上海会德丰广场塔楼结构设计分析

刘建丽

中图分类号： TU318 文献标识码：A文章编号：

本工程实例主要介绍了超高层建筑上海会德丰广场塔楼的结构设计，包括基础设计和结构的电算分析等内容，以及采用何种技术措施提高结构抗震性能和安全性能。

1. 工程概况

该工程位于上海市中枢南京西路1717号批租地块，东靠华山路及静安公园，南临延安西路，西侧为上海市少年宫。基地面积12675m2，地上为一幢54层的高级办公楼和二幢三至四层的商用裙楼。塔楼办公区由于建筑要求视线开阔,大空间,故采用钢筋混凝土框筒结构体系, 标准层层高4.42m, 主屋面高度250m，屋面以上有两层收小的设备层及部分钢构架。北面裙楼主要为商业用途，地面以上高22.5m,南面及北面裙楼均采用钢筋混凝土框架结构体系，建于地下室顶板结构上，在结构上与主塔楼之间成两个独立的单元。

在基地范围内设置三层地下室(局部另有夹层)，为停车库、机电设备及人防等用房,总开挖深度约20m左右,用地下连续墙作施工时的围护结构。

2.基础设计

本工程地基基础设计等级为甲级。

根据工程地质勘察报告，为了减少塔楼对地铁沉降变形的影响，塔楼采用直径850mm的钻孔灌注桩，以第9层的灰色粉细砂层作桩端持力层，一般桩深约至地表下76m，而在塔楼中心一定范围内布置了一定数量的加长桩，桩深约至地表下86m。施工前巳进行试桩以确定最终的单桩承载力，根据基桩静载荷载试验结果所计算的单桩受压承载力设计值为7687kN。同时在塔楼承台外侧与地铁之间，布置了深约至地表下106m的“隔离桩”以减少地铁沉降。

裙楼的抗拔桩采用直径为800mm的钻孔灌注桩，桩深约至地表下55m。桩端置于第8-1层灰色粘土夹砂层，抗拔承载力设计值为2250kN。

塔楼采用群桩联合承台,塔楼的所有荷载均经过一个3800mm厚的钢筋混凝土承台传到桩群之上。承台采用有限单元法SAFE程序,计算分析承台内力及桩顶反力。裙楼采用1200mm厚的筏板桩承台设计，裙楼的荷载由柱通过筏板承台传至桩基础上。由于部分地下室上面并无任何建筑物或上部建筑物重量不大，该部分结构的桩基础将考虑地下水浮力的作用，按抗拔桩进行设计。

在塔楼桩承台周边设后浇带以降低沉降差异的影响，同时也可减少施工期间混凝土的温度应力。后浇带贯通至地下室顶板。后浇带的两旁设有止水带，连接时用微膨胀混凝土浇筑密实。

塔楼相对裙楼/地库的不均匀沉降按保守的估算50mm做考虑，在离3.8米厚大承台板边14米外的裙楼部分，我们视为沉降为零。因此从3.8米厚承台板边到14米范围，沉降是线性渐变的。

在计算梁板柱因沉降引起附加应力时，用各自沉降差进行计算。

受力模型为

靠近塔楼端远离塔楼端

塔楼端下沉，梁底增加附加弯矩

最大弯矩为3iΔ/L（其中i为线刚度，i=EI/L，L为跨长，Δ为沉降差）

梁增加附加剪力为-3iΔ/L。

考虑到梁实际受情况，我们将梁的配筋包络图定为

3iΔ/L1/2×3iΔ/

柱子的附加弯矩同梁端，取3iΔ/L或1/2×3iΔ/L。

板的附加弯矩同梁一样考虑。

当梁是铰结时，此梁可以不考虑沉降的影响。

当板配筋平行于3.8米厚大承台板边时，也不考虑沉降的影响。

裙楼1.2米厚承台板也与梁一样考虑沉降的附加弯矩。

3.上部结构设计

3.1风荷载

本工程塔楼风荷载是主要荷载，上海地区50年一遇基本风压为0.55Kn/M2，塔楼根据规范按B级高度筒体乘以1.1系数，即基本风压为0.55 x 1.1=0.61Kn/m2 ；地面粗糙度按D类考虑。为了进一步了解风荷载情况，进行了风洞试验。并对风洞试验的结果和上海筒体规范DGJ08-31-2001中风荷载的取值进行比较分析，发现风洞试验得出的风压值大于规范计算值，为此风荷载取值按风洞试验结果取定。具体比较如下：

