上海最具未來感的建筑-上海虹橋SOHO結(jié)構(gòu)設計

1、上海最具未來感的建筑上海虹橋SOHO結(jié)構(gòu)設計 上海虹橋SOHO由扎哈哈迪德建筑設計，該建筑采用了一些天空輪廓和外形的創(chuàng)新設計，仿若一條盤旋蛟龍，極富創(chuàng)新寓意和未來特征。塔樓主體采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，端部自由曲面造型為曲線鋼梁和鋼桁架，建成后將成為上海的新地標。1 工程概況虹橋搜侯（SOHO）位于上海市長寧區(qū)臨空經(jīng)濟園區(qū)，緊鄰外環(huán)路和虹橋機場。場地東西長約466m，南北長約260m，占地8.6萬m2，整個場地內(nèi)均設有地下室，共有2層，主要功能為車庫、設備用房、影院和配套用房，地下2層部分設有人防區(qū)域。地上部分由4棟狹長彎曲的建筑單體穿過基地，劃分出3個庭院空間，庭院部分建筑植被

2、覆土厚1.5m，并設有4個下沉廣場，各建筑單體均為11層，建筑總高度均為40m，主要為商業(yè)、辦公綜合性建筑。項目總建筑面積約35萬m2。建筑效果圖見圖1。圖1 虹橋搜侯（SOHO）效果圖由西向東將4個塔樓分別命名為14號樓，見圖2。14號樓建筑縱向長度分別為155，269，302，165m，各塔樓橫向?qū)挾染鶠?5m，塔樓之間通過設在3層的13號連廊（各為一層層高）和設在1011層的46號的連廊（各為兩層層高）相互聯(lián)系起來，形成大底盤超長多塔多連體的復雜結(jié)構(gòu)。各塔樓兩端部為造型統(tǒng)一的火車頭形曲面，從2層挑空之后向上逐層收進。圖2 虹橋搜侯（SOHO）平面效果圖2 結(jié)構(gòu)概念設計2.1 結(jié)構(gòu)體系本工

3、程4個塔樓主體結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，端部自由曲面造型為曲線鋼梁和鋼斜桿構(gòu)成的鋼桁架，6個連廊采用鋼結(jié)構(gòu)空腹桁架體系，鋼材為Q345B。兩層地下室中地下1層為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，地下2層為板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)。2.2 主體結(jié)構(gòu)布置2.2.1 結(jié)構(gòu)構(gòu)件4個塔樓主體平面狹長，1號樓與4號樓微彎，結(jié)構(gòu)標準層平面如圖3所示。由于受到凈高要求的限制，框架梁標準截面為600550，為了配合設備入室管道走向，次梁沿軸線單向布置，次梁標準截面為300500。建筑軸網(wǎng)標準間距為8400mm，柱沿軸網(wǎng)布置，主要截面為800800，支承連廊支座的柱截面為1200，利用建筑豎向交通井的墻體作為抗側(cè)筒體，

4、剪力墻厚度為200400mm。圖3 標準層平面布置示意圖及單塔（2號樓）立面圖2.2.2 立面開洞處理在部分樓層，塔樓中部區(qū)域的樓板不連續(xù)，僅在3層、4層和10層、11層樓板及屋面板是連續(xù)的樓層，形成高低區(qū)兩個通廊，建筑立面上表現(xiàn)為斜向的洞口，洞口寬度約為18m，見圖3。結(jié)構(gòu)上沿四道縱向軸線，在洞口兩側(cè)各布置4根勁性混凝土斜柱（8001200），支承兩側(cè)主梁及通廊的弦桿，通廊采用鋼結(jié)構(gòu)空腹桁架結(jié)構(gòu)，見圖4，低區(qū)的通廊為單層結(jié)構(gòu)，層高3.6m，高區(qū)的通廊為雙層結(jié)構(gòu)，總高為7.0m?？崭硅旒芟覘U主要為的箱形截面（口8006002030），腹桿則為鋼管截面（500700）。通廊采用與混凝土塔樓結(jié)構(gòu)剛

5、性連接的形式，通廊弦桿與斜柱勁芯剛接，并在弦桿對應的混凝土框架梁中增設工字形勁芯（工3003002020）予以加強，通廊壓型鋼板組合混凝土樓板及塔樓樓板整體澆筑，通廊區(qū)域及相鄰跨混凝土樓板厚度增至160mm，板筋雙層雙向拉通布置，適當增加配筋率。圖4 立面開洞處結(jié)構(gòu)布置圖2.2.3 端部自由曲面造型結(jié)構(gòu)布置各塔樓的兩端為造型一致的火車頭形曲面，造成各層結(jié)構(gòu)在端部均為懸挑，3層懸挑最大，結(jié)構(gòu)挑空11m，為了更好地實現(xiàn)建筑在端部的自由曲面創(chuàng)意，此區(qū)域局部采用了造型靈活、自重輕盈的鋼梁和鋼斜桿作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件，見圖5。圖5 端部結(jié)構(gòu)布置圖3 主體結(jié)構(gòu)分析設計3.1 嵌固端選擇本工程嵌固層選在地下室頂板層

6、，整個場地中部有3個下沉式廣場，廣場區(qū)域的地下室頂板局部不連續(xù)，但3個下沉式廣場離塔樓較遠，面積不大，影響范圍有限，設計時在頂板開洞區(qū)域周邊布置剛度較好的框架梁，以保證整個頂板的整體性。由于室內(nèi)外頂板面存在1.40m左右的高差，在該處布置混凝土斜板對頂板加腋，見圖6。圖6 頂板錯層加腋構(gòu)造3.2 塔樓設計通過設置結(jié)構(gòu)縫將結(jié)構(gòu)分為單塔結(jié)構(gòu)、連廊結(jié)構(gòu)和弱連接隔震支座3個部分，計算分析應保證3個部分在地震作用下安全可靠。對于重要的豎向支撐構(gòu)件，如立面開洞兩側(cè)的斜柱、與連廊支座相連的框架柱和作為建筑端部鋼斜拉桿支座的框架柱，抗震設計目標為在罕遇地震下不出現(xiàn)塑性鉸；連廊桁架構(gòu)件的抗震設計目標為罕遇地震下

