13-穆为、姜文伟等-外滩国际金融中心N5结构设计

外滩国际金融中心N5结构设计

穆为，姜文伟，钱鹏，朱晓东，吴思宇

（1.华东建筑设计研究院总院，上海200002）

提要：外滩国际金融中心N5造型新颖，根据其建筑特点结构体系选用钢筋混凝土剪力墙-悬挑桁架结构体系，核心筒承担全部的竖向荷载及水平荷载。在四层平面悬挂了三层幕帘，主体结构每间隔2m设置一道悬挑梁，三层幕帘通过高强螺栓刚接在主体结构上，每两道悬挑梁之间通过四根环梁联系，以保证其整体性。综合考虑幕帘系统的荷载，进行结构弹性分析，考察结构的整体性能指标以及桁架、楼板的变形和应力。分析结果表明，设计符合规范要求，结构体系安全可靠。

关键词：悬挑桁架，幕帘系统，悬挑梁，楼板应力

1工程概况

外滩国际金融服务中心北区位于上海市黄浦区中山东二路600号，由5幢相互独立的结构单元组成。北-1、2、4楼为商业和办公用房，北-3楼为酒店，北-5楼（N5）为多功能剧院。

N5地上部分建筑面积3526.4m2，地下面积为2292.9 m2，剧院容纳总人数不小于500人，外挂可移动幕帘体系，如图1和图2所示。N5地上部分共四层，局部屋面5层，地下室4层。建筑高度为23.2m，结构高度为22.85m，5层局部高度为29.2m，平面宽32.7m，长47m。

图1 N5建筑三维图图2 N5建筑剖面图

2结构体系

N5采用钢筋混凝筒体-悬挑桁架结构体系，见图3。地震作用和风荷载所产生的剪力及倾覆力矩，均由筒体承担，最终传至基础。竖向荷载由楼面体系传到悬挑桁架，再由悬挑桁架传至混凝土筒体，最后由筒体传至基础。可见，核心筒承担了全部的竖向荷载及水平荷载，其外墙厚度为700mm ，内墙厚度为400mm ，混凝土强度等级取为C40。大悬挑部分采用钢桁架，最大悬挑长度为17.5m ，桁架分别布置在二层和四层楼面以下，高度与层高相同，桁架杆件贯通剪力墙，桁架与核心筒的连接如图4所示。楼面体系拟采用现浇混凝土楼板，混凝土强度等级为C40，楼板厚度为130mm 。位于桁架上、下弦的楼板，在局部区域增设钢板。

图3 结构体系

二层桁架与核心筒连接 四层桁架与核心筒连接

图4 桁架与核心筒的连接

在四层屋面悬挂了三层可以移动的幕帘，图5和图6给出了幕帘系统与主体结构平面与立面的相对关系。主体结构每间隔2m 设置一道悬挑梁，三层幕帘通过高强螺栓刚接在主体结构的悬挑梁上；每两道悬挑梁之间通过四根环梁联系，以保证其整体性。

内墙

整体结构

悬挑桁架

剪力墙

图5 幕帘系统与主体结构-平面相对关系图6 幕帘系统与主体结构-立面相对关系

3设计准则

本项目结构设计及分类参数如下表。

表1整体参数表Array 4荷载

4.1幕帘荷载

三层移动幕帘吊架采用重叠设置，见图6。层与层间中心距为720mm，最内层流苏中心距阳台距离为

约500mm。同层管中心距为（600mm+管径），即相邻管壁距离600mm。上下水平轮之间中心距900mm，

内层管帘的上水平轮和外层管帘的下水平轮位于同一高度，轨道合用，使得风载荷形成的支座反力可以相互抵消，增加支座刚性，如图7所示。管帘结构与主体结构的分界面如图6中的虚线所示。

图7 可微调节距的牵引链

分界面以下的幕帘荷载包括恒载、活载、风荷载以及地震荷载（见表2），除驱动处的荷载作用在驱动拨叉处外，其余荷载均作用在幕帘管子中心线与悬挑梁中性轴相交点，如图8和9所示。幕帘各部分荷载主要组成如下：

（1）恒载

考虑轨道、吊架和驱动装置的自重。

（2）活载

竖向活载包括小车、吊杆、铝管和外饰的荷载，水平活载包括小车加速或减速运动的水平惯性力以及小车的摩擦力，曲线段活载为小车运动时产生的径向力，驱动活载为驱动组工作时在驱动拨叉处对结构的反作用力。

（3）风荷载

根据幕帘系统的工作状态，分为工作风荷载和非工作风荷载。综合考虑数值分析和风洞试验的结果，得出幕帘嵌固部位垂直轨道方向的剪力和弯矩。

（4）地震荷载

根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010，计算出地震荷载在幕帘嵌固部位垂直轨道方向产生的剪力和弯矩。

4.2其它荷载

（1）恒载和活载

综合考虑荷载规范的恒载和活载。

（2）风荷载

本工程的基本风压为0.55kN/m2（重现期50年），地面粗糙度类别为B类。综合考虑风洞试验和数值分析结果，将风荷载整体施加至各层。

（3）地震荷载

抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅳ类场地，设计特征周期为0.9s。按《建筑抗震设计规范》GB50011-2010设计参数选用反应谱，进行结构分析。

图8 幕帘和驱动荷载作用位置平面图

图9 第一层幕帘荷载作用点表2基本荷载参数

设备吊运口

5 结构不规则判断及加强措施

5.1 结构不规则判断

表3 结构不规则判断

5.2 加强措施

针对上述超限和情况，结构提出下列几点加强措施：

（1）悬挑桁架按中震弹性进行设计，桁架在纵向剪力墙内部贯通，并在该剪力墙边缘构件内设上下贯通型钢，提高墙体承载力。由于建筑局限，横向墙体较少，故横向剪力墙也按需在边缘构件内设置贯通型钢，加强墙体抗剪，抗弯，抗拉承载力。

（2）楼板按中震弹性设计，并适当加厚二层和四层楼板，加强楼板配筋或铺设钢板，以加强筒体间的连接和结构整体性，补充楼层抗震性能指标。

（3）位于桁架上，下弦的楼板由于局部应力集中，拟在局部区域增设钢板。 （4）剪力墙抗震等级提高一级，抗震等级为二级。

（5）结构整体计算时考虑竖向地震组合。

6 结构弹性分析结果

6.1 整体分析结果

本单体采用ETABS 计算，地震作用效应计算采用考虑扭转耦联的振型分解反应谱法，并分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。

由于本单体的主控工况是地震荷载，故仅对地震作用下的整体指标进行分析，图10给出了结构前三阶振型图，具体计算结果见表4。可见，结构各项指标均满足规范的设计要求。

T1=0.728s （X 向平动） T2=0.537s （Z 向转动） T3=0.454s （Y 向平动）

图10 结构前三阶振型图