中國鋼結構金獎——大連東港D10、D13地塊超高層結構設計分享
結構類型：超高層辦公及住宅
結構高度：最高塔樓249.35m
建筑面積：556377㎡
近日由四院擔當設計的大連東港D10、D13地塊項目順利竣工，該項目位于東港商務區核心地段，由兩棟高250m塔樓（D10地塊）及兩棟高200m塔樓（D13地塊）組成超高層建筑群組，是恒力地產在大連未來的城市新核和價值高地打造的高端綜合體項目。項目建成后已成為大連東港的新地標和大連高端住宅的標桿。
該項目整合了國際國內一流團隊鼎力打造，方案由美國MG2公司與同濟設計集團聯合呈現，設計四院承擔初步設計至施工圖階段的具體設計工作。本期“構思”我們將分別對這兩個地塊的超高層結構設計進行介紹。
業主：恒力地產
建筑性質：辦公及公建式公寓
建設地點：大連市東港區
結構高度：最高塔樓249.35米
層數：地下3層，地上68層
抗震設防烈度：7度（0.1g），并按安評報告提高
1.結構整體高寬比較大——以幕墻頂算，整體高寬比達到7.7，而國內一般200~250米的建筑合理高寬比為4.5~6左右，過大的高寬比使抗側力體系的設計成為挑戰。
2.核心筒高寬比較大——為滿足業主得房率需求，核心筒面積受限，高寬比達到21，核心筒面積僅為17%，而國內一般200~250米的建筑核心筒高寬比多為10~18。
3.風荷載極大——本項目瀕臨海邊，為A類場地；基本風壓0.65Kpa，由于本項目四棟塔樓相互間距較近，為準確考慮風力相互干擾的群體效應、保證抗風設計的可靠性及準確性，委托專業機構進行了風洞試驗，試驗得到的基本風壓約為規范數值的1.33倍。同時建筑形體方正，風振效應明顯。
4.安評地震力很大——本工程抗震設防烈度為7度0.1g，根據安評報告結果，水平地震影響系數的最大值為0.141，是規范數值的1.76倍
安評反應譜與規范譜對比
綜上，較弱的抗側體系和較大的水平荷載之間的矛盾，是本項目設計過程中遇到的最大挑戰 。同時考慮業主對立面開敞視野和施工速度的要求，如何合理地選擇結構體系直接決定了項目的成敗。
結合前述難點，綜合考慮造價及施工周期等因素，經多方案比選后最終采用矩形鋼管混凝土框架+加強層（伸臂桁架+環帶桁架）+核心筒的結構體系。
核心筒呈矩形，由于面積較小，根據受力需要在剪力墻內設置型鋼。雖增加了一定的用鋼量，但全樓可為業主增加近6500m2的套內面積，綜合效益明顯。
外框架采用矩形鋼管混凝土柱（CFT柱），最大限度減少結構構件對視野的干擾，同時有利于加快施工進度。框架梁采用寬翼緣H型鋼，外圈聯系外框柱的環向鋼梁與外框柱剛接，連接外框柱與核心筒的輻射鋼梁一端與外框柱剛接，一端與核心筒鉸接。
公寓層典型平面圖（左）和加強層平面（右）
由于本工程塔樓高寬比及核心筒高寬比均較大，為減小建筑在風及地震作用下的側移，同時減小核心筒在水平作用下承擔的傾覆力矩，降低墻肢在水平荷載下的拉力，結合避難層及設備層共設置三個加強層，層高為4.2m，每個加強層包含3榀沿短向設置的伸臂桁架和一圈環帶桁架。同時在頂層，沿短向設置環帶桁架。
伸臂桁架及環帶桁架示意圖
1.伸臂轉換頭節點的有限元分析
在加強層部分，伸臂桁架與核心筒內埋型鋼連接，伸臂弦桿與腹桿均為箱型截面，過節點域后轉換為H型鋼截面，以便增加與剪力墻的接觸面，保證軸力有效傳遞至混凝土中。由于該節點存在構件的轉換，且各桿件交匯集中，內力較大，為了驗證節點設計是否可靠，設計時對節點域進行了應力分析。
2.巨型鋼骨節點的灌漿處理
加強層部分的伸臂節點，除桿件匯交外，還有較多加勁板，對核心筒墻體的澆筑帶來困難。設計中預先設置好流淌孔并通過模擬確定流淌路線，綜合考慮高空施工的可行性和質量，最終確定采用C60灌漿料進行地面灌漿。