7、不屈服；隔震支座抗震設計目標則為罕遇地震下彈性。3.3 屈曲約束支撐設計在框架內(nèi)布置人字形鋼支撐來調(diào)整結(jié)構(gòu)剛度分布，由于建筑對支撐的尺寸要求盡量小，故選用屈曲約束支撐，支撐的外觀尺寸僅為200mm，可隱藏在建筑隔墻內(nèi)，不影響建筑使用功能，支撐立面布置示意見圖7。圖7 人字形屈曲約束支撐布置圖3.4 預應力設計本項目地上4個單體均屬單向超長結(jié)構(gòu)，其中，最長單體3號樓的兩端頭豎向構(gòu)件距離約為280m，最短單體4號樓的約為157m，另外，結(jié)構(gòu)筒體的設置、較小的柱網(wǎng)尺寸（8.4m8.4m和8.4m5.2m）以及框架梁采用近似扁梁的設計，增強了樓蓋水平變形約束，加大了溫度作用和混凝土收縮的不利影響。通過

8、分析，本工程采用后張無粘結(jié)預應力技術(shù)予以解決。4 連廊結(jié)構(gòu)分析設計4.1 小震靜力分析本項目地上結(jié)構(gòu)為非對稱多塔連體，共4個塔樓、6個連廊。其中3個連廊連體位于3層（頂部標高11.5m）；另外3個連體位于建筑頂部兩層（頂部標高40m），根據(jù)建筑設計理念要求連廊形態(tài)與塔樓結(jié)構(gòu)的流線形保持一致，連廊跨中窄，兩端成喇叭口狀，連廊高度7m，最大跨度達53m，跨中最窄處10m左右，而兩側(cè)喇叭口處最大寬度超過30m，見圖8。底部用金屬板包覆，兩個側(cè)面為玻璃幕墻，要求達到非常通透的室內(nèi)效果。圖8 5號連廊隔震支座、防震縫平面位置4.2 連廊抗震分析由于連廊兩端都設置了鉛芯橡膠隔震支座，根據(jù)抗震評審會上專家意

9、見和建議，連廊的兩個主要問題是設置好防跌落措施和考慮豎向地震的影響，防跌落措施的抗拉承載力按照重力荷載代表值的 0.3 倍（1，2，3號連廊為0.2倍）來取值，而豎向地震荷載可參考抗規(guī)條來取值，本工程將按照該條8度（0.2g）取值，即取豎向地震作用標準值為結(jié)構(gòu)重力荷載代表值的20%。4.3 隔震支座設計為了考察隔震支座的隔震效果，罕遇地震下結(jié)構(gòu)縫寬度是否能夠滿足支座變形以及地震作用下連廊通過隔震支座對塔樓結(jié)構(gòu)的影響，采用MIDAS建立帶連廊的多塔連體整體模型進行計算分析（圖9），支座部位采用鉛芯橡膠隔震支座單元連接連廊和塔樓結(jié)構(gòu)。計算結(jié)果滿足罕遇地震下的支座變形，隔震效果明顯。圖9 整體計算模

10、型4.4 牛腿設計隔震支座設置于從塔樓勁性混凝土斜柱上懸挑出的牛腿上，牛腿起著支承各連廊的作用，其性能完全決定了連廊的結(jié)構(gòu)安全。設計時，在牛腿中設置鋼勁芯，并在與牛腿相連的上下層框架梁內(nèi)也設置鋼勁芯，通過一個樓層的高度平衡牛腿傳遞來的彎矩，加強在牛腿區(qū)域的上層塔樓樓板及梁配筋，牛腿立面布置見圖10。圖10 牛腿剖面圖5 結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施（1）針對結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)不規(guī)則的措施：對長墻增開結(jié)構(gòu)洞，并從局部剛度與重心的吻合控制總體剛度的均勻分配，增加靠近端部的橫墻抗側(cè)剛度，并靈活布置層間人字形支撐，控制位移比不超過規(guī)范限值1.4。（2）針對樓板缺失的措施：計算時洞口周邊樓板設置為彈性板，洞口周邊相關(guān)柱截面加強，同時按實際長度修改柱計算長度；對于頂層無屋蓋機房區(qū)域，結(jié)構(gòu)梁不斷開，屋面樓板加厚為150mm，計算時設置彈性板，板采用雙面雙向配筋，加大配筋率，以保證樓層在地震作用下水平力的傳遞。（3）針對豎向不規(guī)則措施：正確定義薄弱層；轉(zhuǎn)換層處框支柱抗震等級提高為一級；轉(zhuǎn)換構(gòu)件水平地震作用計算內(nèi)力增大1.5倍；對于剛度比較小的薄弱層，在計算程序中強制給出1.15的地震剪力放大系數(shù)；對塔樓與連體結(jié)構(gòu)相連區(qū)域的結(jié)構(gòu)構(gòu)件增加截面和配筋10%左右。（4）其他措施：對于1層室內(nèi)外高差錯層造成的短柱，采取箍筋全高加密等構(gòu)造措施，對室內(nèi)外交界處樓板加腋及設置大于高差的框架梁，并沿標高變化處布置大梁連接上下