重庆来福士广场项目结构设计简介

朱立刚，涂望龙

（奥雅纳工程咨询（上海）有限公司，上海 200031）

重庆来福士广场项目结构设计简介

朱立刚，涂望龙

（奥雅纳工程咨询（上海）有限公司，上海 200031）

该文简要介绍了重庆来福士广场项目中北塔、南塔、空中连桥等的结构体系及特点，可以对复杂超高层塔楼结构和多塔结构的设计提供一定参考。

超高层抗震；组合伸臂；不对称立面曲线；高位连体结构；减隔震

1 项目概况

重庆来福士广场项目地块位于朝天门广场与解放碑之间，即重庆市渝中区渝中组团D分区4-1/02号地块，总建筑面积约为1,123,000m2，由8栋超高层塔楼，6层商业裙房和 3层地下室组成。是集大型购物中心、高端住宅、办公楼、服务公寓和酒店为一体的城市综合体项目。其中T3N和T4N统称为北塔，T1/T2/T3S/T4S/T5/T6统称南塔。T2/T3S/T4S/T5四栋塔楼在屋顶通过一座长达300m的空中连桥彼此相连，T4S屋顶设有空中走廊通往T4N。（如图1所示）。该项目建筑设计单位是美国的萨夫迪建筑设计事务所（Moshe Safdie Architects），结构设计从方案到施工图设计为奥雅纳工程咨询（上海）有限公司，重庆市建筑设计院为本项目的国内设计院[1]。以下分别介绍北塔、南塔和空中连桥的结构体系。

图1 项目示意图

2 北塔结构体系介绍

T3N和T4N塔楼结构高度约 356 m，高宽比为9.4，为超 B级高度建筑。塔楼底部平面尺寸约为 38 m×38 m，其南北向尺寸在中上部沿立面突出，在约 34层附近达到最宽，平面尺寸约为 44 m×38 m，向上其南北向平面尺寸逐渐减小，顶层最窄处约为 34 m×38 m。钢筋混凝土核心筒基本位于结构正中，整体结构布置规则，对称、无凹进。两个塔楼由于重量和核心筒大小不同，分别有3道和4道组合伸臂，沿塔楼高度均匀分布。

2.1 北塔抗侧体系

北塔抗侧体系由带有腰桁架巨型外框架+伸臂系统+钢筋混凝土核心筒+外部次框架组成（如图2所示），为增加外框冗余度和刚度，外框架柱在腰桁架处刚性相连，从底到顶，次框架柱连续贯通与巨柱形成完整外框抗侧体系。该结构是目前国内第一栋四巨柱无大支撑的超高层结构。不采用大支撑体系，除了满足建筑立面效果，总体经济指标也优于外框架大支撑体系，总体用钢量仅为120kg/m2[2]。

图2 抗侧体系示意图

2.2 组合伸臂系统

伸臂系统自身的刚度和延性（地震区）对超高层塔楼的整体特性具有重大意义。北塔创造性地引入组合伸臂系统，如图3所示。

图3 组合伸臂系统

该系统包括连接于外框柱上的软刚剪切耗能件、从核心筒角部延伸出的钢筋混凝土伸臂墙、连接剪切耗能件和混凝土伸臂墙的钢支撑 （该钢支撑贯穿混凝土伸臂墙并和核心筒内的预埋钢环梁相连以使传力直接）、以及围绕核心筒一周的钢筋混凝土环梁（保护核心筒）。

该系统利用混凝土伸臂墙刚度较大的特点以提高结构的整体刚度，且通过系统构件合理屈服顺序的设计，使得剪切耗能件在大震情形下屈服起到保险丝的作用，利用其屈服后的延性和耗能能力保护混凝土伸臂墙和核心筒。构件的屈服顺序由先到后分别为剪切耗能件、钢伸臂、混凝土墙身段、混凝土核心筒。另外，非混凝土伸臂墙段的空间也给建筑走道和机电管线提供了必要的空间。

