前不久,腾讯滨海大厦194米高的北塔楼顺利封顶,未来将和248米的南塔楼,以及三条连接两座塔楼的“连接层”,组成为一座“互连大厦”——这将是国际互联网帝国企业腾讯的新总部。【《转自:建筑结构-公众号》杂志2015年1月15-17日在深圳举办“《建筑消能减震技术规程》宣贯及减隔震技术培训”时将参观此工程,详情请见《转自:建筑结构-公众号》官网或下条微信】
腾讯滨海大厦 (Tencent Seafront Tower)是一座“互连”的大厦,它象征性地代表着由因特网将各个遥远角落的连通。通过一个有形的建筑物形态、建筑功能,腾讯滨海大厦采用比传统的高层建筑更为有效的方式把腾讯员工联系在一起。同时,作为一条都市互连带,它也将成为对外开放的深圳高科技园区的视觉门户。
1 项目概况
腾讯滨海大厦建筑方案经国际招标,最终由NBBJ(LA)中标。项目选址位于深圳南山区高新软件园区的窗口位置——后海大道与滨海大道交汇处(图1)。
图1 项目区位
项目总建筑面积为34万平方米,由连体的两栋塔楼以及裙房组成。两栋塔楼的高度分别为250米和190米。其建筑设计理念为“互联互通的大楼”(图2)。在平面上,南、北两个塔楼的夹角为17.75度(图3)。
图2 建筑物透视
图3 塔楼角度
由下至上,塔楼由三道连接体相连,分别为:在1~5层相连形成低区连接层,亦即悬挂的裙楼;在21~25层相连形成中区连接层;在34~37层相连形成高区连接层。高度分布如图4所示。结构体系模型如图5所示。
图4 塔楼连体分布
图5 结构三维模型
2 上部结构选型
2.1 建筑体型
腾讯滨海大厦地上部分是由两栋互连的南、北塔楼组成,各栋塔楼的平面扁长。其典型平面分别如图6,7所示。平面宽度约30米,长度分别为95米和76米。
图6 北塔典型平面
图7 南塔典型平面
南、北塔楼高度分别为250米和190米,高宽比分别为8.7和6.3。其中南塔高宽比已经超过框架-核心筒混合结构的规范限值7(图8)。
深圳市为7度抗震设防,且地处沿海,基本风压大。如果分别按单塔设计,单纯依靠塔楼自身抗侧体系的加强来保证结构的抗侧能力,代价必然很大。势必增加构件尺寸、设置多道加强层,以控制结构周期、侧移和稳定性。
图8 塔楼横向剖面
然而,分别布置在3~6层、21~26层、34~38层的连体,如同三道“大梁”将两栋连接在一起,两栋塔楼很自然地形成一个整体,互为支撑(图8)。特别是中部和顶部两道连体的存在,实际上与两栋塔楼共同形成了建筑物的结构主体。在某种程度上,可以将中、高区两道连体,与两栋塔楼理解为“巨型”结构(图9)。
图9 巨型结构
2.2 连体的定位
连体高层转自:建筑结构-公众号,在近20多年里已有众多应用案例。其中,比较著名的有:马来西亚吉隆坡双子塔(Petronas Towers)、北京当代MOMA、中央电视台新楼、苏州东方之门等等。由于连体与相连的塔楼相互影响,特别是在地震、风的作用下,变形、受力复杂,因此,是选择“牢固的捆绑”还是“滑动释放”,成为连体设计的首要问题。
弱连接是指可滑动连接或设置粘滞阻尼及限位系统的弹性连接,其连体一端或两端与主结构可产生相对位移,因此对主结构的影响较小,主要通过支座传递自重和竖向地震力。其设计要点是减轻连体自重,并预计足够的滑移量。这类连接多用在空中连廊项目中,体量小、跨度不大,主体结构可自行成立。弱连接的典型代表为Petronas双子塔。(图10)。
图10 PetronasTwin Towers
强连接是指连体两端均与主结构固定连接的方式,其连体与主结构不允许相对移动。按连接端刚度的大小,又可分为铰接和刚接。这类连接多用在大跨度、层数多的连接中。强连接的典型代表为中央电视台新楼,连接体为悬挑转折刚接,且主体结构倾斜一定角度以减小偏心负担(图11)。
图11 央视新址
由于连体与主结构相互制约、协调,共同作用,不论是连体自身还是整个结构,强连接受力复杂。
对腾讯滨海大厦而言,低、中、高区三道连体均跨度大,楼层多,且连体角度不一(图12~14)。
图12 低区连体与悬挑
