深业上城：新型巨型框架-核心筒结构体系在高塔中的应用

▲ 深业上城实景   ?邵峰

深业上城，位于深圳市福田中心区笋岗路与皇岗路交汇处，是集产业研发、公寓、酒店、商业于一体的大型城市综合体，通过位于三层的景观连廊将笔架山、莲花山连为一体。高塔建筑总高度389m，采用了八柱巨型框架-核心筒结构，在研发办公楼层的巨柱间未设置任何重力柱，结合3m宽的超大幕墙单元板块，最大化释放周边独特的景观视野。

相对于传统超高层巨型结构，为了克服伸臂加强层带来的刚度突变产生的不利影响，在加强层仅设置周边带状桁架以约束巨柱，未设置伸臂桁架，取而代之的是在每个楼层巨柱和核心筒间设置了刚性连接的型钢混凝土连接梁，形成伸臂框架，演绎出独特的新型结构体系。

本项目建筑方案及初步设计由SOM 纽约团队完成，华阳国际承担施工图设计，并协助SOM 完成初步设计及抗震超限审查。

▲ 高塔计算模型及立面简图 ?SOM

·承重体系：钢梁+钢筋桁架楼承板

·抗侧体系：8根巨柱+4道带状桁架+核心筒+刚性连接梁+外围平行双钢框架梁

▲ 高塔办公楼层典型结构平面布置简图 ?CAPOL

01 

巨柱 Mega Column

“应用无重力柱的八根巨柱框架，

巧妙实现了办公楼层无遮挡的独特视野效果”

▲ 高塔研发办公楼层室内无遮挡视觉效果 ?邵峰

地下室部分的巨柱截面尺寸为2500×8000，首层至3层为2300×5400，4～66层由2300×4500逐步减小为1600×4500，67层酒店层及以上进一步减小为1600×3500，根据连接周边钢框架梁的需要，内嵌多个H型钢，其含钢率在4%～6%之间，计入纵向钢筋后，其含钢含筋率在5%～8%之间。巨柱钢材牌号为Q345GJC，混凝土强度等级55层及以下为C70，以上为C60。

▲典型的SRC巨柱截面沿楼层高度的演化  ?CAPOL

超高的框架-核心筒结构，其混凝土内筒和外框之间的刚度宜有一个合适的比例，框架部分计算分配的楼层地震剪力，除底部个别楼层、加强层及其相邻上下层外，多数不低于基底剪力的8%且最大值不宜低于10%，最小值不宜低于5%；同时结合超限审查专家组建议，通过增大各层墙体洞口、上层核心筒角部墙体削角改柱、增加带状桁架道数以及在各平面内增设环向封闭的平行双钢框架梁等设计措施来提高框架承担的地震剪力，各层框架承担的地震剪力占基底剪力的百分比由调整前最小约3%调整至不小于7%。

▲巨柱承担楼层剪力占比   ?CAPOL

考虑到巨型框架的侧向刚度大致与加强层间的间距的三次方成反比例关系，其侧向刚度相对于核心筒很小，核心筒几乎承担全部水平剪力。抗震设计时，考虑核心筒承担全部地震剪力；巨柱承担的地震剪力标准值取不小于按侧向刚度分配的地震剪力的标准值的3倍进行承载力计算。

02

带状桁架 Belt Truss

“四道带状桁架， 保障巨柱协同受力 ”

八根巨柱拔地而起，直达天际，其截面强轴方向尺度从底部5.4m到顶部3.5m，是常规外框架梁的截面高度无法匹配的；采用四道两层楼高带状桁架保障了八根巨柱协同受力。

此外，当顶部建筑功能为酒店时，带状桁架又起到了转换的作用。在酒店楼层巨柱间设置了钢框架柱，落于周边带状转换桁架上，以减小楼面梁跨度，保证酒店净高需求。

▲带状转换桁架3D模型    ?SOM

03

刚性连接梁 Rigid Coupling Beam

“刚性连接梁协调巨柱与核心筒之间传力，

避免伸臂桁架引起的刚度突变”

按常规思维，随着建筑高度的增加，巨型结构需在一定位置的设备层、避难层设置伸臂桁架并配套设置周边带状桁架的加强层，以满足抗侧刚度的需要。虽然带伸臂桁架的加强层提供的抗侧刚度效果明显，但不可避免带来刚度突变效应，对地震作用带来不利影响，本工程通过在每层设置刚性连接梁形成“伸臂框架”取代集中楼层设置“伸臂桁架”。

