土梁表面产生裂缝的可能性，采取了腰筋加密、设置诱导缝等措施。

图18异形梁截面配筋形式

4.3型钢混凝土的应用各塔楼多处采用了型钢混凝土组合结构，主要包括底部剪力墙暗柱、底部柱、斜柱、斜柱拉梁、转换及大跨悬挑结构、重要斜撑（与转换及悬挑有关）。

图19为T1外立面及内立面展开图，图中示意了型钢混凝土构件。

图19T1外立面和内立面展开图

4.4节点设计与研究本工程存在许多“米”字形、“K”字形等复杂节点，还存在有直柱上起斜柱，斜柱上起直柱以及多杆件的空间斜交等情况，节点处钢筋与型钢连接、钢筋与钢筋穿插关系异常复杂。

基于对清水混凝土构件视觉效果的考虑，本工程外立面构件标准截面尺寸为400mm×1250mm，对外立面截面宽度超过400mm的构件均进行了切角处理，构件内的型钢也设置在未切角的400mm范围以内，如图20所示，图中b为柱宽。

图20构件典型截面

适当增大斜撑、梁型钢截面，增加型钢高度，加厚腹板厚度，由型钢承受更多应力，以减少斜撑、梁纵向钢筋数量，减小斜撑、梁钢筋直径，节点区仍然由型钢和钢筋共同受力。

同时将影响斜撑钢筋穿插的柱侧面钢筋与柱角钢筋并筋形成钢筋束，为钢筋穿插留出更大空间（图21）。

图21节点详图

T1塔楼结构设计1工程概况T1塔楼结构采用带斜撑的密排柱外框+剪力墙结构。

T1塔楼结构总高119.05m，主体结构共28层,第29层为局部机房，平面呈L形，有主入口大洞和两处悬挑。

纵向主外立面采用清水混凝土饰面，其余立面为玻璃幕墙饰面。

主立面柱间距为5m，典型清水混凝土柱截面沿外立面宽度为1.25m。

结构三维示意图见图1。

塔楼主要构件截面及材料见表1。

图1T1塔楼结构模型三维示意图T1塔楼采用现浇钢筋混凝土楼板，由间距约5m的楼面钢筋混凝土梁支承，标准层楼板厚度为130mm。

主入口大洞口上方6层楼板厚度为200mm，7层和8层楼板厚度为150mm，南端收进部位26层局部楼板厚度为180mm。

结构典型平面布置见图2，3，结构立面展开图见图4。

图23层结构平面布置图图321层结构平面布置图

2结构体系2.1T1塔楼的高位悬挑在高位突出悬挑的端立面及侧立面上设置交叉钢斜撑，交叉钢斜撑与部分楼层水平梁在立面上形成内桁架，内桁架为数层高，具有良好的刚度。

悬挑区内的楼面梁将楼面竖向荷载向落地墙、柱以及悬挑端立面上的桁架传递。

悬挑端立面上的桁架再将竖向荷载传递给两侧的侧立面框架，传力途径如图4（a）所示。

对于斜向悬挑，斜柱上端传递下来的竖向荷载会使斜柱产生一个外倾的趋势，需依靠楼面内梁将其拉结，在上部竖柱与斜柱转折点位置，楼面梁内拉力最大，为关键部位。

斜向悬挑竖向荷载的传力途径示意见图4（b）。

图4竖向荷载传力途径

2.2竖向不规则因主入口洞口的存在，导致西北主立面上有5根柱不落地、楼内部有2根柱不落地、东南主立面上有3根柱不落地（图5）。

图5T1被托换柱的位置示意

对于内部存在2根被转换柱，沿南北方向设置了一道2层高的转换钢桁架HJ1，其立面见图6（a），钢桁架跨度约25m；沿东西向设另一道1层高的转换钢桁架HJ2，钢桁架跨度约20m，为转换钢桁架HJ1提供面外支承，并在洞口上方连接洞口两侧的主体结构，其立面见图6（b）。

