带您深入了解深圳平安金融中心的设计历程及挑战：访结构设计负责人CCDI总工程师黄用军

美声音

带您深入了解深圳平安金融中心的设计历程及挑战：访结构设计负责人CCDI总工程师黄用军

平安国际金融中心项目占地1.9万m2，工程分塔楼、裙楼和整体地下室三部分，塔楼118层，高660m；裙楼11层、高55m；地下室5层，29.8m，基坑最深为-33.3m。塔楼目前已突破500m，工程预计于2016年1月18日整体竣工。



本刊有幸采访到本工程的结构设计负责人——悉地国际设计顾问(深圳)有限公司总工程师黄用军，他对项目在结构设计过程中遇到的挑战进行了介绍。以下是部分访谈内容，更多内容详见2014年7月《建筑结构·技术通讯》。


《建筑结构》：本工程的前期方案是由外方设计的，CCDI是在何阶段开始参与本工程设计工作的？请介绍一下结构专业的设计团队。
黄用军：结构方案设计、初步设计由美国宋腾添玛沙帝结构师事务所（Thornton Tomasetti, Inc.,简称TT）完成，CCDI从事全专业的施工图设计。在方案设计阶段，CCDI结构设计团队就参与到项目设计工作中。初步设计阶段，我和另外一位结构工程师到TT纽约公司与TT结构设计团队一起工作。TT结构设计团队是由执行总裁潘子强（Dennis Poon）先生、资深副总裁萧灵恩（Ling-enHsiao）先生带领的纽约、香港、上海的结构工程师组成的设计团队；CCDI结构设计团队是由深圳地区及上海地区的30余位结构工程师组成，主要工作包括结构整体分析、节点分析、钢结构和钢筋混凝土结构等方面的设计人员，由傅学怡设计大师任项目总负责人。


TT，CCDI平安金融中心结构设计团队在TT纽约办公室合影

前排左起：黄用军（CCDI）、余卫江（CCDI）、萧灵恩（TT）；
后排左起：Torsten（TT）、吴国情（CCDI）。

《建筑结构》：请大致介绍本工程的主要设计、施工历程和时间节点。
黄用军：概念设计阶段：2007年9月1日至2008年4月17日；方案设计阶段：2008年4月18日至2008年12月22日；初步设计阶段：2008年12月23日至2009年7月31日；施工图设计阶段：2009年8月1日至2010年3月29日。2009年12月16日在深圳召开了平安金融中心风荷载专家认证会；2009年8月至2010年2月在北京、深圳召开了五次咨询会；2010年3月22日由深圳市规划与国土资源委员会主持，委托全国超限高层建筑工程抗震设防专家委员会组织专家在北京进行专项审查，该工程抗震设防专项审查结论为：通过。

平安金融中心于2009年7月奠基开工，中国建筑一局（集团）有限公司开始基坑开挖及支护；2011年1月深圳市勘察测绘院开始施工桩基工程；2011年8月中国建筑一局（集团）有限公司开始地下室底板施工；2012年中国建筑一局（集团）有限公司开始主体结构施工。

《建筑结构》：本工程从方案阶段到最终确认的结构体系，经历了数次的优化和改进过程，请大致介绍一下这方面的情况，以及多次方案的调整对结构体系的最大影响。
黄用军：投标阶段的方案，建筑物底部10层高内空为大堂，其核心筒不能垂直落地，在10层需进行转换。该方案给竖向交通的组织与设计带来极大困难和挑战。


投标方案效果图


投标方案底部大堂效果图

初步设计阶段，设计初期采用了角部V形钢支撑带伸臂桁架的筒中筒结构，其外框筒由8根钢管混凝土巨型柱、40根钢管混凝土柱（围成外框筒）、4个角部V形钢支撑及钢框梁组成，空间效应好且利用效率高。


图（a）为核心筒+巨型柱及伸臂桁架；图（b）为巨型柱、V形撑+外框柱；图（c）为主体结构，包括楼面梁体系；图（d）为主要抗侧力结构。

《建筑结构》：本工程作为在国内有巨大影响力的超高层建筑，在进行方案评审、抗震审查咨询、超限审查专家会等时，有哪些问题是各方专家关注的焦点，设计方是如何予以完善的？
黄用军：各方专家关注的问题主要有：1）结构的抗震性能目标；2）巨型框架承担的剪力；3）楼层最小剪力系数值；4）带状桁架的结构形式等。根据专家意见细化和完善结构及构件抗震性能目标；设置巨型钢斜撑解决巨型框架承担的剪力较小的问题；通过提高结构刚度并进行分析计算及论证工作，楼层最小剪力系数值满足折减后的系数值；通过设置空间双层带状桁架及角桁架解决专家关注的带状桁架的形式问题。

《建筑结构》：本工程在设计之初，进行了哪些方面的试验研究，对后期的设计起到哪些指导性作用？
黄用军：由RWDI（Rowan Williams Davies & Irwin Inc.）进行了风洞试验和在中国建筑科学研究院进行了模拟地震振动台试验（和节点试验。



