建筑結(jié)構(gòu)丨北京第一高樓高528m中國(guó)尊大廈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、建筑結(jié)構(gòu)I北京第一高樓一一高528m中國(guó)尊大廈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1工程概況北京中央商務(wù)區(qū)核心區(qū)的標(biāo)志性超高層建筑項(xiàng)目一一中國(guó)尊大廈，由北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司設(shè)計(jì)完成，目前正在進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)施工。工程場(chǎng)地位于北京市朝陽(yáng)區(qū)東三環(huán)北京商務(wù)中心區(qū)（CBD）核心區(qū)Z15地塊,建筑面積約43.7萬(wàn)m2（地上約35萬(wàn)m2,地下約8.7萬(wàn)m2）。主要建筑功能為辦公、觀光和商業(yè)。該塔樓地上108層，地下7層（局部設(shè)夾層），建筑高度528m,外輪廓尺寸從底部的78mX78m向上漸收緊至54mX54m,再向上漸放大至頂部的59mx59m，似古代酒器“樽”而得名，建筑效果圖如圖1所示。圖1中國(guó)尊大廈本工程主要結(jié)構(gòu)體系由外框

2、筒和核心筒組成，其中外框筒由巨型柱、巨型斜撐、轉(zhuǎn)換桁架以及次框架組成。巨型柱位于塔樓角部，貫通至結(jié)構(gòu)頂部，并在各區(qū)段分別與轉(zhuǎn)換桁架、巨型斜撐連接。巨型柱底部截面形狀為多邊形，中部及上部為矩形，采用多腔鋼管混凝土柱。在設(shè)備層及避難層共設(shè)置8道轉(zhuǎn)換桁架，具桿件截面采用焊接箱形截面。巨型斜撐沿各區(qū)外皮設(shè)置，也為焊接箱形截面。次框架包括重力柱和外環(huán)梁，均為焊接H形截面，具僅承擔(dān)本區(qū)重力荷載，不參與整體抗側(cè)。2巨型外框筒建筑-結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)2.1巨型外框筒幾何控制面的生成中國(guó)尊大廈外輪廓的水平截面形狀為倒圓角的正方形，并沿著高度平滑收放，其外完成面幾何控制尺寸見(jiàn)圖2。巨型外框筒的外控制面采用分段折面的形

3、式，既可以較好控制巨型外框筒與建筑外完成面的距離，又可降低結(jié)構(gòu)自身的加工難度。圖2外完成面幾何控制尺寸2.2巨型柱外輪廓的生成巨型柱從基礎(chǔ)頂面(-31.3m)至106層(503.2m)的截面形式根據(jù)一定的規(guī)則進(jìn)行變化，其具有三種截面形式：1)7層以下(-31.343.15m)為4根八邊形截面，截面面積約為63.9m2;2)719層(43.1598.65m)為8根六邊形截面，截面面積約為19.521.3m2;3)19106層(98.65503.2m)為8根矩形截面，截面面積約為19.22.56m2。巨型柱共設(shè)置12個(gè)控制轉(zhuǎn)折標(biāo)高，具體見(jiàn)表1。為使結(jié)構(gòu)受力最優(yōu)，要求12個(gè)控制轉(zhuǎn)折標(biāo)高位置對(duì)應(yīng)的巨型

4、柱截面形心都位于豎直面丫內(nèi)，此面與水平或豎直夾角為27。，如圖3所示。圖3巨型柱截面示意綜合巨型柱12個(gè)控制轉(zhuǎn)折標(biāo)高位置截面形心共于豎直面丫內(nèi)、角點(diǎn)(P,P'點(diǎn))連續(xù)、每層巨型柱角點(diǎn)與外完成面的距離不小于500mm(底部為1200mm)等3個(gè)條件，最終確定巨型柱的幾何定位。其俯視定位圖如圖4所示。圖4巨型柱俯視定位圖2.3轉(zhuǎn)換桁架、巨型斜撐及次框架的生成在確定外框筒外控制面及巨型柱外輪廓后，可以確定轉(zhuǎn)換桁架、巨型斜撐及次框架等定位。此處控制的目的是各構(gòu)件之間的連接要做到平齊對(duì)接，避免由現(xiàn)錯(cuò)邊，并且方便加工和安裝。整個(gè)塔樓由8道轉(zhuǎn)換桁架分成了9個(gè)區(qū)段，每個(gè)區(qū)段生成的規(guī)則是一致的，不同的只

