[转载] 要闻 | RBS顾问项目——深圳湾超级总部基地C塔项目通过超限审查

编者荐语:

非常有幸参与的一个项目,也是2021~2022花了较多时间的项目,在这里 转载 做个记录。

以下文章来源于公众号: RBS建筑结构 ,作者RBS建筑结构.

RBS顾问项目——深圳湾超级总部基地C塔项目通过超限审查

项目效果图

 

RBS服务类别:金地+RBS联合体全过程工程咨询

建设单位:深圳湾区城市建设发展有限公司

建筑设计:扎哈 哈迪德建筑事务所

设计单位:深圳市建筑设计研究总院有限公司

 

工程概况

PROJECT OVERVIEW

深圳湾超级总部基地(简称深超总)C塔项目位于深圳湾总部基地白石三道与深湾二路交汇处东南角核心区域,是深湾都市核心区三个超高层地标之一。作为中央绿轴和未来城脊组成的“超级十字”的中心节点,C塔项目集商业、文化、办公、酒店、交通为一体。灵动的立面韵律、充满了未来科技感的结构形态以及独特的自然人文设计让C塔绽放出耀眼的生命之光,同时也将成为深超总点亮世界的“未来之塔”。

项目总建筑面积约50万m²,建筑高度约390m,连体跨度约90m。地下3层,裙房7层,塔楼分为西塔和东塔,中低区主要为办公、高区为酒店及天际文化区。

图A.1 标准层建筑平面图

图A.2 连体层建筑平面图

图A.3 典型建筑剖面及功能分布

结构概况

STRUCTRAL PROFILE

塔楼为带伸臂、环桁架加强层的框架-核心筒双塔连体结构,裙楼及地下室为框架结构,塔楼与裙楼之间不设缝。在连体区域及裙楼区域存在部分特殊幕墙钢结构。

图B 整体结构体系构成

结构顾问工作亮点

WORK HIGHLIGHTS
点1 :特殊平面形状及塔楼外框柱数量优化

塔楼平面形状近似为椭圆形,并分为锯齿区和圆弧区两部分,锯齿区柱位只能布置在锯齿角部或中点,圆弧区柱位需位于圆弧等分点。从最初的18柱方案开始,经过20柱、11柱等多种方案的讨论,优化为目前10柱方案,柱距约17米,材料用量大幅节省,建筑品质及使用灵活性明显提高。

  图1 塔楼外框柱布置比选

亮点2 :核心筒形状论证

早期塔楼核心筒为椭圆形,RBS对其力学特性及施工可行性均进行了细致伸入的分析。经多种方案比选,最终采用切角矩形渐变收进方案,并结合了斜墙、开角等核心筒收进措施,兼顾使用灵活性及结构刚度均匀性。

图2 塔楼核心筒方案比选

图3 最终东塔核心筒收进示意

亮点3 :采用深高规控制墙轴压比

通过和超限审查专家沟通,在核心筒墙轴压比控制上采用了深圳市高规中墙身和边缘构件分开考虑的最新设计理念,墙身轴压比限值为0.6,边缘构件轴压比计算时考虑地震作用影响按柱控制轴压比。

亮点4 :连体结构方案比选

C塔的连体托挂区域虽然体量庞大,经数轮面积及功能优化后只有三层楼板连通,连体上下三角区域均为中空大跨幕墙,因此不适宜再作为连体的主体结构考虑,剩余楼板连通区域总高度为18米。RBS认为本项目中最理想的连体结构需要具备以下特点:具有足够的竖向承载力(即合理的跨高比),同时对水平荷载和边界位移不太敏感,而不同设计方向对以上影响因素的敏感性存在差异。经过多轮方案比选及专家论证,最终采用总高度18米的双层连体桁架方案。

图4 连体区域楼板分布示意

图5 连体结构方案比选

亮点5 :连体托挂区特殊幕墙钢结构设计

连体托挂区域为幕墙结构一体化设计,立面形态复杂,外侧立面为锯齿形、要求结构构件不外露。单个连体托挂区(项目共有两个)幕墙展开面积近1万平米,构件数量超过2.3万根,且每榀构件均不相同,几何处理及计算分析工作量极其繁复。RBS团队在项目推进过程中付出了艰辛的努力,以700mm高的构件尺寸,实现了近60米高的通透建筑空间(仅设置一道圆弧形水平抗风桁架)。

图6 连体托挂区特殊幕墙钢结构整体构成及边界

图7 连体托挂区幕墙典型节点

图8 连体托挂区的复杂立面形态

亮点6 :风振控制研究

由于项目周边复杂风环境影响,C塔项目的风洞试验结果大于规范风,风振加速度也远超过规范限值。RBS基于风洞单位提供的风时程,准确分析了结构的风振加速度,并提出西塔风振加速度存在罕见的双振型激励特点:西塔的风振加速度受东塔影响,连体方向尤其明显,控制东塔的风振效应是确保整体结构风振舒适度的关键。提出的减振水箱+黏滞阻尼器混合减振方案,理论减振率超过40%,经济性及对建筑空间的影响也优于TMD方案。预估的水箱尺寸及吨位也与后期设计基本一致。在风振控制专业公司介入前,有效保证了项目的风振控制可行性并推动项目发展。

