世茂前海大厦东临规划四号路,南接规划六号路,北侧及西侧为规划中街区道路，是集商业和办公于一体的超高层综合体，其中办公塔楼地上63层，建筑高度294.3m，结构主屋面高度为285.72m，顶部为塔冠，塔冠在中间开槽形成双坡屋面。

项目定位为珠三角“曼哈顿”，整体建设为超甲级写字楼及零售商业，力求发展总部经济，打造区域中心。本项目以“和谐共生”作为基本设计理念：塔楼由两部分体量拔地而起，高耸入云，各自独立却又紧密交织，象征着香港与内地两岸间的互动合作与和谐统一。两个体量顶部围绕轴线旋转，形成完美统一的建筑形象,在象征及实际意义上诉说着海峡两岸的紧密联系。该扭转上升的建筑形象由自然形态衍生，通过严谨的几何手法建立完美方形。

塔楼的朝向设计最大化海湾和山丘的景观视野，同时使各建筑之间的视野影响最小化。考虑到场地的高密度，塔楼在上升的同时逐渐旋转，通过释放邻近空间，与周边建筑形成更加友好的相邻关系。一座崭新的象征两岸永恒联系与和谐统一的地标就此诞生。

塔楼建筑体型由下至上均匀旋转上升，且逐渐内收，外立面为向建筑内倾的扭曲面。为配合建筑体型，并满足幕墙的要求，结构外框柱需随外立面一起旋转内倾。塔楼从首层（52.5×52.5m）至屋面（46.5×46.5m）每层绕中心点相对于下层旋转大约0.70度，共旋转46度。

2.1、风荷载

试验段尺寸为 18m（长）×4m（高）×3m（宽），塔楼模型采用 1：400 缩尺比制作，实验中模拟了500m半径范围内的周边建筑，对现有地貌和将来地貌进行实验。

风工程已有试验研究成果表明建筑体型扭转可以干扰大楼旋涡脱离频率的一致性，有效降低横风向荷载。本项目塔楼的平面形状与立面已经比较优化，塔楼平面为近似正方形，其中两个对角为圆弧，另外两个对角为凹槽，并且立面上逐层均匀内收和扭转，这些体型特点均对降低横风向荷载有利。

2.2、地震作用

2.3、工程地质条件

根据国家标准《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)，本场地建筑抗震设防烈度为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。场地土类型为中软土，场地覆盖层厚度介于5～50m，场地类别为Ⅱ类。场地普遍分布淤泥层，为软弱土层，剪切波速109～130m/s，参考《岩土工程详细勘察规范》GB50021-94相关条文，当平均剪切波速大于90m/s时，各类建筑可不考虑震陷影响。淤泥层底埋深绝大部分在设计基坑底以上，工程拟采用桩基础，可不考虑软土震陷特性对于本工程的影响。

根据建筑设计理念及建筑特点，结合结构性能要求、经济合理以及施工方面等因素，经过多种结构方案的分析和比选，塔楼采用钢管混凝土斜柱框架+核心筒混合结构，构成双重抗侧体系抵抗风荷载和水平地震作用，并承担竖向荷载。

四周有16根均布的钢管混凝土柱，钢管混凝土柱内混凝土采用C70，核心筒外围墙厚度由低到高逐步减小。

塔楼核心筒外采用钢筋桁架楼板+钢梁的楼盖体系，核心筒内采用普通钢筋混凝土楼板。外框环向钢梁与外框柱刚接，径向主钢梁一端与核心筒铰接，另一端与外框柱刚接，楼面次钢梁两端均采用铰接。综合考虑跨度、层高、荷载、舒适度以及经济性等因素，典型柱距间设一道钢次梁。

钢筋桁架楼板+钢梁组合楼板体系具有施工方便的优点，能够缩短施工工期，对于超高层结构尤为适用。组合楼板的钢筋锚入核心筒外墙，楼板与钢梁通过栓钉紧密结合，这些措施可保证楼板可以有效地在核心筒与外框架之间传递水平作用。

