文/李建伟，王宁，张崇新，等 导 言
文/李建伟，王宁，张崇新，等
导 言
招商银行总部大厦是一栋387m的超高层建筑，塔楼功能包括办公、数据中心、空中大堂、会所、宴会厅等，建成后南侧为深圳湾公园、远眺香港元朗区，西面可观大沙河及高尔夫球场，西北可眺世界之窗、欢乐谷、锦绣中华及华侨城景观，景色优美，具有良好的景观视线。塔楼平面呈长方形，底部东西向70m，南北向45m，核心筒自下而上完全偏置在结构北侧，为国内在建最高的偏筒结构。
▲ 建筑效果图 1
▲建筑效果图 2
项目概况
招商银行总部大厦项目位于深圳湾超级总部基地南侧，南临城市主干道滨河大道，西侧为红树湾二街，东侧为深圳湾二路，北侧白石四路。
超高层塔楼总建筑面积约13.4万m 2 ，建筑高度386.85m，地上79层，地下5层，其中1~3层为通高18m大堂，4~65层为办公楼层，层高4.5m，66~73层为高端办公，层高5.0m，74~77层为企业会所，层高5.0m，顶部为机房和直升机停机坪。10、21、31、42、52、62、71为避难层，层高5.0m，22~23、43~44层为空中大堂层，层高6.75m。地下室底板面埋深26.45m。
建筑方案由Foster+Partners设计，结构设计由Foster+Partners与悉地国际设计顾问（深圳）有限公司联合承担。塔楼建筑结构安全等级为一级，设计使用年限为50年。
▲ 塔楼功能分区示意图
（a）首层大堂效果图
（b）挑空连接
（c）东/西花园
（d）空中大堂
（e）南侧花园
▲ 典型楼层建筑效果图
塔楼平面呈长方形，底部平面尺寸69m×41.5m，63、71层东西方向分别收进为35、22m，顶部平面尺寸为22m×41.5m。核心筒偏置于塔楼北侧，底部平面尺寸49m×22m，63层东西方向收进为25m，顶部平面尺寸为25m×22m。塔楼东西向高宽比5.62，南北向高宽比9.32；核心筒东西向高宽比7.73，南北向高宽比17.09。
（a）普通办公层平面尺寸
（b）63层退台平面尺寸（红圈为墙转柱，绿框为桁架转换柱）
（c）72层退台平面尺寸（绿框为桁架转换柱）
▲ 典型楼层平面尺寸信息
结构构成
2.1 结构抗侧力体系
塔楼结构体系为框架-偏心筒-环带桁架-伸臂桁架结构体系。通过偏心筒、周边抗弯框架、环带桁架、伸臂桁架及转换桁架形成结构总体抗侧力体系，南北向和东西向抗侧体系相同。
▲ 结构抗侧力体系构成
塔楼的避难层作为结构加强层，设有伸臂桁架和环带桁架，协助抵抗侧向力效应，并提供额外的刚度。32层/43层/53层设置了环带桁架与伸臂桁架，伸臂桁架腹杆采用BRB。
▲ 32层/43层/53层加强层三维视图
▲ 63层加强层三维视图
▲ 71层加强层三维视图
32层/43层/53层加强层的伸臂桁架和环带桁架延伸进入核心筒剪力墙内部，伸臂桁架和环带桁架在核心筒剪力墙内闭合连续，形成钢构件与钢筋混凝土构件共同工作的传力机制。
▲ 32层/43层/53层加强层剪力墙内、外型钢布置关系
63层加强层的伸臂桁架、环带桁架和转换桁架延伸进入核心筒剪力墙内部，伸臂桁架和环带桁架在核心筒剪力墙内闭合连续，形成钢构件与钢筋混凝土构件共同工作的传力机制。
▲ 63层加强层剪力墙内、外型钢布置关系
在空中大堂层和花园层，结构有两层高的穿层柱。通过加强空中大堂上下各一层框架梁来加强结构刚度，对于南侧空中大堂周边框架，柱截面在避难层延迟两层变截面，从而加强结构刚度。
