高层建筑群的多维度复合设计——重庆来福士广场工程复合设计创新.doc

高层建筑群的多维度复合设计一一重庆 来福士广场工程复合设计创新张怀金 王隽 曹平 邓小华凯德中国重庆市设计院摘要：重庆來福士广场项目由著名建筑师摩西-萨夫迪设计，包括8栋250m到380m的 超高层塔楼，空中连廊，6层裙房以及3层地下室，建成后将成为重庆新地标该项目总建筑面积约113万叶，包括办公、商业、酒店、服务式公寓、高层住宅 和交通枢纽等多种业态该文主要介绍了这个超大型项目的多维度复合设计过程 和工程创新该项目中运用到的创新和前沿技术，标志着中国重要城市（如重庆 等）的高层建筑群的设计和建造水准关键词： 高层建筑群;性能化设计;阻尼器;组合伸臂系统;伸臂墙;重庆来福上;超 高层结构设计；作者简介：张怀金（1978-）,男，山东济南人，研究生，高级设计经理，主要 从事建筑结构设计与工程管理工作作者简介：王隽（1980-），男，中国香港人，博士，英国结构工程学会、英国 土木工程学会院士，主要从事超高混合建筑的技术管理、创新和实践工作收稿日期：2017-10-31Composite Multi-dimensional Design for High-rise ComplexAbstract：Designed by the world-renowned architect Moshe Safdie, the Raffles City Chongqing (RCCQ) project ineludes 8 super high-rise towers of250-380 meters height, a space corridor, a 6-storey podium and a 3-storey basement・ It will be a new landmark of Chongqing, covering a total cons true tion area of 1. 13 million square meters, with offices, stores, hotels, serviceapartments, high-rise residences, traffic hubs and so forth. This paper mainly introduces the composite multi-dimensional design process and engineering innovation of this large-scale project. The irmovative and cutting-cdgc technologics applied in this project mark the dcsign and construction level of super high-rise complexes in major cities like Chongqing of China.Keyword：high-rise complex; perfonnance-based design; damper; composite outrigger system; outrigger wal1; Raffles City Chongqing; structural design of super high-rise bu订dings;Received： 2017-10-311项目介绍重庆来福士广场项目位于长江及嘉陵江交汇处，极具象征意义:既是重庆辉煌过 去的标志，也代表着城市蓬勃发展的现在和未來。

作为古代举行朝圣仪式的地点 和最重要的古城门，朝天门一直是重庆历史性的地标朝天门最初作为重庆在长 江上游的码头区，代表了水路航运的伟大传统，激励着这个内陆城市的发展， 并推动着重庆成长为中国最重要的现代化城市之一项目位于长江航路上，以扬帆的设计形象呈现于水面上（图1）八栋塔楼的外 立面为朝向北面江水的通透表面，让人回想起古老的中国船队，乘风扬起口色 风帆各塔楼弯曲的立面以及在船首弧形的布局，极富动感 寓意这个大城市携水运商业遗产的认同，奋勇前进其形象简洁易辨识，兼具标志性该项目 作为城市对外门户的标志，亦是城市半岛巅峰的创新形象各塔楼的南立面（弧 形内侧）以柔和弧度冋望城市，覆盖着绿色的空中花园下达裙房屋顶，裙楼屋 顶本身也是一个绿色的圆形剧场状公园，包含花园、泳池以及公共交通系统等 这个公园化的屋顶场地缓缓向北倾斜升高，优化了透过塔楼间（包括住宅、办公 以及酒店）的望江的视野，并最大化项目面向城市的景观该项目是一个113 万耐的大型综合体，包含办公、商业、酒店、服务式公寓以及高端住宅，同时在 项目的不同平面涵盖了交通枢纽和公共交通系统本文阐述重庆来福士的多维复 杂施工，也介绍项目创新点和使用的前沿技术，这些创新与技术标志着像重庆 这种超大城市中，超高层建筑群可以达到的水平。