图9 RBS在方案阶段完成的风振控制分析

亮点7 :塔楼柱下大直径三桩承台实体有限元分析

经方案比选,塔楼柱下采用大直径三桩承台,桩径2600mm,桩净距按1.5m控制,承台厚度3~4m。类似大直径三桩厚承台在民建领域应用经验较少,审查专家明确提出需要补充实体有限元分析。RBS完成的大直径三桩承台实体有限元分析充分揭露了其受力机理和破坏模式。分析表明,在合理配筋率范围内,承台破坏始于底筋受拉屈服,为延性破坏模式,不会出现冲切或剪切破坏。承台底部中心范围是拉力比较集中的区域,建议承台三向底筋应配置在2倍桩径范围内,钢筋覆盖承台底中心区域。拉压杆简化桁架模型是可靠且偏于安全的,后续设计中可采用简化公式进行复核。分析工作有效推动了桩基设计进度,目前塔楼桩基施工已基本完成。

图10 塔楼柱下大直径三桩承台实体有限元分析

亮点8 :结构数值优化技术

RBS在大量类似超高层工程实践过程中,逐步摸索出了一套基于运筹学优化理论的结构优化技术,可以在方案阶段就对整体结构进行数值优化。通过各类构件的灵敏度分析及迭代优化,方案早期即基本确定了各区域外框CFT柱截面、核心筒墙厚、加强层分布及截面等主要构件截面。C塔项目在风洞风大于规范风的不利条件下,塔楼投影范围内结构用钢量比邻近项目低近30%。

图11 塔楼柱及外墙对整体指标的敏感性分析

亮点9 :裙房及地下室桩基比选

C塔纯地下室及部分裙房区域桩基为抗浮控制,其余大部分裙房区域桩基为抗压控制。因工期原因,纯地下室部分桩基需要在地下室柱位尚未稳定的情况下提前施工。

顾问团队对抗浮方案进行了多方案比选:

① 常规柱下集中布置抗拔桩及承台的方案(方案二)对不确定柱位的适应性较差;

② 抗拔岩石锚杆方案(方案三)经济性较好,但锚杆过长(25~29m),质量和可靠度不佳;

③ 底板下满堂布置抗拔桩方案(方案一)通过适当加厚底板并取消承台的方式,极大的提高了对不确定柱位的适应性,其综合成本与方案二基本持平;

④ 在方案一的基础上,结合新技术提出了底板下满堂布置抗拔预应力灌注桩的方案(方案四),相比方案一造价可以节省20%以上。

经过多轮比选论证,综合考虑抗浮方案的经济性、灵活性、可靠性、新技术风险等,最终采用了方案一,即底板下满堂布置抗拔桩方案。

图12 抗浮方案比选

亮点10 :裙房大空间及柱位协调

首层有东西向市政道路在裙房间横穿而过,市政路南侧为公交场站,公交场站南侧地下为地铁临时侧壁。裙房二层主要为商业,三层~七层分布有多个大空间功能区域,如Link space、影院、展览、宴会厅等,主要分布在裙房西南角及两栋塔楼之间区域。

柱位的梳理协调成为裙房设计的一大难点,经过多轮协调,使大空间布局与关键柱位协调一致,提高结构效率,为上部特殊幕墙造型提供了有利支承条件。

图13 裙楼大空间及柱位协调

亮点11 :裙摆特殊幕墙钢结构设计

裙摆幕墙结构方案特点:大跨、大悬挑、不规则曲面、造型复杂。本项目外立面造型特殊,裙房作为塔楼的造型延伸,两者在体态上连续过渡,不存在明显的界限,防震缝的设置存在较大困难,因此未设防震缝。

裙摆幕墙钢结构采用结构-幕墙一体化设计,结构构件兼做幕墙龙骨;结构单跨跨度20~50m不等,整体长度160m,高度57m。

裙摆支承柱的选择直接影响裙摆结构方案的合理性,南侧裙摆选取了裙房大空间周边的3排关键柱位作为主要支承柱,顶部与塔楼铰接连接;内侧裙摆以3排裙房柱及9层楼板为主要支点;天窗支承柱沿天窗周边均匀布置,形成可靠体系。

裙摆结构进行了主次梁方案、桁架方案、网壳方案、索网方案、木结构方案等多方案比选,综合考虑结构受力、建筑效果、经济性、加工及施工难度、防火等因素后,最终选择了与褶皱形幕墙表皮贴合最好的双管桁架方案,各榀桁架之间通过垂直向的两根拉杆形成三角形稳定体系。

亮点12 :裙房梯田结构设计

裙房东侧呈“梯田”造型,层层退台及大量斜向结构的出现,对结构方案及室内空间净高提出了挑战。

梯田结构整体采用了框架+斜梁+折梁的思路:当梯田板与楼面板交接处无可靠支撑点时,梯田梁与楼面梁为同一根折梁;当梯田板与楼面板交接处有柱位和框梁时,直接采用该框梁同时兜住楼层梁与梯田部分折梁。

结构几何模型整体导入建筑三维模型,核对所有结构杆件是否突出建筑面层,并核对下部室内空间净高是否满足要求。

图15 裙房梯田结构设计

RBS项目团队

PROJECT TEAM
 

项目负责人:李盛勇 

主管总工:周定

技术负责人:徐麟、廖耘

裙楼及地下室顾问组:

徐麟、吕坚锋、宋策、张航、彭林海

塔楼及连体顾问组:

廖耘、陈寅、崔济东、陈喆平、张俊毫、李雪蕾‍‍

感谢业主与合作单位的信任与支持;感谢专家提供的宝贵意见!

THE END

广州容柏生建筑结构设计事务所(普通合伙)

RBS Architecture Engineering Design Associates

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