风洞试验模型


模拟地震振动台试验

《建筑结构》：多方的弹塑性独立计算和复核，这该项工作的必要性如何？该项工作对于指导后期的施工图设计起到何种作用？动力弹塑性计算过程中遇到的最大困难是什么？
黄用军：由于不同的计算软件有各自不同的优点及局限性，不同单位对软件的使用也存在差异，平安金融中心由多方独立计算，进行校核是必要的。平安金融中心的各参与方有非常良好的合作，在各方的合作交流过程中为项目服务的团队精神特别重要。该工作可验证结构的抗震性能目标，对结构大震的性能有一定的了解。结合对工程结构薄弱部位的预判和大震弹塑性分析的计算结果，对工程的薄弱位置构造加强以符合结构抗震的概念设计。现有的计算软件及硬件设备条件需要相对较长的时间来完成该工作。

《建筑结构》：本工程巨型柱下桩基础采用一柱一桩，桩径达到8m，请问超大直径桩基在承载力计算、桩基构造措施、配筋率方面是如何考虑的？施工阶段是否遇到设计阶段没有考虑周全的问题，具体是如何协调解决的？
黄用军：鉴于超大直径桩（巨型桩）相关设计和施工经验的不足，本工程对巨型桩在土压力及水压力作用下的受力性能进行了详细的计算研究，并根据分析结果进行设计及采取加强措施。巨型桩采用在不同部位布置的多层钢筋笼，对巨型桩内大体积混凝土形成有效的约束。在30m深的基坑底面再向下开挖30m左右、直径达8.0m桩基（扩大头直径9.5m），护壁的设计是保证巨型桩施工安全的关键问题，不仅要满足桩基承载力要求，还要控制变形量。

直径8.0m的人工挖孔桩单桩竖向抗压承载力特征值达708460kN，纵筋配筋率接近0.6%。为确保桩基承载力，对桩径5.7m和8.0m的桩全部采用钻芯法进行检测，测定桩底沉渣厚度并钻取桩端持力层岩土芯样检测桩端持力层。

在桩基施工开始前，深圳平安金融中心建设发展有限公司、设计单位、施工单位及其他相关单位进行充分研究并组织了多次专家论证会，保证了桩基施工的顺利进行。施工阶段为进一步保证施工安全、减小基坑变形，在护壁施工前设置微型桩对桩基进行超前支护。本工程中桩基护壁的计算构造措施、桩基配筋构造等的成功经验已用于其他项目，如华润深圳湾综合发展项目。超大直径桩传力简单、受力明确，但要保证施工安全及施工质量。

人工挖孔桩施工


人工挖孔桩钢筋绑扎施工

《建筑结构》：巨型柱截面选型是类似工程都会遇到的问题，本工程巨型柱选择现在的形式是基于哪些因素，有何优点？
黄用军：在巨型柱的方案选型阶段，TT和CCDI就采用型钢混凝土柱还是钢管混凝土柱进行了充分的讨论分析，研究了台北101大楼项目中巨型钢管混凝土柱的设计与施工经验，认为在保证混凝土浇筑质量的前提下使用钢管混凝土柱是可行的，但考虑到采用型钢混凝土柱具有施工质量易于控制与检查、焊接工作量也较小等优点，最终本工程综合各种因素确定采用型钢混凝土巨型柱。


台北101巨型钢管柱
      

巨型型钢柱加工


巨柱构造示意



巨型柱现场浇筑实景


钢板剪力墙施工情景

《建筑结构》：本工程在加强层设置了双层空间带状桁架，采用此新型结构体系是如何考虑的？其构造措施有哪些特点？
黄用军：初步设计前期并未采用双层空间带状桁架，而是采用平面桁架并沿巨型柱的方向设置楼层内平面桁架，经征询全国超限高层建筑工程抗震设防专家委员会意见，认为：楼面水平桁架对巨柱贡献不大，宜在巨柱之间采用双向竖直桁架加强对巨柱的约束，后经与建筑、机电专业协调，最后采用了双层空间带状桁架。空间桁架前后两片桁架间距较小，采用了直接焊接的连接构造。

双层空间带状桁架



带状桁架实景图

美声音

《建筑结构》：本工程设计过程中结构专业遇到的最大困难是什么，是如何解决的？
黄用军：本工程存在巨型框架承担的剪力不足、剪重比不满足规范要求、空间双层带状桁架的设计等问题。通过设置巨型钢斜撑改善巨型框架承担的剪力；通过论证及调整结构的刚度来改善剪重比不满足规范要求的问题；建筑、结构、机电各专业共同合作修改各专业的平面布置与系统来解决由空间桁架带来的影响，巨型型钢混凝土柱、带状桁架、伸臂桁架、巨型斜撑相交节点的设计与施工；14根杆件在巨型柱相同部位汇交，其计算分析与节点构造做法，复杂相交节点处钢筋的连接设计与施工，都是本工程中需要重点考虑的难点。



施工现场情况


巨型柱、空间带状桁架、伸臂桁架、巨型斜撑相交节点

嘉宾介绍：黄用军，一级注册结构工程师，教授级高级工程师，广东省超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会委员，深圳市结构专业委员会副主任委员，悉地国际设计顾问(深圳)有限公司总工程师。主要作品有:平安金融中心、华润深圳湾综合发展项目、卓越皇岗世纪中心、厦门会展B地块海峡交流中心二期、深圳华润中心二期、上海中建大厦、招商城市主场、惠州中心体育场、南宁华润中心一期、福州升龙环球大厦、深圳观澜版画基地、鹏瑞综合体项目等。

09153399

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    不错，题目能简单些吗？

09153399

帖子不错，加精鼓励，以后有的话尽管来发帖

zhen981

我在深圳，我看了那个大楼，真是震撼，不愧是第一大楼