5、是巨型柱傾斜的程度，本節(jié)僅選取典型區(qū)段進(jìn)行介紹，如圖5所示。圖5外框筒典型區(qū)段示意轉(zhuǎn)換桁架、巨型斜撐及次框架的外皮均與外框筒外控制面平齊。轉(zhuǎn)換桁架弦桿、巨型斜撐等構(gòu)件與巨型柱連接位置均需要設(shè)置水平加勁肋，且結(jié)合與巨型柱轉(zhuǎn)折標(biāo)高位置的關(guān)系，轉(zhuǎn)換桁架弦桿的截面形式控制為平行四邊形截面(圖6(a),而沒(méi)有采用常規(guī)截面形式(圖6(b)。圖6轉(zhuǎn)換桁架截面生成方案例如截面尺寸為800X700表示截面垂直高度為800mm,沿水平向?qū)挾葹?00mm,此截面定義規(guī)則可認(rèn)為由相距800mm的一對(duì)水平面和平行于巨型柱外控制面、水平距離(非垂直距離，下同)為700mm的一對(duì)斜面，所圍區(qū)域作為弦桿輪廓尺寸。轉(zhuǎn)換桁架腹桿

6、的截面定義規(guī)則也參照弦桿的截面定義規(guī)則，例如截面為900X700的斜腹桿，由相距900mm平行于腹桿軸線(xiàn)，且都垂直于豎直面的一對(duì)斜面和平行于巨型柱外完成面、水平距離為700mm的另一對(duì)斜面，所圍區(qū)域作為斜腹桿輪廓尺寸。角部桁架弦桿與腹桿的生成規(guī)則與轉(zhuǎn)換桁架的生成規(guī)則也基本一致。巨型斜撐的生成規(guī)則與轉(zhuǎn)換桁架腹桿的生成規(guī)則類(lèi)似。略有不同的是轉(zhuǎn)換桁架的斜腹桿、弦桿與巨型斜撐軸線(xiàn)交點(diǎn)標(biāo)高與外框筒轉(zhuǎn)折標(biāo)高不在同一標(biāo)高（相差半個(gè)弦桿高）（圖7）為避開(kāi)上述問(wèn)題，巨型斜撐截面生成方案按如下方案進(jìn)行：例如1600X900面，取平行于巨型斜撐軸線(xiàn)、相距1600mm且垂直于豎直面的一對(duì)斜面，和平行于下輪廓面、水平距

7、離為900mm的一對(duì)斜面，所圍區(qū)域作為巨型斜撐輪廓尺寸。圖7巨型斜撐節(jié)點(diǎn)定位示意次框架的空間定位主要以分析重力柱為主。重力柱的定位與幕墻玻璃分格對(duì)應(yīng)，幕墻分格規(guī)則則是以外完成面為基礎(chǔ)，按照加強(qiáng)層建筑完成面標(biāo)高水平剖切由其對(duì)應(yīng)的幕墻輪廓線(xiàn)，等分為128份（圖8）,進(jìn)而得到各層的幕墻分格點(diǎn)。圖8重力柱中心線(xiàn)定位然后在外完成面每6個(gè)分格點(diǎn)取一格點(diǎn)再投影到轉(zhuǎn)換桁架上弦、下弦中心線(xiàn)上。連接相鄰兩道轉(zhuǎn)換桁架上、下弦的交點(diǎn)即為重力柱中心線(xiàn)定位，連接每道轉(zhuǎn)換桁架上、下弦的交點(diǎn)即為轉(zhuǎn)換桁架豎腹桿中心線(xiàn)定位。在確定重力柱軸線(xiàn)定位之后，以平行于軸向且垂直于豎直面的一對(duì)斜面與平行于外框筒外完成面的一對(duì)斜面所圍區(qū)域作為