3.濕混凝土澆筑對鋼管壁的影響
在進行鋼管混凝土柱的混凝土澆搗時，混凝土呈流動狀態，而單節鋼柱的長度約為12m，因此混凝土對底部鋼管側壁產生較大的側壓力，為解決此問題，在每層鋼管中部，增加一塊橫隔板。并采用MidasGen通用有限元軟件驗算施工階段濕混凝土狀態下的鋼管強度。通過分析避免了采用常規設置縱向加勁肋的方法，有效節省了用鋼量。
結構類型：超高層辦公及住宅
結構高度：最高塔樓249.35m
建筑面積：556377㎡
看了前面關于D10地塊的設計內容，是不是感覺意猶未盡呢？接下來讓我們繼續了解D13地塊的結構設計內容。
業主：恒力地產
建筑性質：超高層住宅
建設地點：大連市東港區
層數：地下3層，地上53層
結構高度：192.2米
抗震設防烈度：7度（0.1g），并按安評報告提高
1.整體高寬比較大——平面形狀為較規則的長矩形，高寬比為8.6超過規范中“6”的限值，國內一般200~250米的建筑合理高寬比為4.5~6左右
2.縱向短墻較多——為滿足建筑南北向開窗面積要求，結構縱向剪力墻短墻較多
標準層平面
3.首層局部轉換——底層大堂因建筑功能要求，部分剪力墻不能落地，在二層樓面處設置框支轉換結構，且由于建筑門廳挑空的要求，二層樓板需開大洞。
4.風荷載極大——本項目瀕臨海邊，為A類場地；基本風壓0.65Kpa，由于本項目四棟塔樓相互間距較近，為準確考慮風力相互干擾的群體效應、保證抗風設計的可靠性及準確性，委托專業機構進行了風動試驗，試驗得到的基本風壓約為規范數值的1.33倍。
5.安評地震力很大——本工程為抗震設防烈度為7度0.1g，根據安評報告結果，水平地震影響系數的最大值為0.141，是規范數值的1.76倍
安評反應譜與規范譜對比
D13地塊兩棟塔樓均采用框架剪力墻結構體系，結構剪力墻尺寸及布置主要考慮控制軸壓比、層間位移角、建筑功能需要等因素，底部最大墻肢厚度為400。建筑周邊梁高一般為700mm，室內外露的梁高控制在500mm以內，并盡量減少次梁的設置，以增加室內凈高，且避免影響建筑美觀。為減輕結構自重，住宅室內隔墻多采用100~200厚的輕鋼龍骨石膏板，隔墻下不設次梁，方便建筑空間的靈活隔斷。
底層大堂處因建筑功能要求，部分剪力墻不能落地，在二層樓面處設置框支轉換結構，且由于建筑門廳挑空的要求，二層樓板需開大洞。洞口及轉換結構周邊板厚均適當加厚，框支柱及框支梁均采用鋼骨混凝土結構。
1.帶鋼骨剪力墻的設計
對于與框柱柱相鄰的剪力墻墻肢，在雙向水平荷載作用下（包括雙向地震和順風向及橫風向組合工況），處于雙向壓彎狀態，同時構件中存在鋼骨，現行規范對于此類情況并未給出明確算法。為保證構件計算的準確性，了解構件的真實受力性態，采用纖維單元法對其進行正截面承載力的計算，采用XTRACT軟件對帶鋼骨剪力墻的墻肢進行纖維剖分，并計算出剪力墻的壓彎拉彎的三維包絡曲線。
典型墻肢壓彎驗算包絡曲線
2.針對縱向短墻較多的加強措施
設計時按從嚴原則控制縱向長度小于2400mm的墻肢在水平地震作用下承擔底部傾覆力矩小于結構底部總傾覆力矩的30%。同時將縱向長度小于1600mm的墻肢作為框架柱，按框剪模型計算考慮框架的內力調整，框架柱所承擔的地震剪力取1.5倍最大計算層剪力。短墻配筋取兩種模型計算的包絡值。
框剪模型標準層平面圖
3.風振舒適度及樓蓋舒適度分析
本項目風荷載較大，為滿足舒適度要求，根據風洞試驗結果進行了頂層風振加速度的復核。同時對標準層樓板進行豎向自振頻率的分析，復核大跨樓板的豎向振動舒適度。
標準層樓板加速度響應時程
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