▲ 花园层穿层柱位置
2.2 重力体系
楼盖体系采用钢筋桁架楼承板组合楼板结构体系，办公区钢梁端部减腋，便于机电管线排布。楼面梁板均采用C35混凝土，办公标准层楼板厚度120mm，筒内楼板采用现浇混凝土楼板，板厚180mm。
▲ 水平传力体系示意图
2.3 塔楼竖向构架尺寸
2.3.1 偏心筒尺寸
筒体偏置于塔楼北侧，采用钢筋混凝土筒体，洞边及角部埋设型钢，混凝土强度等级C70~C50。偏心筒南侧外墙W1厚度1500~450mm；偏心筒北侧外墙W5厚度1000~300mm。内墙W2、W3墙厚800~300mm。连梁高800mm，同墙宽。南侧外墙W1、北侧外墙W5内均设置型钢。表1为筒体墙厚。
▲ 竖向构件编号
2.3.2 外框柱尺寸
外框结构主要由11根巨柱和钢框架梁组成。结合建筑造型需求，框架柱采用异形钢管混凝土柱，至中高区时转为矩形柱。C1柱截面宽度为1900~1700mm，高度3550~1200mm，钢板壁厚45mm，C2柱截面宽度为1900~1000mm，高度3150~1200mm，C3柱截面宽度为1900~1000mm，高度2125~700mm，钢板壁厚45~25mm，钢牌号Q420GJC、Q345GJC。柱含钢率由底部的8%减至顶部的4%。外框架梁采用H930×350×20×40，与柱刚接。
▲ 外框柱截面形式变化示意
基础设计
拟建场地地面以下土层分别为素填土，人工填石，人工填砂，淤泥，黏土，中砂，粗砂，砾砂，砾质黏性土，全风化花岗岩，强、中、微风化花岗岩。
从地勘报告可知，塔楼所在范围内底板距离微风化花岗岩面约30m左右，微风化花岗岩石饱和单轴抗压强度 f rk =45MPa，可作为塔楼桩基持力层。
由于塔楼核心筒偏置，竖向荷载分布很不均匀，筒体南侧外墙及南侧外框柱的受荷远大于其他位置的竖向构件，需要有针对性地采取加强措施。因此，塔楼采用2.8m和3.0m两种直径桩，悬挖成孔，持力层为微风化花岗岩，入岩0.5m。其中3.0m直径桩主要用于核心筒南侧外墙及南立面外框柱，共计29根；其余部位采用2.8m直径桩，共计43根，桩身混凝土强度等级均为C50。
塔楼桩基承载力特征值计算时只考虑桩端端阻力，直径2.8m和3.0m桩的最大单桩承载力特征值分别为94000kN和108000kN。核心筒及外框架柱承台厚度为3.8m。
▲ 塔楼范围内桩基布置图
塔楼最大沉降21mm，主要位于核心筒西南角和东南角。南侧外框柱处沉降为18mm，核心筒北侧墙肢处沉降为16mm，整体差异沉降较小。
▲ 塔楼桩基沉降云图/mm
桩基施工前进行静压试验以检验单桩承载力及变形，试验桩直径1.2m，设计抗压承载力特征值12500kN,考虑地下室部分土的有利作用，试验桩极限承载力取30000kN。试桩结果与设计基本相符，加压至30000kN时最大沉降46mm。
▲ 试桩现场照片
塔楼结构设计关键技术
4.1 针对篇筒采取的加强措施
核心筒偏置会带来偏心率过大、扭转效应明显、抗侧刚度减弱等问题，故需针对核心筒偏置问题采取相应措施，以确保结构安全。
4.1.1 调整核心筒墙厚
超高层建筑中核心筒剪力墙厚度一般由轴压比限值控制，如果本项目按轴压比控制剪力墙厚度，则结构偏心率过大，因此将核心筒南北侧墙肢厚度进行调整，使结构刚度中心向南侧偏移，与质量中心距离更近。