根据本工程的超限水平和结构特点、工程的场地条件、社会效益、结构的功能和构件重要性，并考虑经济因素，结合概念设计中的“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点弱构件”的基本概念，根据规范抗震设防“小震不坏，中震可修，大震不倒”的三个水准目标以及结构抗震性 能设计的相关规定，本工程整体结构的抗震性能目标定为《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010 中的性能 C（局部构件高于C 级）。

为确保抗震性能目标的实现，本工程分别采用不同的软件进行小震、中震、大震作用下结构性能的分析。主要分析内容和方法如下：

小震分析：

1）应用YJK和ETABS结构分析软件分别对结构分析，对比结构的振型、周期和质量等，以验证两个软件结构计算结果的一致性和准确性。

2）通过分析比较结构在各种作用效应组合下的整体性能指标，如重量、底部剪力、底部弯矩、刚度分布、剪重比、扭转位移比、位移角等，进一步验证两种计算模型的一致性和准确性，并验证结构的整体性能指标和构件的内力分布是否符合设计规范的要求和结构抗震概念设计的原则。

1）采用YJK软件进行中震不屈服和中震弹性计算，复核各类构件是否达到性能目标C在中震作用下对构件性能水准的要求。

2） 分析时地震反应谱参数根据抗震规范输入。

大震分析：

采用软件ABAQUS进行大震作用下的结构动力弹塑性时程分析。分析结构在大震作用下的变形形态、构件塑性及损伤情况、以及结构整体弹塑性性能；验证“大震不倒”设防水准；分析结构关键部位、关键构件的变形形态和破坏情况。判断主要抗侧力构件是否实现预定的性能目标水准，找到结构薄弱层和薄弱部位,对结构设计提出改进意见和建议。

1）楼板应力分析：采用YJK分析开洞楼层在小震、中震、大震等组合作用下楼层的正应力和剪应力，以确定楼板满足结构抗震性能目标的要求。

2）穿层柱屈曲分析：本工程存在部分穿层柱（穿两层），采用SAP2000分析了穿层柱的屈曲模态和稳定承载能力。

3）节点有限元分析：针对外框梁柱楼板节点进行有限元分析，考察各性能目标下节点的受力状态。

5.1、小震计算分析

分析采用YJK 软件和ETABS 软件进行计算比较，按照振型分解反应谱法进行抗震计算及弹性时程分析计算。

根据《抗规》5.1.2 条，该塔楼采用弹性时程分析方法进行小震作用下的补充计算。计算分析时，选取符合频谱特性条件的5 条天然波和2 条人工波。将所采用的地震波的有效峰值加速度调整为35cm/s2，并按1：0.85：0.65 三向输入计算结构在地震作用下的响应，阻尼比取为0.05，计算时间间隔为0.02s。

根据上述计算结果，结合规范规定的要求及结构抗震概念设计理论，可以得出如下结论，各构件均满足小震弹性的抗震性能目标。

5.2、中震计算分析

分析采用YJK 软件和ETABS 软件进行计算比较，按照振型分解反应谱法进行抗震计算及弹性时程分析计算。

采用YJK 程序进行分析，按照中震弹性计算对底部加强区剪力墙和框架柱进行弹性判别，性能目标如下：

中震作用下结构的楼层位移曲线、层间位移角曲线及楼层剪力同楼层抗剪承载力的比较，计算结果可知，中震作用下结构楼层X，Y 向层间位移角约为小震层间位移角的2.877、3.046倍，分布具有规律性，没有出现异常突变的情况。楼层地震剪力与楼层抗剪承载力相比，结构整体有着较富余的抗剪承载能力，可以初步判定结构满足中震抗震性能目标的要求。