通过设置适当的分析模型和性能目标，对剪切耗能件和组合伸臂系统采用两种有限元软件分析对比，并采用静力和往复荷载作用下的节点试验对有限元分析结果进行对比验证，结果表明该组合伸臂系统满足设计要求及预期的屈服顺序，在大震下可有效保护核心筒墙体；其刚度相较于传统的钢桁架伸臂有一定提高，对超高层的侧向刚度和舒适度提高有较大意义；可较大程度地简化施工，并具有一定经济效益。且该组合伸臂系统已获得国家实用新型专利证书[3]。

3 南塔结构体系介绍

南塔主要功能为高端住宅、办公楼及公寓，南塔各塔楼在东西方向约为31m，南北向向北面呈帆形，框架柱斜率每层变化，平面布置随外立面曲线逐层变化，约45～61m不等。四座由空中连桥相连的塔楼高度均为238m，T1/T6结构高度约为227m。

南塔相似的外形和结构形式，为屋顶连桥的“支座”具备相似的刚度创造了良好的前提。

3.1 南塔抗侧体系

T1/T6塔楼结构体系为框架-核心筒-腰桁架。由于T2T5T3ST4S顶部有连桥，结构设计要求相对T1T6有所提高，均设置了伸臂桁架，即结构体系为框架-核心筒-伸臂桁架-腰桁架。T3S及T4S由于核心筒尺寸较小，且除了空中走廊，屋顶还有通向北塔的连桥，荷载较重，伸臂桁架数量比T2T5多[4]。

3.2 南塔结构特点

以T2T5塔楼为例进行分析，南塔主要有以下特点：

（1）立面曲线，所有外框柱为单方向弯曲曲线，斜度约0～15度，裙房顶处直柱变斜柱处角度最大，个别可达20度，如图4所示；

图4 T1/T2/T5/T6开洞说明

（2）由于塔楼建筑平面布置及机电通风需要，核心筒开洞各楼层不能相互对齐，与外框柱呈相似曲线布置，同时，在立面开洞位置，平面上也存在开洞；

（3）T2/T3S/T4S/T5顶部由连桥相连，各塔之间存在一定相互影响；

（4）嵌固层在筏板顶部，与一定范围裙房相连，并在S5层，整个项目连接成一体，组成箱体提高整体刚度。

图5 抗震缝示意图

图6 裙房（S4层）抗震缝示意图

4 空中连桥结构体系介绍

该项目面临的一个重要设计挑战是空中连桥结构设计以及与4座南塔楼的连接设计和分析方法。空中连桥面临风荷载以及地震荷载的双重考验，塔楼与连桥之间的相互作用，连桥结构体系与连接方式等设计议题。

4.1 空中连桥与塔楼连接

在250m高空连接4座塔楼，是目前较为复杂和困难的结构设计议题。在项目概念阶段提出了5种不同的方案：整体连接、独立连接（设置抗震缝）、动态连接（单设抗震支座）、动态连接（抗震支座与阻尼器的组合）、部分塔楼固定连接与部分塔楼动态连接。从位移需求、剪力需求、用钢量以及塔楼和连桥间的相互影响等多方面，确定了动态连接（抗震支座与阻尼器组合）方式作为最终连桥支座方案，如图7所示。

图7 支座连接不同方案比较

空中连桥与塔楼之间的连接综合考虑位移需求、剪力需求、用钢量以及塔楼和连桥间的相互影响等多项因素，采用动态连接的方式，即抗震支座与阻尼器的组合。使用隔震支座连接，释放地震能量，辅以粘滞阻尼器降低连桥的总位移，减少支座的滑动半径，降低造价。

连桥安放于4个塔楼上，每个塔楼上设有隔震支座，同时设有两组阻尼器，于左右两侧控制东西和南北方向变形。在塔楼顶部5m，设有转换结构，支座安装在3板，5m深的转换梁上，如图8所示。

