重慶來福士廣場項目結構設計簡介

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構設計簡介

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、空中連橋等的結構體系及特點，可以對復雜超高層塔樓結構和多塔結構的設計提供一定參考。

超高層抗震；組合伸臂；不對稱立面曲線；高位連體結構；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，即重慶市渝中區渝中組團D分區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、服務公寓和酒店為一體的城市綜合體項目。其中T3N和T4N統稱為北塔，T1/T2/T3S/T4S/T5/T6統稱南塔。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屋頂設有空中走廊通往T4N。（如圖1所示）。該項目建筑設計單位是美國的薩夫迪建筑設計事務所（Moshe Safdie Architects），結構設計從方案到施工圖設計為奧雅納工程咨詢（上海）有限公司，重慶市建筑設計院為本項目的國內設計院[1]。以下分別介紹北塔、南塔和空中連橋的結構體系。

圖1 項目示意圖

2 北塔結構體系介紹

T3N和T4N塔樓結構高度約 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構正中，整體結構布置規則，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 北塔抗側體系

北塔抗側體系由帶有腰桁架巨型外框架+伸臂系統+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，次框架柱連續貫通與巨柱形成完整外框抗側體系。該結構是目前國內第一棟四巨柱無大支撐的超高層結構。不采用大支撐體系，除了滿足建筑立面效果，總體經濟指標也優于外框架大支撐體系，總體用鋼量僅為120kg/m2[2]。

圖2 抗側體系示意圖

2.2 組合伸臂系統

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

圖3 組合伸臂系統

該系統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的預埋鋼環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梁（保護核心筒）。

該系統利用混凝土伸臂墻剛度較大的特點以提高結構的整體剛度，且通過系統構件合理屈服順序的設計，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。

通過設置適當的分析模型和性能目標，對剪切耗能件和組合伸臂系統采用兩種有限元軟件分析對比，并采用靜力和往復荷載作用下的節點試驗對有限元分析結果進行對比驗證，結果表明該組合伸臂系統滿足設計要求及預期的屈服順序，在大震下可有效保護核心筒墻體；其剛度相較于傳統的鋼桁架伸臂有一定提高，對超高層的側向剛度和舒適度提高有較大意義；可較大程度地簡化施工，并具有一定經濟效益。且該組合伸臂系統已獲得國家實用新型專利證書[3]。

3 南塔結構體系介紹

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結構高度約為227m。

南塔相似的外形和結構形式，為屋頂連橋的“支座”具備相似的剛度創造了良好的前提。

3.1 南塔抗側體系

T1/T6塔樓結構體系為框架-核心筒-腰桁架。由于T2T5T3ST4S頂部有連橋，結構設計要求相對T1T6有所提高，均設置了伸臂桁架，即結構體系為框架-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，伸臂桁架數量比T2T5多[4]。

3.2 南塔結構特點

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 空中連橋結構體系介紹

該項目面臨的一個重要設計挑戰是空中連橋結構設計以及與4座南塔樓的連接設計和分析方法。空中連橋面臨風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，連橋結構體系與連接方式等設計議題。

4.1 空中連橋與塔樓連接

在250m高空連接4座塔樓，是目前較為復雜和困難的結構設計議題。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（設置抗震縫）、動態連接（單設抗震支座）、動態連接（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，每個塔樓上設有隔震支座，同時設有兩組阻尼器，于左右兩側控制東西和南北方向變形。在塔樓頂部5m，設有轉換結構，支座安裝在3板，5m深的轉換梁上，如圖8所示。

圖8 空中連橋與塔樓連接示意圖

4.2 空中連橋結構體系

空中連橋長達300m，采用鋼桁架結構，主桁架為3組東西向連續桁架跨越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。連橋構件主要于反彎點（塔樓兩側）斷開，設置連接點方便施工后期連接中間段。兩組從連橋主結構懸挑出的小連橋作為連橋與北塔樓之間的建筑通道，但結構上小連橋與北塔樓之間設置抗震縫。

由于機電和建筑對使用空間的要求，空中連橋組合樓板結構未與主體桁架結構直接相連，在主次桁架弦桿所在標高增設交叉水平支撐以提高平面內剛度。

從總體結構設計概念上，連橋主結構形成剛度較好的盒形桁架結構，自身剛度分布均勻，能提供整體變形內力，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致的次應力。從構件尺寸與內力分布結果可知，該結構體系剛度與承載力分布均勻。

圖9 空中連橋結構體系示意圖

連橋結構由于減震系數小于0.4，抗震等級降低，從而節約了鋼材用量[2]。

4.3 連橋與其減隔震支座設計

連橋與其減隔震支座的基本設計思路為在小震和風荷載作用下，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連接，減少連橋動力響應對塔樓的影響，并且減少連橋自身的地震作用。因此需根據不同的連接工況采用不同的模型假定（如圖10所示）。

圖10 各工況下分析設計模型

多塔分析表明小震反應譜分析未能捕捉塔樓鞭梢效應而采用彈性時程分析法捕捉到了塔樓鞭梢效應，該效應除放大連橋構件內力外，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[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筏板頂。樁基設計考慮不同工況（小、中、大震）下內力組合進行承載力設計。

6 場地特點

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

7 小結

重慶來福士廣場項目體量大且結構復雜，對于結構工程師是一個巨大的挑戰，結構設計應不拘泥于傳統結構形式，敢于創新，針對結構特點進行相應的分析，以確保結構安全合理并盡量達成建筑效果，同時也為類似復雜項目的設計提供了一定參考。

[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].建筑結構,2015（24）：16-21.

[3]朱立剛，柳杰，董曉，等.創新組合伸臂系統在重慶來福士廣場北塔樓中的應用[J].建筑結構，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計[J].建筑結構，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計[J].建筑結構，2015（24）：9-15.

[6]蓋學武，林僑興，楊登寶，等.重慶來福士廣場場地穩定性分析與評估[J].建筑結構，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，主要從事結構專業和抗震設計等工作。

責任編輯：孫蘇，李紅