图13 中区连体
图14 高区连体
同时,结合前述分析,两栋塔楼自身高宽比过大,需要增加抗侧能力。而三道连体的存在,恰好弥补了结构的不足(图9)。
由于连体楼层的建筑功能复杂,为经常使用区域,不允许连体先于塔楼的失效。换言之,连体的重要性与塔楼一样。综合上述分析,本项目连体应选择强连接,并与两栋塔楼形成结构整体,共同承担重力方向和水平方向的荷载,在结构能力和土建成本两方面均可获益。为减轻连体自重,确定采用钢结构为主要材料的桁架连接体系。
2.3 连体刚度选择
通过选择钢桁架的铰接、刚接及桁架的高度,可以形成不同的连体刚度(图15)。
铰接(上弦支承,下弦分离)
刚接(单层桁架)
刚接(多层桁架)
图15 连体的不同刚度
初步设计阶段,主要从以下几个方面考虑连体刚度的选择:1)结构特征:包括周期/周期比,位移/位移比,扭转控制;2)结构设计:桁架刚度,构件内力,节点复杂度;3)整体效益:建筑空间使用,成本;4)施工:整体提升的难度。
经过分析对比,最终选择:低区连体为单层桁架刚接,悬挂2~3层;中区为单层桁架刚接,承托4层;高区为单层桁架刚接,承托3层的连体模式。
2.4 加强层
由于连体的存在,仅仅从结构整体的刚度考虑,可以不用设置加强层。然而南、北塔楼高度、体量、刚度差异相差较大,且塔楼非平行放置,需要采取一定措施,使得:1)两栋塔楼的动力特性接近,水平位移接近;2)使两栋塔楼更好的协同工作,避免单塔受力集中;3)降低扭转效应;4)减轻连体负担,减小关键构件和关键节点的内力。
最直接有效的方式,是在南塔设置一个加强层。经过分析在不同楼层、不同伸臂数量的敏感性分析,应选择在南塔21层(设备层)设置包含5道伸臂桁架的加强层(图16)。为分散伸臂端的集中轴力,在同层设置了有限刚度的环带屈曲约束支撑桁架。
图16 加强层设置
环带屈曲约束支撑桁架采用人字形支撑布置(图17)。
图17 环带屈曲约束支撑桁架平立面
2.5 侧立面支撑
南、北塔楼建筑平面扁长,外框架在X,Y两个方向的刚度差异巨大。为此,在每栋塔楼的东西两侧设置了BRB支撑。
BRB在弹性阶段工作时,就如同普通支撑可为结构提供很大的抗侧刚度,可用于抵抗小震以及风荷载的作用,在本工程中小震下BRB起到如下作用:1)提高塔楼自身的Y向抗侧能力;2)提高框架部分的Y向抗侧分担,以实现框架部分的二道防线;3)增加整体结构的抗扭转能力;4)减轻塔楼连体以上楼层的刚度突变。
通过对BRB支撑布置单跨、双跨、不同高度的对比,最终南、北塔楼的斜撑布置如图18。
图18 侧立面BRB支撑布置
2.6 大悬挑
建筑设计在北塔北侧的3~6层出现大跨悬挑,平面呈三角形,最大悬挑跨度为28米,其主要使用功能为餐厅和多功能会议厅(图19)。为尽量减少对建筑平面功能的影响,悬挑主桁架布置在6层屋面,从主桁架下挂吊柱,与楼面梁、次桁架形成下部各楼层结构(图20)。
图19 北塔北侧大悬挑及主桁架
图20 北塔北侧大悬挑模型
在大悬挑的设计过程中,除构件承载力外,还应在以下方面进行专门分析和研究:1)桁架的竖向刚度协调;2)楼板应力的分析;3)悬挑端复杂节点的有限元分析;4)悬挑区域楼盖振动舒适度评价;5)悬挑桁架的极限承载力分析;6)防倒塌分析。
最终大悬挑的设计满足国家标准、国际标准的要求,满足强节点弱构件的要求。
2.7 复杂节点
连体桁架与南北塔连接的连接节点设计是整个连体设计的关键,特别是两榀桁架与SRC柱汇集点,杆件数量多达14根。
铸钢节点是常见想法,但无法解决与上下钢骨混凝土柱衔接的问题。加上铸造节点类型多、成本高、单个重量大,最终放弃了铸钢节点方案,采用了钢骨过渡到钢管再过渡到钢骨的方案。典型过渡方案如图21所示。该节点的优势在于,钢筋与混凝土均能上下贯通,保证了受力材料的连续性。
图21 钢管柱过渡节点
选择准确的加载模式,分析结果(图22)验证了该节点形式能满足“强节点弱构件”的性能目标。
图22 计算分析结果
4 总结