图8 空中连桥与塔楼连接示意图

4.2 空中连桥结构体系

空中连桥长达300m，采用钢桁架结构，主桁架为3组东西向连续桁架跨越4个塔楼，垂直于主桁架方向，每大约4.5m安装一梯形次桁架连接3组主桁架（如图9所示）。连桥上下各浇筑混凝土组合楼板。连桥构件主要于反弯点（塔楼两侧）断开，设置连接点方便施工后期连接中间段。两组从连桥主结构悬挑出的小连桥作为连桥与北塔楼之间的建筑通道，但结构上小连桥与北塔楼之间设置抗震缝。

由于机电和建筑对使用空间的要求，空中连桥组合楼板结构未与主体桁架结构直接相连，在主次桁架弦杆所在标高增设交叉水平支撑以提高平面内刚度。

从总体结构设计概念上，连桥主结构形成刚度较好的盒形桁架结构，自身刚度分布均匀，能提供整体变形内力，在隔震支座作用下能起到整体位移变形的效果，以减少连桥自身相对位移导致的次应力。从构件尺寸与内力分布结果可知，该结构体系刚度与承载力分布均匀。

图9 空中连桥结构体系示意图

连桥结构由于减震系数小于0.4，抗震等级降低，从而节约了钢材用量[2]。

4.3 连桥与其减隔震支座设计

连桥与其减隔震支座的基本设计思路为在小震和风荷载作用下，保证连桥不浮动；在中震和大震作用下连桥与塔楼之间动态连接，减少连桥动力响应对塔楼的影响，并且减少连桥自身的地震作用。因此需根据不同的连接工况采用不同的模型假定（如图10所示）。

图10 各工况下分析设计模型

多塔分析表明小震反应谱分析未能捕捉塔楼鞭梢效应而采用弹性时程分析法捕捉到了塔楼鞭梢效应，该效应除放大连桥构件内力外，还会放大连桥支座小震剪力需求。在求取支座水平剪力需求时需该放大系数[5]。

5 嵌固层特点

该项目由于场地条件特殊，场地三面无覆土为边坡，只有一面有覆土，地下室不能满足嵌固条件，所以该项目的嵌固层为基础筏板顶。桩基设计考虑不同工况（小、中、大震）下内力组合进行承载力设计。

6 场地特点

该项目场地条件极其复杂，总体地势南高北低，中部高、东西两侧低。场地东部以土质边坡为主，其边坡主要潜在破坏形式以土体内圆弧滑动为主；西侧以岩土质混合边坡为主，边坡主要潜在破坏形式受岩土交界面、砂泥岩交界面、岩体节理裂隙面以及岩体自身强度影响。因此对项目东西两侧场地在静力和地震条件下的稳定性进行了分析和评估，同时也考虑了场地稳定性与主体工程的交互影响。通过适当设置抗滑桩，保证了整个场地的稳定和拟建项目的安全[6]。

7 小结

重庆来福士广场项目体量大且结构复杂，对于结构工程师是一个巨大的挑战，结构设计应不拘泥于传统结构形式，敢于创新，针对结构特点进行相应的分析，以确保结构安全合理并尽量达成建筑效果，同时也为类似复杂项目的设计提供了一定参考。

[1]重庆来福士项目超限审查报告[R].上海：ARUP，2014.

[2]朱立刚，柳杰，张长，等.重庆来福士广场北塔楼四巨柱体系研究与改进[J].建筑结构,2015（24）：16-21.

[3]朱立刚，柳杰，董晓，等.创新组合伸臂系统在重庆来福士广场北塔楼中的应用[J].建筑结构，2015（24）：22-28.

[4]韩小娟，朱立刚，涂望龙，等.重庆来福士广场南塔设计[J].建筑结构，2015（24）：1-8.

[5]刘志刚，侯悦琪，朱立刚，等.重庆来福士广场空中连桥减隔震设计[J].建筑结构，2015（24）：9-15.

[6]盖学武，林侨兴，杨登宝，等.重庆来福士广场场地稳定性分析与评估[J].建筑结构，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

朱立刚（1970-），男，江苏徐州人，高级工程师，助理董事，总工程师，主要从事结构专业和抗震设计等工作。

责任编辑：孙苏，李红