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导语：为促进我国建筑工程设计事业的发展，自2022年起，中国建筑学会建筑结构分会公众号(ASC建筑结构分会)将推出“中国建筑学会建筑设计奖·结构专业”获奖项目，为广大工程师提供优秀结构设计的经典案例。 【建设地点】广东省广州市珠江新城冼村路J2-1、J2-3地块 【设计时间】2009~2015 【设计单位】广州市设计院 | 奥雅纳工程咨询（上海）有限公司 【主要设计人】王松帆 赵恩望 周定 赵宏 王伟明 刘浩璋 李莉 刘永策 【获奖等级】2019-2020中国建筑学会建筑设计奖·结构专业一等奖 1 项目概况  广州周大福中心位于广东省广州市珠江新城冼村路J2-1、J2-3地块，用地面积26494㎡，总建筑面积约50.8万㎡，其中地下部分约10.4万㎡，地上部分约40.4万㎡，容积率14.54。其中塔楼地上111层，地下5层，建筑高度为530m，是集办公楼、服务式酒店、酒店、娱乐、餐饮、会所、车库等为一体的综合性超高层建筑。 塔楼建筑外形设计理念源于多功能使用的特点——楼层变化以适应不同功能类型的需要，阶梯状的建筑外形设计使得主要功能区楼层面积最优化。四个退台包括办公区至服务式酒店、服务式酒店至酒店、酒店至塔冠、塔冠至天空。每个退台，均根据建筑功能减小楼板面积，从而形成空中屋面花园平台，营造出空中花园俯看城市美景。
图1 建筑实景图 2 结构体系 根据工程特点，塔楼结构类型采用巨型框架-核心筒结构，巨型框架主要由8根（平面每侧2根）矩形钢管混凝土巨柱（柱距30米）和连接巨型柱的六道双层环桁架组成，每侧巨柱之间加设2根（共8根）小钢管混凝土柱；核心筒由钢板混凝土剪力墙组成，上部楼层逐步过渡为型钢混凝土剪力墙、普通钢筋混凝土剪力墙；巨型框架与核心筒之间通过四道伸臂桁架进行连接。 塔楼受到的水平荷载作用由巨型框架、核心筒、伸臂桁架及环桁架组成的整体抗侧力体系共同承担（图2）。
图2 塔楼结构体系 2.1 核心筒设计
核心筒外墙厚度由底部1800mm逐渐向上部楼层收小为1000mm，在塔楼地下室～地上32层的核心筒外墙采用了C80高强混凝土双层钢板组合剪力墙构件（图3），向上过渡为单钢板剪力墙（图4）、型钢混凝土剪力墙，提高承载力及延性，再向上改为普通钢筋混凝土剪力墙，有利于减轻自重及地震作用，增加建筑使用面积，节省成本。核心筒内墙则采用型钢混凝土剪力墙。钢板剪力墙的钢板厚度主要由重力荷载设计值的轴压比限值、大震不屈服剪压比设计要求以及整体结构的侧向刚度需求控制，并满足高规对钢板混凝土剪力墙最小和最大钢板厚度等构造要求。
图3 典型双层组合钢板剪力墙
图4 典型单钢板剪力墙 2.2 巨型框架设计
图5 典型矩形钢管混凝土巨柱截面 由于巨柱截面较大，为有效发挥环桁架的作用，采用了沿平面周边闭合的双层环桁架（图6）。
图6 双层环桁架吊装 2.3 伸臂桁架设计  巨型框架与核心筒之间通过伸臂桁架进行连接，共设置四道伸臂桁架（图7~图8），为使伸臂桁架在核心筒剪力墙中充分锚固，对应伸臂桁架位置的核心筒混凝土剪力墙肢内埋贯穿钢板，使其连接成整体，协调结构变形，同时有效改善剪力墙混凝土受拉情况，避免伸臂桁架连接处剪力墙混凝土开裂。巨柱内同时设置加劲板与伸臂桁架相连。
图7 伸臂桁架示意