图6转换钢桁架

T1内立面洞口为三折线组成，其中一边依靠带斜撑的密柱框架实现5m悬挑；另一边依靠带斜撑的主立面密柱框架实现10m悬挑；中间为与梁相连，利用空间整体受力实现转换（图7）。

T1外立面洞口为两折线组成，依靠竖向两折面带斜撑的密柱框架，使空间整体受力实现跨度5＋25=30m的跨越（图8）。

图7T1内立面

图8T1外立面

为增加结构竖向传力途径，在6～8层主立面上的混凝土梁、柱、斜撑中设置型钢，构造出一个3层高的转换桁架（图9,10）。

为避免该3层高的转换桁架上清水混凝土过早开裂，初期仅施工该3层高的转换桁架，待主体结构施工到顶后，再做转换桁架外包的清水混凝土。

图9折形型钢混凝土转换桁架

图10T1外立面转换桁架平面布置图

3结构加强措施

（1）将L形内拐角区域楼板配筋加强，此区域楼板尽可能不开洞；

（2）将高位悬挑底层楼板局部厚度增大为180mm。

（3）通过增大塔楼南端小筒Y向墙厚、8层以下增设1片600mm厚的开洞剪力墙、塔楼南立面从下至上增设交叉斜撑等措施来提高结构抗扭刚度、减小刚心和质心偏心距、降低扭转效应、控制位移比小于1.40。

（4）主入口转换层部位。

计算时6层指定为转换层、转换层下一层指定为薄弱层；将6～8层（洞口上方3层）的混凝土墙体设为底部加强区；洞口上方整层楼板厚度加厚至200mm。

（5）东侧7～20层斜向悬挑5m部位。

在与倾斜斜柱相连的部分楼面拉梁内增配型钢，形成型钢混凝土梁。

（6）楼梯间切断了部分框架梁，导致一根框架柱面外3层无梁拉结。

处理措施：

1）将另一方向框架梁宽度加大至500mm，且沿梁高方向按常规普通梁的梁底进行配筋;2）柱高计算长度系数根据无梁高度计算加大。

（7）结构整体复杂:

1）设定性能目标；2）加强分析：

采用SATWE和ETABS两种软件进行对比分析；3）对框架柱的轴压比控制提高要求;4）采用弹性时程分析方法对结构进行补充计算；补充沿门洞上方桁架方向的地震作用分析；5）为抵抗大震作用下柱产生的拉力，柱中的型钢向下延伸至基础。

T2塔楼结构设计1工程概况成都来福士广场T2塔楼地下4层，地上30层，结构高度123m，平面呈梯形，主要功能为办公楼，建筑效果图见图1。

T2塔楼南北两侧为清水混凝土，东西两侧有外幕墙。

图1建筑效果图

结构体系为带斜撑的外框架-剪力墙结构。

核心筒外墙厚400～600mm，内墙厚200mm；结构底部柱截面尺寸为（600～800）×1250，1000×1375；立面混凝土斜撑截面尺寸为400×1250，部分斜撑内含型钢；钢斜撑截面为450×16，350×16。

底部墙、柱混凝土强度等级为C60，向上逐步减小至C40，梁、板混凝土强度等级均为C40；柱内型钢及其他钢构件均采用Q345B。

结构立面图见图2，标准层平面布置图见图3。

图2结构立面图

图3结构标准层平面布置图

2结构设计难点及加强措施2.1平面扭转不规则南北两侧17层以下设置型钢混凝土斜撑、17层及以上设置混凝土斜撑，东西两侧设置混凝土及钢管斜撑，与建筑内部核心筒、外框架共同组成良好的抗侧力体系。

控制楼层位移比及层间位移比不超过1.40，减小结构扭转效应。

2.2立面大悬挑结构西侧12层及以上有10m的大悬挑