本项目采用带连体桁架的框架–核心筒体系,可充分利用中、高区连体与塔楼形成的“巨型”结构效果,以整体结构的性能作为各项指标的评价标准,从而减轻单塔的抗侧负担。在连体部分对应的大楼位置,通过设置伸臂桁架及环向屈曲约束支撑以形成强连接;对单塔而言,通过东西两侧屈曲约束支撑框架的设置满足必需的刚度要求,增强地震下的抗震性能。同时单塔尚需满足施工阶段的抗风及稳定性要求。
本项目上部结构的体系最终可描述为:屈曲约束支撑框架–核心筒双塔连体混合结构。主要抗侧力体系包括以下几个部分:钢筋混凝土核心筒的塔楼;屈曲约束支撑框架(型钢混凝土柱–钢梁框架+屈曲约束支撑);低、中、高区钢结构连体;高塔(南塔)21层加强层。
一座城市的名片,往往是其标志性的建筑物。如同故宫、央视大楼之于北京,东方明珠、金茂大厦之于上海,双子塔之于吉隆坡,哈里发塔之于迪拜。而在中国磅礴的建设浪潮中,新的“地标”建筑更是层出不穷:天津117大厦、东方之门、平安国际金融中心、上海中心等等。
深圳的标志性建筑是什么?毫无疑问,地王大厦,市民中心已经获得了这座年轻城市的市民认可。随着京基100、深圳T3航站楼、平安国际金融中心等的建成或即将建成,更多的建筑成为市民的评论焦点。
腾讯滨海大厦将会得到如何的评价?它是否能将艺术与生活融为一体?是否能将体态与细节完美结合?更重要的,它是否能拥有自己的个性,能够承载一个群体的性格乃至信仰?
我们拭目以待。
该项目参与者:
深圳市同济人建筑设计有限公司(TJA):孙平、于涛、邓华东、莫文峰、王喜堂、岑广、汪明纯、王艳
同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司(TJAD):吴洪磊、何志军
艾奕康咨询(深圳)有限公司:吴晖、卢宝威
腾讯科技(深圳)有限公司:旷继光
有关该项目的内容可参考《转自:建筑结构-公众号》杂志的两篇文章:
2014年5月《转自:建筑结构-公众号.减震技术通讯》,题目:《屈曲约束支撑在腾讯滨海大厦中的应用》;作者:孙平,于涛,邓华东;单位:深圳市同济人建筑设计有限公司。
2013年上半年《转自:建筑结构-公众号》增刊,题目:《深圳腾讯滨海大厦设计若干关键要点》;作者:吴晖1, 旷继光2, 陈海军1, 骆日旺1, 卢宝威1,刘红梅1, 江媛1;单位:1 艾奕康咨询(深圳)有限公司,2 腾讯科技(深圳)有限公司。
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1)2015年1月9~10日,北京:设计企业管理高级研修班二——从“设计”到“管理”,限额25人。主讲人:季征宇(悉地国际(CCDI)副总裁)。详询:010-57368783,15801601545。
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2)2015年1月15~17日,深圳:《建筑消能减震技术规程》宣贯及建筑减隔震技术培训班。规程培训+实例解析+工程参观。主讲人:周云(广州大学教授,《建筑消能减震技术规程》主编)和孙平(深圳市同济人建筑设计有限公司所长)。详询:18610687469。
3)2015年1月21~22日,上海:“城市综合体高峰论坛”,邀请来自中国院、现代集团、同济大学、悉地国际、维思平、Benoy、Jerde Partnership、gmp、日建设计、日本设计、香港Oval Partnership欧华尔、RTKL、KPF、Arup、Zaha Hadid、Foster+Partners的建筑师及中信、绿地、上海正大、上海城开、美桥投资等的开发商进行从前期策划、建筑设计、技术实现到后期运营的全方位研讨。
4)2015年1月23日-24日,杭州:新版《钢结构设计规范》详解和超高层结构设计案例剖析研讨班。主讲人:王立军(新版《钢规》主编)、童根树(浙大教授,新版《钢规》、《高钢规》主要编制人之一)。详询:18610687469。
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