图1重庆来福士广场2多维度设计及规划下载原图项目设计经过了全面的多维度规划，以服务于不同楼层，不同业态的人群、交通 和功能区，如图2所示在裙房屋顶平面以下，裙楼有6层公共空间（约200, 000 m2）,包括商业、文化设施、陆路和水路交通枢纽（约有16& 000 of供交 通及停车使用）图2多维度设计和规划 下载原图图2多维度设计和规划 下载原图城市现有交通干线从南侧切入，创造了更多的商业街和大型回廊，提供了一个 强大、流畅的动线，使项目融入到城市中同样，港务区域不仅包含客轮码头的 功能，还包括景观步道、外部商业设施等，把项目的公共功能延伸到港口进入 项目的交通流线，在不同的标高都规划得细致而简捷:公交巴士、轨道、汽车和 游船均有直接的入口，能够便利地环通商场、文化中心、住宅、办公楼以及酒店两栋主塔楼北面直接面向两江交汇处，是项目最高的结构（约348m, 75层） 项目的中轴线，沿两栋塔楼之间与城市中心交汇在两栋最高塔楼的后方，四栋 较低塔楼（约49层）延伸着弧线一个位于空中24餉的空中花园连接这四个塔 楼（其中两栋为约196, 000 m2的办公楼，两栋为住宅）,与下方的裙房屋顶花 园相呼应。

空中花园两端建有令人惊叹的观景平台，提供眺望重庆市貌的最佳视 野在空中花园楼层，包含有酒店大堂及相关功能，而其上为花园和泳池同时 大堂连接着项目最高双子塔的上部楼层，约34层的酒店房间可以俯瞰重庆绝佳 的景观剩余两栋独立的塔楼为住宅，57层高，为项目提供了约302, 000 m2的 高级居住单位，并与其余六栋塔楼形成了完整的圆弧这两栋塔楼的位置和朝向 能够获得最大的视野，并最大限度地利用阳光与其余四栋较低的塔楼类似，它 们朝南的单位均有悬挂的花园，为城市提供了郁郁葱葱的绿色景观3组合工程系统在中国，高层建筑的设计和施工需要严格考虑风和地震的影响现行国家抗震设 计规范（MIIURD, 2010和2011）引入了性能化设计的方法，要求结构复杂的建筑 需分别满足在三种超越概率（63%、10%、2%-3%）的地震情况下的抗震要求在 许多情况下，高层建筑的设计也需满足“两水准”的抗震要求对众多沿海城市 来说，风荷载是另外一个需考虑的因素，在这些地方台风起控制作用结构工程 师通常需面对来自风和地震的双重挑战，同吋需要保证整体结构和空间使用的 效率FI前，类似于阻尼器和隔震支座的耗能装置更广泛应用于高层建筑中，以 提高在灾难性荷载下的整体结构性能，而不是仅靠增加钢材及混凝土用量，使 整体结构变得巨大并造价高昂。

3.1空中连廊一体化工程策略 重庆来福士广场所有250m塔楼均釆用型钢混凝土框架-核心筒结构空中连廊的 工程设计，容许连廊与其下四个塔楼结构间进行半连续的连接图3 (a)展示 了整体结构设置在连廊主结构和塔楼支撑结构Z间采用了摩擦摆支座(FPB) 和液压阻尼器经与几家支座厂家的详细征询，最终确定了摩擦摆式支座摩擦系 数为5%摩擦摆支座和粘滞阻尼器共同作用，消耗掉不同水平地震作用下的能 量，减小塔楼与连廊间的相对位移整体工程设计亦创新性地利用了空中连廊的 质量，消耗地震能量并控制塔楼结构的横向变形，最终促进质量阻尼机制的实 施图3 (b)展示了质量阻尼效应在不同水平地震作用下控制塔楼基础剪力的 整体效果一般来说，在空中连廊及塔楼结构间运用这种创新设置，可以减少 35%至40%的基础剪力，从而极大地节省了结构柱和核心筒中的建筑材料用量 项目的结构设计方案解决了重庆6. 5度地震区的多个结构超限问题图3空中连廊工程体系 下载原图四栋塔楼与连廊进行了振动台试验，以验证中震到大震作用下质量阻尼机制的 有效性以及建筑结构的可靠性图4 @)展示了不同水平地震作用下的模型设 置，图4 (b)展示了振动台模型中缩尺比例1:25的支座细部构造。