根据中震分析计算结果，整体层面的楼层层间位移角具有规律性、无异常突变，结构体系满足选定的变形限值要求。按照设防烈度地震（中震）要求 3 的性能水准，连梁的斜截面抗剪承载力满足本项目抗震性能目标的要求。按照设防烈度地震（中震）要求 3 的性能水准，外框柱的正截面承载力满足本项目性能目标的要求。剪力墙作为第一道防线，在中震作用下受弯弹性，受剪弹性，安全度较高，能满足中震下性能目标的要求。

5.3、大震计算分析

大震作用下结构构件的具体工作性能目标如下：

1) 剪力墙构件：允许部分非底部加强区剪力墙出现受压塑性中度损伤屈服，损伤因子大于0.8，但底部加强区核心筒剪力墙不允许出现受压塑性中度损伤屈服，受压损伤因子小于0.8，以保证其仍具有足够的竖向承载能力；

2) 连梁构件：允许中度、部分连梁出现比较严重的受压塑性损伤破坏；

3) 框架部分：允许部分梁、柱混凝土出现受压中度损伤屈服，同层混凝土构件不能因受压损伤而形成机构。

4) 楼板：楼板不允许出现中度损伤屈服，满足抗剪截面要求。

罕遇烈度地震波作用下，X 方向最大层间位移角为1/169，Y 方向最大层间位移角为1/185；均小于高规中有关抗震性能目标1/100 的要求。

竖向荷载分解示意

外框梁柱节点与楼板之间力的传递

节点区域受力扩散及加强措施

根据本项目抗震性能目标的要求，节点在竖向荷载、风荷载、小震组合下满足弹性设计要求，在中震组合工况下满足弹性设计要求，在大震组合工况下满足不屈服设计要求。有限元分析中对弹性设计工况、不屈服设计工况分别选取最不利组合，对角柱节点和边柱节点做分析，角柱计算结果如下图所示。

弹性设计组合下，钢材的最大应力小于钢材的设计强度；混凝土压应力小于C70混凝土的抗压强度设计值。不屈服设计组合下，钢材的最大应力小于钢材的强度标准值；混凝土压应力小于C70混凝土的抗压强度标准值。

角柱节点弹性设计组合应力云图

角柱节点不屈服设计组合应力云图

6.2、施工模拟分析

对于复杂超高层建筑，在重力荷载作用下，需要进行较精确的施工模拟计算，并计入混凝土材料竖向收缩及徐变的影响，以便较为准确的反应竖向荷载作用下结构的变形及内力分布。

施工模拟分析计算过程采用考虑时间依存效果的方式，按照施工步骤将结构构件、荷载工况划分为若干个施工阶段，得到每一阶段完成状态下的结构内力和变形后，在下一阶段依据新的变形对模型进行调整。在混凝土材料特性中考虑依赖于时间的徐变、收缩和强度增长。

将整个施工过程划分为17 个步骤来进行施工模拟分析，以每5 层作为一个施工步骤，假定的施工加载时间如下：

1）核心筒先施工，采取爬模施工，施工速度为5 天/每层。

2）外框柱及核心筒外部的楼面楼板在第25 天开始施工，施工周期为5 天，外框柱的施工滞后于核心筒五层。

3）在主体结构施工至25 层处幕墙施工开始，此时主体结构已施工125 天，幕墙施工进度假定为6 天/ 层，共需420 天，即在主体楼板结构封顶后180 天幕墙施工完成。

4）幕墙施工完成半年后，假定所有装修面层、楼面活荷载完成。

施工照片

前海世茂大厦已于2019年建成投入使用。

[1]深圳前海世茂金融中心塔楼结构设计及分析[J].建筑结构，2015.

[2]厦门世茂海峡大厦结构设计的研究[J].城市建设理论研究，2012.

关注DCStructure，阅读更多内容！

其他阅读：

“DCStructure|结构技术交流群”正在招募中！

欢迎关注公众号，留言”加群“。

或加下方微信与我们联系。