上海最具未来感的建筑——上海虹桥SOHO结构设计.doc

上海最具未来感的建筑上海虹桥SOHO结构设计 上海虹桥SOHO由扎哈哈迪德建筑设计，该建筑采用了一些天空轮廓和外形的创新设计，仿若一条盘旋蛟龙，极富创新寓意和未来特征。塔楼主体采用现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系，端部自由曲面造型为曲线钢梁和钢桁架，建成后将成为上海的新地标。1 工程概况虹桥搜侯（SOHO）位于上海市长宁区临空经济园区，紧邻外环路和虹桥机场。场地东西长约466m，南北长约260m，占地8.6万m2，整个场地内均设有地下室，共有2层，主要功能为车库、设备用房、影院和配套用房，地下2层部分设有人防区域。地上部分由4栋狭长弯曲的建筑单体穿过基地，划分出3个庭院空间，庭院部分建筑植被覆土厚1.5m，并设有4个下沉广场，各建筑单体均为11层，建筑总高度均为40m，主要为商业、办公综合性建筑。项目总建筑面积约35万m2。建筑效果图见图1。图1 虹桥搜侯（SOHO）效果图由西向东将4个塔楼分别命名为14号楼，见图2。14号楼建筑纵向长度分别为155，269，302，165m，各塔楼横向宽度均为25m，塔楼之间通过设在3层的13号连廊（各为一层层高）和设在1011层的46号的连廊（各为两层层高）相互联系起来，形成大底盘超长多塔多连体的复杂结构。各塔楼两端部为造型统一的火车头形曲面，从2层挑空之后向上逐层收进。图2 虹桥搜侯（SOHO）平面效果图2 结构概念设计2.1 结构体系本工程4个塔楼主体结构采用现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系，端部自由曲面造型为曲线钢梁和钢斜杆构成的钢桁架，6个连廊采用钢结构空腹桁架体系，钢材为Q345B。两层地下室中地下1层为框架-剪力墙结构，地下2层为板柱-剪力墙结构。2.2 主体结构布置2.2.1 结构构件4个塔楼主体平面狭长，1号楼与4号楼微弯，结构标准层平面如图3所示。由于受到净高要求的限制，框架梁标准截面为600×550，为了配合设备入室管道走向，次梁沿轴线单向布置，次梁标准截面为300×500。建筑轴网标准间距为8400mm，柱沿轴网布置，主要截面为800×800，支承连廊支座的柱截面为1200，利用建筑竖向交通井的墙体作为抗侧筒体，剪力墙厚度为200400mm。图3 标准层平面布置示意图及单塔（2号楼）立面图2.2.2 立面开洞处理在部分楼层，塔楼中部区域的楼板不连续，仅在3层、4层和10层、11层楼板及屋面板是连续的楼层，形成高低区两个通廊，建筑立面上表现为斜向的洞口，洞口宽度约为18m，见图3。结构上沿四道纵向轴线，在洞口两侧各布置4根劲性混凝土斜柱（800×1200），支承两侧主梁及通廊的弦杆，通廊采用钢结构空腹桁架结构，见图4，低区的通廊为单层结构，层高3.6m，高区的通廊为双层结构，总高为7.0m。空腹桁架弦杆主要为的箱形截面（口800×600×20×30），腹杆则为钢管截面（500700）。通廊采用与混凝土塔楼结构刚性连接的形式，通廊弦杆与斜柱劲芯刚接，并在弦杆对应的混凝土框架梁中增设工字形劲芯（工300×300×20×20）予以加强，通廊压型钢板组合混凝土楼板及塔楼楼板整体浇筑，通廊区域及相邻跨混凝土楼板厚度增至160mm，板筋双层双向拉通布置，适当增加配筋率。图4 立面开洞处结构布置图2.2.3 端部自由曲面造型结构布置各塔楼的两端为造型一致的火车头形曲面，造成各层结构在端部均为悬挑，3层悬挑最大，结构挑空11m，为了更好地实现建筑在端部的自由曲面创意，此区域局部采用了造型灵活、自重轻盈的钢梁和钢斜杆作为结构构件，见图5。图5 端部结构布置图3 主体结构分析设计3.1 嵌固端选择本工程嵌固层选在地下室顶板层，整个场地中部有3个下沉式广场，广场区域的地下室顶板局部不连续，但3个下沉式广场离塔楼较远，面积不大，影响范围有限，设计时在顶板开洞区域周边布置刚度较好的框架梁，以保证整个顶板的整体性。由于室内外顶板面存在1.40m左右的高差，在该处布置混凝土斜板对顶板加腋，见图6。图6 顶板错层加腋构造3.2 塔楼设计通过设置结构缝将结构分为单塔结构、连廊结构和弱连接隔震支座3个部分，计算分析应保证3个部分在地震作用下安全可靠。