图8 伸臂桁架现场安装 3 结构特点 3.1 立面收进 由于建筑立面采用退台形式，导致塔楼在办公区到公寓区（即建筑348米高度）、及公寓区到酒店区（即建筑424米高度）两处发生立面体型收进。针对这些特点，采取控制收进处底部楼层位移角不大于相邻下部区段最大层间位移角1.15倍、通过小震弹性时程分析发现顶部较明显的鞭梢效应、结合大震弹塑性分析结果对建筑方案进行调整，从而适当增加核心筒剪力墙角部墙肢（图9）等抗震加强措施。振动台试验结果表明所采取的抗震加强措施有效。同时对于公寓区到酒店区部分外框柱因立面收进采用的斜柱过渡（图10）控制其斜度为1：4，且对相应楼板、钢梁进行加强。
图9 立面收进处核心筒剪力墙加强（蓝色表示新增墙体）
图10 顶部体型收进处，局部柱采用斜柱过渡 3.2 巨柱间增设小柱 巨柱跨度30米，虽然楼面梁选择合适的截面可以满足承载力要求，但大跨导致的楼盖竖向振动舒适度及外框抗侧刚度弱，承担地震剪力比偏小的问题需予以重视。经研究结合建筑使用功能，在每侧巨柱之间加设2根小钢管混凝土柱，与外框梁一起在巨型框架之间形成次框架。外框小柱上下贯通对提高外框抗侧刚度帮助最大，考虑到结构X向外框较Y向弱，结合建筑功能，将塔楼南北两侧外框小柱做落地处理（图11）。采用考虑步行激励的方法验算大跨楼盖竖向振动舒适度，建筑竣工使用结果表明竖向振动舒适度满足要求，计算结果可靠。针对外框抗侧刚度弱，承担地震剪力比偏小问题，由于建筑对巨柱截面大小的限制，通过加大巨柱钢板厚度满足超限审查专家要求的外框地震剪力不低于基底地震剪力5%的要求，外框同时考虑0.2Q0地震剪力调整，核心筒小震地震剪力放大1.1倍，结构具备良好二道防线抗震能力。
图11 巨柱间加设小柱 3.3 防连续倒塌验算 根据结构实际情况，通过对环桁架和南面小柱采用拆除构件法（图12）及对巨柱和核心筒剪力墙构件表面施加附加横向荷载的方法，验算塔楼防连续倒塌性能。结果表明巨柱和核心筒剪力墙构件表面施加附加80kPa的偶然荷载不会导致结构构件失效，环桁架两根杆件和南面小柱失效时有相关局部构件进入塑性状态，但塑性变形值小于FEMA356生命安全限值，结构不会倒塌。
图12 防连续倒塌验算拆除构件 3.4 节点设计及有限元分析 伸臂桁架节点设计，应使钢构件在核心筒剪力墙中充分锚固，同时让伸臂桁架与混凝土核心筒之间有可靠的连接和协同能力，因此在核心筒剪力墙内设置钢板与伸臂桁架相连，巨柱内同时设置加劲板与伸臂桁架相连。在模型上施加力和位移边界条件进行大震下关键节点有限元分析。 （1）伸臂桁架与巨柱连接节点（图13）
图13 伸臂桁架与巨柱连接节点 计算结果显示大震下伸臂桁架与巨柱连接部分基本保持弹性，只有极小部分连接伸臂桁架和巨柱的加劲板翼缘由于应力集中进入塑性，对整个节点影响较小，节点区混凝土主应力未达到混凝土抗压强度标准值，满足受力要求。 （2）伸臂桁架与核心筒剪力墙连接节点（图14）
图14伸臂桁架与核心筒剪力墙连接节点 计算结果显示大震下节点连接处核心筒剪力墙内钢板及伸臂桁架仅局部进入塑性，极少区域混凝土主应力接近混凝土抗拉强度标准值，满足性能目标要求。 4 结语 本工程于2009年开始基坑施工，2017年1月竣工投入使用。经过建设、设计、施工及监理等单位的共同努力以及紧密配合，顺利落成。各项检测、监测数据表明结构安全，变形均满足规范要求。本项目获得了2019年度广东省工程勘察设计优秀奖一等奖、2019年度中国勘察设计协会优秀勘察设计奖建筑结构一等奖、2019-2020年中国建筑学会建筑设计奖·结构专业一等奖。 |
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