具体做法：调整底部剪力墙南侧墙肢厚度为1500mm，北侧墙肢厚度为1000mm；中部剪力墙南侧墙肢厚度为1300mm，北侧墙肢厚度为700mm；上部剪力墙南侧墙肢厚度为1100mm，北侧墙肢厚度为600mm。从下图中可以看出，墙肢厚度改变后整体结构的X向楼层偏心率明显降低。
（a）低区剪力墙墙厚
（b）中区剪力墙墙厚
（c）高区剪力墙墙厚
▲ 剪力墙厚度调整
4.1.2 增设环带桁架
为了缓解结构由于核心筒偏置出现显著的X向扭转效应，利用建筑避难层，每10层设置一道环带桁架，共设置5道。环带桁架腹杆采用方钢管，截面尺寸口500×500×50×50；上下弦杆采用H型钢，截面尺寸H1000×500×30×60。环带桁架提高了南侧外框架的侧向刚度，使得楼层位移比有较大的减小。
▲ 环带桁架构件尺寸
▲ 环带桁架布置位置及位移比曲线
4.1.3 轴压比控制
对于带伸臂的偏心筒塔楼，伸臂桁架位于偏心筒一侧。在地震作用下，由于单侧伸臂的作用，偏心筒产生额外轴力，因此在计算墙体轴压比时不可忽略地震作用对墙肢轴压比的影响。本项目除按规范验算墙肢轴压比外，补充带地震作用组合验算塔楼墙肢轴压比，墙肢轴压比限值0.65。
（a）核心筒居中时墙肢受力 （b）偏筒时墙肢受力
▲ 水平荷载作用下核心筒居中/核心筒偏置受力状况
4.1.4 墙体拉应力控制
由于核心筒偏置的影响，北侧剪力墙压重较小，需重点关注墙肢拉应力问题，控制风荷载下的墙体平均名义拉应力不大于 f tk （混凝土抗拉强度标准值）。墙体内设置型钢后，1.0 DL +1.0 W （50年一遇风荷载）作用下北侧墙肢平均名义拉应力为0.61 f tk 。多遇地震作用下墙肢并无拉应力。1.0 DL +0.4 LL +1.0 EQ （中震作用）作用下，北侧墙肢平均名义拉应力为1.51 f tk ，剪力墙内型钢拉应力为80MPa，小于型钢的设计强度290MPa，有足够的安全储备。
注：1）其余编号墙肢在中震双向地震作用下未出现拉应力，表中未统计其相关数据；2）钢材材质按Q355B，厚度取16~40mm，即屈服强度取345N/mm 2 。
4.2 风振加速度控制
业主委托建研科技风洞试验室对塔楼结构风荷载和水箱阻尼器展开专项研究。风洞试验进行三组场景测试，分别为a)东侧A地块建筑尚未开工；b)东侧A地块建筑为400米高塔楼；c)东侧A地块建筑为500米高塔楼。
（a）当前场景
（b）东侧规划建筑400m
（c）东侧规划建筑500m
▲ T1塔楼风洞试验
本工程顶层楼面10年一遇风致振动加速度超过规范限值0.25m/s 2 ，为了减小风致响应，采用设置调谐液体阻尼器（TLD）增加结构在风荷载作用下的阻尼，达到减小结构振动的目的。利用消防水箱作为TLD，水箱质量830t，约1%塔楼总质量。水箱呈长方形,位于结构主屋面79层顶部。水体长为21.6m，高2.7m，宽度方向分为两段，分别为6.9、8.0m，水箱高度6m。
▲ 屋顶水箱三维图
设计过程中考虑了在水箱中不配置阻尼网、居中配置1道隔档率50%的阻尼网、等间距配置4道20%隔档率阻尼网、等间距配置50%隔档率阻尼网等4个方案，最终根据效率选用居中配置1道隔档率50%的阻尼网的方案。
▲ 水箱阻尼器方案
其中居中配置1道50%隔档阻尼网减振效果最好，故被选为实施方案。初步计算分析表明，该方案附加阻尼比0.015，10年重现期场景3风振加速度由0.268m/s 2 （风洞试验结果）减小为0.206m/s 2 （计算值），减振系数为0.206/0.268=0.768，满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—2010）对办公建筑的舒适性要求。