地震模拟振 动台试验的目的是验证设计计算和结构假定的合理性，同时可以确认薄弱部位， 为加强措施提供指导整个模型、振动台及配重的总重量约为252to考虑到振 动台的承重能力，四个塔楼的模型放置在两个可以同步振动的振动台上，模拟 不同方向、多种烈度的地震物理模型的制作采用具有适宜弹性模量和强度的材 料:混凝土材料采用相应强度等级的砂浆模拟，钢筋用钢筋模拟，型钢截面采用 焊接角钢模拟依据国家地震规范(MHURD, 2010),在实验室进行了 6. 5度区 直至大震强度的振动台实验，结果证明塔楼的结构设计在不同水平地震作用下 是合理的图4相连塔楼的振动台试验 下载原图 3. 2组合伸臂桁架系统 在重庆来福士广场两栋380m高的超高层塔楼结构设计中，避难层采用了一种新 型的钢-混凝土组合伸臂桁架+软钢阻尼器的体系，其中的钢桁架嵌入在钢筋混 凝土伸臂墙里，如图5 (a)和图5 (b)所示钢桁架和混凝土伸臂墙共同作用, 提高塔楼结构在极端荷载作用下的整体结构性能同时，软钢阻尼器也作为-•种 保险丝装置，用于组合伸臂和巨柱结构Z间按照设计，软钢阻尼器在中震到大 震的作用下首先屈服，以保证组合仲臂体系中重要结构构件的整体性。

这样，组 合伸臂体系中钢筋混凝土构件不会岀现脆性破坏图5 (c)表示了结构工程软 件(ETABS, 2010)针对组合伸臂体系，在不同水平地震作用下得到的数值模拟 结果该设计可以让承包商突破在避难层的钢结构伸臂桁架进行长时间焊接的关 键路径，摆脱核心筒与伸臂墙之间的节点焊接工作，率先竖立核心筒这将有助 于缩短塔楼的总体施工工期根据相应的验证试验，软钢阻尼器在小震和中震地 震作用下可以有效工作，提高整体结构性能通过有限元建模分析和物理构件试 验，验证了组合伸臂体系的有效性图6 (a)展示了整体模型设置以及循环作 用下的荷载-位移曲线有了保险丝设备的低屈服钢软钢阻尼器的有效保护，组 合伸臂体系在地震作用下具有足够的延性下载原图图5带阻尼的组合伸臂系统3. 3新型构件及系统试验研究 通过组合伸臂桁架模型上关键构件和整体体系的试验研究，揭示了在不同水平 下单调及准静力往复荷载的详细结构响应，如图6所示试验中参考了多种国际 组合结构和节点的规范(BSI 2005;AISC 2005 ;SCI&BCSA 2002)在研究过程中, 特别关注了以下几个方而:承载能力和变形特征，应力分布和集中，节点耗能能 力以及典型失效模式和损坏位置。

图6带阻尼的组合伸臂系统研究 下载原图 3. 3. 1组合伸臂的构件试验 在单调和准静力的往复荷载作用下，分别测试了两组组合伸臂构件，包括钢支 撑、预埋钢构件和混凝土伸臂墙观测并研究了荷载-变形特性、钢构件的应力 发展以及混凝土裂缝发育等多种关键结构响应这亦为研究在单调及准静态往复 荷载作用下组合伸臂构件的荷载-变形特性和破坏机理提供了有价值的理解在 这系列物理试验中未包含低屈服钢阻尼器3. 3.2带有钢阻。