8、重力柱外輪廓，重力柱采用焊接H形截面，以便施工。整個(gè)外框筒結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面生成規(guī)則可以用如下模型進(jìn)行形象說(shuō)明：剪切剛度很小而彎曲剛度很大的結(jié)構(gòu)，在一對(duì)水平力作用下，發(fā)生剪切變形之后的形狀，作為中國(guó)尊大廈外框筒結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面的主要形式，而確定截面傾斜的程度主要依據(jù)各段外框筒外完成面的傾斜程度，如圖9所示。圖9截面生成原理3樁筏基礎(chǔ)設(shè)計(jì)本工程基礎(chǔ)形式為樁筏基礎(chǔ)。樁筏體系可理解為是地基土-樁-筏板相互作用的一個(gè)有機(jī)整體。本工程樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)使用年限為50年，耐久性100年；建筑樁基設(shè)計(jì)等級(jí)甲級(jí)，安全等級(jí)為一級(jí)；主要抗震性能目標(biāo)為樁身強(qiáng)度滿(mǎn)足中震彈性和大震不屈服要求。工程樁主要包括三種類(lèi)型：位于核心筒和巨型

9、柱下P1型（樁徑1200mm、樁長(zhǎng)44.6m）;塔樓下其他區(qū)域P2型（樁徑1000mm、樁長(zhǎng)40.1m）;塔樓與純地下室間過(guò)渡樁P3型（樁徑1000mm、樁長(zhǎng)26.1m,為邊緣過(guò)渡樁），樁位布置見(jiàn)圖10。圖10樁位布置工程樁P1和P2以第層卵石、圓礫為樁端持力層，要求進(jìn)入持力層的深度不小于2.5mo純地下室部分采用天然地基。所有工程樁均采用樁側(cè)樁端組合后注漿工藝。樁筏基礎(chǔ)設(shè)計(jì)總體思路：考慮樁筏協(xié)同作用（圖11）,按變形控制條件合理選擇樁端持力層，優(yōu)化設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)、樁徑和樁間距。樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)考慮上部結(jié)構(gòu)、筏板基礎(chǔ)和地基（樁與土）共同作用分析。經(jīng)過(guò)反復(fù)比選，最終將超高層主塔樓與裙房之間的沉降后

10、澆帶予以取消，實(shí)現(xiàn)了樁筏基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新。樁與筏板基礎(chǔ)聯(lián)合變調(diào)平設(shè)計(jì)的構(gòu)想與技術(shù)思路如圖12所示數(shù)值分析得由的基底反力在主樓區(qū)域約為150kPa;上部結(jié)構(gòu)傳遞到基礎(chǔ)底面的平均壓力值約1200kPa;樁間土承擔(dān)的荷載約為總荷載的12.5%o圖11樁筏共同工作示意圖圖12樁與筏板聯(lián)合變調(diào)平設(shè)計(jì)概化示意圖全部工程基樁施工完成以后，通過(guò)單樁靜載荷試驗(yàn)進(jìn)行了工程樁承載力檢驗(yàn)，其Q-s曲線(xiàn)如圖13所示。檢測(cè)結(jié)果表明樁基施工質(zhì)量良好，100%為I類(lèi)樁，為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)構(gòu)想奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。目前已完成全部筏板混凝土澆筑施工。圖13工程樁Q-s曲線(xiàn)更多內(nèi)容詳見(jiàn)建筑結(jié)構(gòu)雜志2014年20期（10月下）北京市建筑設(shè)計(jì)研究院

11、有限公司專(zhuān)刊文章：題目：中國(guó)尊大廈外框筒建筑-結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)方法；作者：齊五輝，宮貞超，常為華，楊蔚彪；單位：北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司。題目：中國(guó)尊大廈樁筏協(xié)同作用計(jì)算與設(shè)計(jì)分析作者：孫宏偉，常為華，宮貞超，王媛；單位：北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司。注：以上由本刊編輯整理，轉(zhuǎn)載務(wù)請(qǐng)注明“轉(zhuǎn)自建筑結(jié)構(gòu)雜志微信”，違者必究。=建筑結(jié)構(gòu)雜志社近期活動(dòng)：(1)2014年11月68日，天津：復(fù)雜高層與超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)高級(jí)研修班一一天津高銀117大廈(2)2014年11月7日，北京：2014對(duì)話(huà)建筑師論壇大型公共建筑的立面表現(xiàn)及遮陽(yáng)一體化以上活動(dòng)詳情請(qǐng)?jiān)L問(wèn)建筑結(jié)構(gòu)官網(wǎng)：查詢(xún)。也可點(diǎn)擊左下方“閱讀原文”或返回微信首頁(yè)點(diǎn)擊下方“最新活動(dòng)”查詢(xún)?！净貜?fù)關(guān)鍵詞可得到分類(lèi)微信】如果您想得到莫類(lèi)微信，只需點(diǎn)擊手機(jī)左