3.1.1 风洞试验的结果与按上海筒体规范的计算值比较

由加拿大RWDI风工程顾问咨询公司提供的风洞试验结果按其受力方向，对应于上海筒体规范，可计算出每一楼层的Fx(X向风荷载)和Fy（Y向风荷载），因修改后的风洞试验结果之座标系改为00和900，为方便进行对比，把风荷载进行了方向转换，其相应之500（X向）及1400（Y向）,见表:

3.1.2从上表中可以看出，风洞试验的Fx和Fy都大于按上海筒体规范的计算值。风洞试验结果的底部总剪力ΣFx和ΣFy分别比上海筒体规范的计算数值约大14.2%和17.8%，因此选用风洞试验的结果作为结构计算风荷载输入数据。

3.2地震作用

工程抗震设防烈度为7度，设计基本加速度值为 0.10g，设计地震分组为第一组，场地土类别属软弱场地土，建筑场地类别为IV类，设计地震特征周期值为0.90S。抗震等级：塔楼为钢筋混凝土框筒结构体系,抗震等级按B类高度提高一级即取特一级，塔楼以下首层至地下室三层均为特一级，南面和北面裙楼为钢筋混凝土框架体系，抗震等级为三级，+0.00以下:首层抗震等级同塔楼(即特一级),地下夹层及以下非塔楼向下延伸部分抗震等级为三级。

抗震计算采用考虑扭转藕连作用的振型分解反应谱法，塔楼选用27个振型进行计算。塔楼结构抗震计算采用了两种计算程序 (SATWE和ETABS)进行计算分析比较 ，并按规范要求采用SATWE进行弹性时程分析计算及按上海市建设和管理委员会: 工字2002-6-161号文要求进行了动力弹塑性时分析补充计算。

3.3塔楼计算结果及分析

对该工程中的超限高层办公塔楼，根据要求用两种计算程序SATWE（2005年4月版）和ETABS（8.42版）进行分析计算，同时对办公塔楼按规范要求采用SATWE进行弹性时程分析计算。

3.3.1 办公楼SATWE和ETABS主要的计算结果及初步分析

由于地震力、风力坐标夹角取0°(X向)取90°(Y向)时，其计算结果为非控制值。故本报告中计算结果均为地震力、风力坐标夹角取50(X向)及140°(Y向)的计算输出值。

上述平均剪力值大于SATWE振型分解反应谱法的80%, 各条波分别作用下的底部剪力值大于SATWE振型分解反应谱法的65%, 满足规范GB50011-200第5.1.2条中的规定。

3.3.3 计算结果分析结论：

本工程通过用SATWE及ETABS二种程序计算:结果相差不大，结构动力特性基本吻合, 层间位移角及位移比值满足规范要求。地震作用下的剪重比在规范规定的合理范围内,且满足最小地震作用的要求。

SATWE及ETABS二种程序计算得到的第1阶模态均为X向平动,扭转模态为第3阶, 扭转周期与第1阶平动周期比满足规范要求。

地震作用下的结构层剪力沿竖向无明显突变,满足规范要求。

據规范要求计算出的该塔楼在10年一遇风荷载作用下的顺风向及横风向结构顶点最大加速度均小于0.25 m/s2，满足规范规定的舒适度要求。

由此我们认为，本工程在平面布置方面规则、侧向刚度沿高度变化均匀，无结构薄弱层，顶点最大位移及楼层最大层间位移均满足规范要求。表明整个结构布置合理、刚度适宜，可满足规范要求。