考虑到型钢混凝土连接梁受巨柱和核心筒墙体的刚性约束，节点区内巨柱的内嵌型钢连续穿过节点，利用加劲板与连接梁充分连接，并确保连接梁内的钢筋在巨柱内有充分的锚固长度。型钢混凝土连接梁典型楼层梁高800mm，局部大层高的设备避难层梁高1500mm，底部架空层梁高2500mm，宽度随着剪力墙厚度的变化而变化，宽度为800～1600mm，内部嵌入的H型焊接型钢，钢板厚度主要为20～50mm，局部楼层翼缘最大厚度为70，100mm，连接梁钢材牌号Q420GJC，混凝土强度等级C60。

即使在罕遇地震作用下，设计保证连接梁连接节点钢板处于未屈服状态。

▲ 罕遇地震作用下连接梁连接节点钢板应力分布 ?SOM

地震模拟振动台试验表明， 在经历了多次累积的罕遇地震作用后， 仅3～5 层个别位置连接梁出现细微裂缝，部分连梁出现裂缝，结构整体抗倒塌能力优良。

▲ 连接梁振动台试验结果  ?同济大学

04

核心筒 Core Wall

“九宫格筒体搭配巨柱，抗侧 高效”

核心筒采用了高效抗侧刚度的九宫格设计，其中核心筒外壁从底层往上厚度由1 800mm 逐步减小为500mm，内壁从底层往上厚度由550mm逐步减小为450mm。为了能与巨柱和核心筒间刚性连接的连接梁H型钢方便有效连接，在核心筒四角部的L 形墙的三个端部设置通高的型钢，L形墙90°转角端部采用了十字形钢，方便与两个正交方向的连接梁H型钢连接，L形的另两个端部采用T形钢，方便与连接梁H型钢在核心筒延伸锚固段的连接，连接梁H型钢腹板均与柱内型钢腹板水平和上下对齐。为了控制轴压比，在24 层以下其他位置的剪力墙，也嵌入了一些十字形钢或H型钢。核心筒内钢材牌号为Q345GJC，核心筒剪力墙及连接梁混凝土强度等级采用了C60。

▲ 核心筒剪力墙典型平面布置图   ?CAPOL

对于超高层核心筒设计，应重点关注由于刚度突变带来的构件承载力变化及罕遇地震作用下构件的损伤情况( 30 层以上)。根据 罕遇地震作用的仿真分析 结果，核心筒剪力墙受压损伤主要集中在连梁损伤和68层以上角部墙体，损伤因子介于0.2～0.4，混凝土基本达到承载力峰值，但未达到混凝土极限应变；受拉损伤主要集中在带状桁架及上下关联区域；地震模拟振动台试验揭示在首层东北角核心筒角部墙体出现受压损伤。设计中适当提高上述损伤区域的墙体竖向和水平配筋率，并将该范围内的约束边缘构件上下各延伸两层；角部墙体柱内设置型钢合理过渡，控制钢筋和型钢的塑性应变程度，采取适当的加强措施以满足预定的抗震性能目标。

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▲ 深业上城全景图  ?邵峰

在深业上城高塔这个结构设计过程中，我们运用了有限元仿真分析、性能化设计 、抗震 概念构造 及地震模拟振动台试验 等多种技术或设计方法， 为建筑品质提升进行结构体系创新。目前深业上城高塔已竣工并投入使用多年，反馈良好。 经过多方论证和实践可知 ，在巨柱和核心筒间每层设置刚性连接的型钢混凝土连接梁形成伸臂框架，取代集中设置伸臂桁架，能够保证结构刚度沿竖向较平稳过渡，避免伸臂桁架加强层刚度突变带来的地震不利影响，是一种受力合理的新型结构体系。

项目名称：深业上城高塔

项目类型：办公/酒店

项目地点：深圳，福田

建筑高度：389米

建筑层数：80层

设计时间：2011-2017

竣工时间：2019

建设单位：深业集团

设计单位：华阳国际设计集团（总体概念规划/旧改专项规划/执行建筑师/施工图设计）

合作设计单位：SOM

结构形式： 设置带状桁架、周边平行双抗弯钢框架梁和型钢混凝土连接梁的巨型框架-核心筒结构