1 工程概况

中海油（深圳）大厦位于深圳市南山区后海滨路和创业路东南角，由两栋塔楼和塔楼间裙房构成，是集办公、商业于一体的超高层综合体项目（图1）。裙房位于两栋45层、总高度为200m的塔楼之间，并与塔楼间设置防震缝脱开，为独立的结构单元。裙房结构平面基本呈矩形，平面尺寸为78.1m×51.8m，地上共4层，层高分别为7.0m、5.6m、6.0m和5.9m，总高24.5m；地下室共4层，与塔楼地下室相连。抗震设防分类标准为重点设防类，结构安全等级为二级，抗震设防烈度为7度（0.10g），设计地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅲ类。

图1 建筑效果图

根据市政规划的要求，一条规划路沿东西向横穿裙房中部（图2），因此要求裙房中部的南北向柱网跨度为33.6m；为满足建筑立面要求，裙房西侧南北向跨度为50.4m；裙房3层中部设置了能容纳800人的两层通高多功能厅，形成裙房中部3，4层27.2m×33.6m的无柱空间；另外，裙房南北两侧与两栋塔楼相邻，其连接部位需具备无柱大空间。因此，基于以上客观条件，裙房结构体系在东西、南北两个方向均需形成大跨度。

图2 建筑平面示意图

2 结构体系设计

此建筑的综合特点是双向大跨，1、2层通高，3、4层部分通高。如果采用传统大跨度框架结构体系，必然产生“头重脚轻”的不利结构形式，不仅抗震性能差，而且框架柱、梁的截面尺寸偏大，经济性和使用性都将受到影响。经过多次方案调整及多方沟通，结合现有建筑平面布置，将楼梯间、电梯井道布置在裙房四个角，剪力墙筒体形成的四个“角筒”组成结构主要的竖向抗侧力构件，类似于“板凳”型结构体系，以满足双向大跨的要求。基本对称的四角筒布置，提高了结构的抗侧、抗扭性能。结构的三维模型如图3所示。

图3 结构三维模型

2,3层结构平面图如图4、5所示。图中筒1和筒2的平面尺寸为8.4m×6.1m，筒3和筒4的平面尺寸为8.4m×5.0m。剪力墙筒体端部及结构中部33.6m大跨空间的南北两侧设置了少量型钢混凝土柱。方案设计中屋面层设有600mm厚覆土荷载，多功能厅的建筑功能也使得结构静力荷载较大，因此双向大跨前提下不可采用普通主次梁方案布置水平构件。最终利用3层～屋面层11.9m高度空间设置双层钢桁架，作为主要水平构件连接大跨间距的筒体和型钢混凝土柱。

结合建筑功能要求南北向共设3道桁架，桁架1用于连接西侧筒1及筒2，桁架2及桁架3连接跨度为33.6m的南北两侧端柱；东西向沿①，②轴和⑤，⑥轴共设跨度为27.2m的4道桁架（图5）。以上水平桁架及四角筒的布置，形成了框架–四角筒–双向大跨钢桁架的新型结构受力体系。型钢混凝土柱与桁架之间及桁架与桁架之间以型钢梁连接，型钢主梁上等间距设置实腹式工字形钢次梁；在钢梁上翼缘顶面铺设压型钢板，并浇筑混凝土楼板，形成压型钢板混凝土楼盖体系。四个筒体与周边型钢混凝土框架柱之间设置型钢混凝土梁或钢筋混凝土梁，楼板为钢筋混凝土楼板。

图4 2层结构平面

图5 3层结构平面

项目采用性能设计的方法，对不同构件提出不同的抗震性能目标：四角筒抗弯按中震不屈服、抗剪按中震弹性设计；设防分类标准按照重点设防类设计，即将结构小震作用下承载力设计抗震等级均提高至一级。如不采取必要加强措施，1、2层四角筒按钢筋混凝土剪力墙验算中震不屈服时，配筋率将超过5%。故在四角筒的边缘构件及其楼层暗梁中增设型钢，确保剪力墙边缘构件含钢率不小于4%。

桁架的优化包括弦杆和腹杆两部分，考虑施工及节点加工制作的方便性，钢桁架弦杆、腹杆均采用焊接H型钢。由于桁架整体高度与层高一致，弦杆优化的主要手段为减小H型钢平面外计算长度；而与楼板连接的弦杆，由于有楼板约束作用，稳定问题不突出。各桁架中只有桁架1，由于其弦杆两侧均无楼板，稳定成了该桁架抗弯承载力的决定因素之一。为减小其弦杆的计算长度，结合三层建筑阳台的布置（图5），在轴1，5两桁架各楼层标高节点间布置钢梁。钢梁的布置使得桁架弦杆的计算长度减小为8.4m；同时走廊的结构布置也得到简化，取得建筑功能和结构受力的统一。

桁架斜腹杆的几何长度由桁架高度、节间长度确定，其优化原则为最大限度提高杆件的强度利用率，尽量减少杆件类型，避免各杆件间内力相差悬殊，同时需满足桁架整体抗连续倒塌的能力。一般来讲，受压杆件的承载力由其整体稳定决定，因而将斜腹杆沿桁架中线左右对称布置成恒、活荷载作用下的单向斜拉杆，具体形式见图6~8。

图6 桁架1立面示意

图7 桁架2，3立面示意

图8 桁架4～7立面示意

计算发现，单向斜拉杆方案虽能充分发挥钢材的高强度，但其弦杆、腹杆受力沿桁架跨度极不均匀，越靠近支座拉力越大。例如恒载作用下桁架2中拉杆一、二的拉力比值达到3.0，以此为依据设计的桁架第一、二跨弦杆、腹杆的截面积相差悬殊。

另外，本工程桁架承担荷载较大，如保持弦杆、腹杆宽度不变，简单地加大端跨杆件的钢板厚度处理，则造成板厚过厚，节点各相连板件间厚度相差大，加大施工难度。如同时加大截面宽度，则不利于节点区组合梁柱纵筋穿越，更不利于混凝土的浇筑，且桁架构件截面类型过多。仅设拉杆的桁架受力体系超静定次数少，赘余度偏少，结构抗连续倒塌能力偏低，带来提高杆件间连接节点的施工质量、降低构件的初始缺陷等要求。

经优化计算，在1~3榀桁架端跨设计了十字交叉斜腹杆，即多增设压杆一（图6，7）。此措施增加桁架冗余度的同时，减小了受拉腹杆的内力比，从而使得各弦杆、斜腹杆尺寸趋于均匀，降低了节点设计、施工的复杂性。

现场施工图如下：

桁架施工现场图

桁架–型钢混凝土柱节点施工图

结构竣工外部视图

结构竣工内部视图

施工图由作者陈勤提供，在此表示感谢！

更多内容详见《转自：建筑结构-公众号》杂志文章：

2014年第1期《新型双向大跨混合结构受力体系设计探讨》，作者：曾德光，张伟，刘俊；

2015年第7期《新型型钢混凝土框架–四角筒–双向钢桁架混合结构弹塑性地震反应分析》，作者：陈勤,张伟,曾德光；单位：香港华艺设计顾问（深圳）有限公司。

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