4.3 屈曲约束支撑的应用
本项目31、42、52层的伸臂桁架腹杆采用屈曲约束支撑(BRB)。方案阶段对比了普通支撑、中心支撑及屈曲约束支撑3种方案，最终采用屈曲约束支撑方案，主要有如下几点原因：
1）屈曲约束支撑在中、大震下屈服，仍可通过拉压耗能，继续工作。
2）中心支撑在抗震设计时，上下弦杆需考虑支撑屈曲时不平衡力作用下的承载力，不平衡力按受拉支撑的最小屈服承载力和受压支撑最大屈服承载力的0.3倍计算。采用屈曲约束支撑避免以上不平衡力作用产生的影响，减小弦杆截面，降低用钢量。
3）采用屈曲约束支撑起到“保险丝”的作用，避免相邻构件承受过量荷载。
伸臂桁架斜腹杆在风荷载及小震作用下保持弹性，罕遇地震作用下允许屈服耗能。设计时遵循以下原则：
（1）为确保屈曲约束支撑首先屈服，设计采用经过严格试验验证的屈曲约束支撑实际屈服承载力 N ysc 验算，专业生产厂家按经过试验检验的实际屈服承载力 N ysc 供货。
（2）屈曲约束支撑节点设计需求力取1.15×1.2× N ysc 进行设计，其中1.15为拉压不等强系数，1.2为应变强化系数；屈曲约束支撑节点设计需求力由罕遇地震动力弹塑性分析复核，取其结果与1.15×1.2× N ysc 的较大值。
（3）屈曲约束支撑最大屈服力约为15MN，考虑足尺构件试验和组件试验的最大屈服力，采用双平行屈曲约束支撑并列设置。
BRB立面图
BRB节点三维示意图
BRB节点剖面图
▲ BRB节点详图
4.4 考虑施工模拟的收缩徐变分析
由于核心筒偏置，核心筒剪力墙和框架柱在重力作用下受力不均而产生不同的轴向压缩，从而引起结构整体水平变形，导致结构偏离理想的几何形状，并引发结构内力重分布。因此，除需分析构件的轴向变形外，还应分析整体结构的侧向变形随施工和时间变化的特性，根据计算结果，进行施工控制，指导运营期健康监测。
采用ETABS v19.0.2软件进行考虑施工模拟的收缩徐变分析，选取CEB-FIP1990模型作为计算模型的理论基础。采用框架单元+连接单元的双单元模型对钢管混凝土柱进行模拟，其中混凝土部分采用框架单元，钢管采用连接单元，两个单元共用节点。考虑含钢率对混凝土强度的影响。
▲ 测点布置图
下图为Z3柱已通过施工过程纠偏将塔楼调直后的Y向水平位移。从图中可知，Z3柱的Y向最大水平位移在交付使用时为162mm，20年后的水平位移减小为76mm，为交付使用时的46%，最大层间位移角约为1/2500。说明随着时间的变化，整体结构Y向水平位移逐渐减小，有向核心筒方向“靠拢”的趋势。
▲ Z3 柱Y向水平位移
下图为塔楼核心筒与框架柱竖向变形差，最大竖向变形差位置发生在塔楼中部40层左右位置，约为24mm。该变形差尚未考虑竖向纠偏，若塔楼整体完工交付前的竖向变形已通过施工过程纠偏将塔楼调平，则最大竖向变形差约为12mm。
▲ 核心筒与外框柱竖向变形差
由于收缩徐变所引起的柱内力是随时间变化的，自项目峻工时起至结构投入使用20年后各柱轴力变化在4%~9%之间。结构投入使用20年后Z8、Z11柱轴力增加较大，约为9.0%。因此，施工图设计时框架柱要有足够的安全储备。
▲ 图26 首层框架柱轴力
施工现场照片
▲ 塔楼施工现场
▲ 塔楼施工现场
▲ 环带桁架施工现场照片
▲ 大跨度腹板开孔梁