对于重要的竖向支撑构件，如立面开洞两侧的斜柱、与连廊支座相连的框架柱和作为建筑端部钢斜拉杆支座的框架柱，抗震设计目标为在罕遇地震下不出现塑性铰；连廊桁架构件的抗震设计目标为罕遇地震下不屈服；隔震支座抗震设计目标则为罕遇地震下弹性。3.3 屈曲约束支撑设计在框架内布置人字形钢支撑来调整结构刚度分布，由于建筑对支撑的尺寸要求尽量小，故选用屈曲约束支撑，支撑的外观尺寸仅为200mm，可隐藏在建筑隔墙内，不影响建筑使用功能，支撑立面布置示意见图7。图7 人字形屈曲约束支撑布置图3.4 预应力设计本项目地上4个单体均属单向超长结构，其中，最长单体3号楼的两端头竖向构件距离约为280m，最短单体4号楼的约为157m，另外，结构筒体的设置、较小的柱网尺寸（8.4m×8.4m和8.4m×5.2m）以及框架梁采用近似扁梁的设计，增强了楼盖水平变形约束，加大了温度作用和混凝土收缩的不利影响。通过分析，本工程采用后张无粘结预应力技术予以解决。4 连廊结构分析设计4.1 小震静力分析本项目地上结构为非对称多塔连体，共4个塔楼、6个连廊。其中3个连廊连体位于3层（顶部标高11.5m）；另外3个连体位于建筑顶部两层（顶部标高40m），根据建筑设计理念要求连廊形态与塔楼结构的流线形保持一致，连廊跨中窄，两端成喇叭口状，连廊高度7m，最大跨度达53m，跨中最窄处10m左右，而两侧喇叭口处最大宽度超过30m，见图8。底部用金属板包覆，两个侧面为玻璃幕墙，要求达到非常通透的室内效果。图8 5号连廊隔震支座、防震缝平面位置4.2 连廊抗震分析由于连廊两端都设置了铅芯橡胶隔震支座，根据抗震评审会上专家意见和建议，连廊的两个主要问题是设置好防跌落措施和考虑竖向地震的影响，防跌落措施的抗拉承载力按照重力荷载代表值的 0.3 倍（1，2，3号连廊为0.2倍）来取值，而竖向地震荷载可参考抗规12.2.1条来取值，本工程将按照该条8度（0.2g）取值，即取竖向地震作用标准值为结构重力荷载代表值的20%。4.3 隔震支座设计为了考察隔震支座的隔震效果，罕遇地震下结构缝宽度是否能够满足支座变形以及地震作用下连廊通过隔震支座对塔楼结构的影响，采用MIDAS建立带连廊的多塔连体整体模型进行计算分析（图9），支座部位采用铅芯橡胶隔震支座单元连接连廊和塔楼结构。计算结果满足罕遇地震下的支座变形，隔震效果明显。图9 整体计算模型4.4 牛腿设计隔震支座设置于从塔楼劲性混凝土斜柱上悬挑出的牛腿上，牛腿起着支承各连廊的作用，其性能完全决定了连廊的结构安全。设计时，在牛腿中设置钢劲芯，并在与牛腿相连的上下层框架梁内也设置钢劲芯，通过一个楼层的高度平衡牛腿传递来的弯矩，加强在牛腿区域的上层塔楼楼板及梁配筋，牛腿立面布置见图10。图10 牛腿剖面图5 结构构造措施（1）针对结构扭转不规则的措施：对长墙增开结构洞，并从局部刚度与重心的吻合控制总体刚度的均匀分配，增加靠近端部的横墙抗侧刚度，并灵活布置层间人字形支撑，控制位移比不超过规范限值1.4。（2）针对楼板缺失的措施：计算时洞口周边楼板设置为弹性板，洞口周边相关柱截面加强，同时按实际长度修改柱计算长度；对于顶层无屋盖机房区域，结构梁不断开，屋面楼板加厚为150mm，计算时设置弹性板，板采用双面双向配筋，加大配筋率，以保证楼层在地震作用下水平力的传递。（3）针对竖向不规则措施：正确定义薄弱层；转换层处框支柱抗震等级提高为一级；转换构件水平地震作用计算内力增大1.5倍；对于刚度比较小的薄弱层，在计算程序中强制给出1.15的地震剪力放大系数；对塔楼与连体结构相连区域的结构构件增加截面和配筋10%左右。（4）其他措施：对于1层室内外高差错层造成的短柱，采取箍筋全高加密等构造措施，对室内外交界处楼板加腋及设置大于高差的框架梁，并沿标高变化处布置大梁连接上下楼板；结构端部和中部与钢梁连接的框架柱均布置为加劲混凝土斜柱。钢结构区域楼板采用底部闭口的压型钢板与现浇钢筋混凝土组成的组合楼板。更多内容详见建筑结构2014年14期文章：上海虹桥搜侯（SOHO）结构设计，作者：潘其健，单位：上海建筑设计研究院有限公司。（以上为本刊编辑整理。欢迎分享到朋友圈，转载务请注明“转自建筑结构杂志微信”，违者必究。）=