亚投行总部大楼

亚投行项目总建筑面积39万平方米，整体用钢量11万吨，相当于两个“鸟巢”外部钢结构用量。

作为国家“一带一路”倡议建设的重点工程，亚投行总部大楼都有哪些“玄机”呢？

一起来看看吧！

美！形似鲁班锁

作为首个由中国倡议成立的政府间多边开发机构，亚投行自诞生之日起，便受到了广泛关注。

亚投行总部大楼的设计启动国际征集，最终，以“鲁班锁”为设计理念，从高空俯视为“中国结”造型，寓意“中国结、连接世界”的方案，从国内外众多应征方案中脱颖而出。

九个采光庭院的布局与周礼《考工记》所记载的古典营造哲学

既有重檐、叠梁等独具匠心的中国元素，又兼具现代建筑美学，浓厚的中国特色和国际风尚完美融合。

以简洁优雅、隽永经典的建筑风格，缔造低调、谦逊、庄重的地标。

酷！“智能天窗”可自动开合

外观如此漂亮，那么功能如何呢？

亚投行总部大楼内部自然画廊环绕，全年恒温恒湿。

80米高的挑空大厅、7个采光中庭，所有工作区都能享受，最为均衡的自然采光和开阔视野空间。

10处空中花园，分别种植热带、亚热带植物，营造出绿色多元复合活力商务空间。

不止如此，大楼智能天窗可根据温度、风速、雨量等条件自动开合，实现通风与室温控制。

楼内的温度、湿度、PM2.5值等，也可实现分区调控。在这样的环境中办公，舒适度MAX！

赞！误差不超过1毫米

亚投行总部大楼内，一根根清水混凝土柱平滑优美，如果不是亲眼所见，你可能不会相信：

这些高24米直径1.5米的圆钢管柱外侧，都包裹着一层12.5厘米厚的混凝土，这在国内还是第一次。

还有超1400吨下托式幕墙高精度安装，也是建设过程中的一大“拦路虎”。玻璃安装误差不能超过1毫米，又是一个世界级难题。

看到这么漂亮的实景图，就知道项目团队肯定是已经攻克了这一难关。

暖！藏起来的遮阳设施

亚投行总部大楼外立面采用的是气候主动性双层幕墙，遮阳设施不暴露在外，

而是“藏”在双层幕墙的玻璃腔体内，由镂刻有中国特*图色**案的竖向百叶构成，

不仔细观察，可能都发现不了它的“痕迹”。

外窗设计

日照采光设计图

双层幕墙系统可不止能“捉迷藏”，它还允许大面积的通透性，可以为办公提供最好的自然采光效果，减少人工照明使用。

奇！让自然元素“听指挥”

亚投行总部大楼在设计阶段，就高度重视打造绿色建筑，让风、水等自然元素“听指挥”。

在过渡季节，冷机可以根据空气焓值，变“新风比”运行，实现“免费供冷”。

新风设计图

建立水资源的再生及利用系统，采用中水回用系统，冲洗地库等用水均来自于中水处理站，实现污水再利用，并在处理达标后排入市政排水管。

采用变流量系统，可以根据负荷大小调整生活水量及给水设备运行台数，使给水系统在部分负荷下，保证高效运行，减少能耗。

大楼的玄机看过了，那么作为结构工程师的我们，当然要了解这么炫酷的大楼的结构是如何设计的。下面我们一起来学习一下。（以下内容由清华大学建筑设计研究院有限公司供稿）

01 工程概况

亚投行总部永久办公用房（图1,2）项目位于北京市中轴线上，位置优越，是奥林匹克公园地区核心建筑物之一。北隔科荟路与奥林匹克森林公园相望，东邻奥运观光塔，向南与“水立方”、中国国家体育馆、中国国家会议中心等标志性建筑连为一体。

建筑平面呈五个“口”字形，存在楼板凹凸不规则、错层、连体（竖向连体）、体型收进等多类不规则情况。主体结构采用带边框的钢板剪力墙多筒体排架结构体系。

图1 建筑效果图

本项目用地面积约61160m²，总建筑面积389972m²，其中地上建筑面积256872m²，地下建筑面积133100m²。平面投影呈“中国结”形状（由5个口字组成），南北向长244m，东西向宽181m，地面以上立面分为两个梯度：其中外围“4个口”结构12层，高60m；中间“1个口”结构16层，高80m。

地上建筑主要功能为办公。地下共3层地下室，基底埋深17.9m。结构在5个口字形的16个交点位置的交通核设置了钢板剪力墙筒体，筒体轴线尺寸12m×12m，每两个筒体之间设置两榀单跨框架，框架柱采用直径1.5m的钢管混凝土柱，柱间跨度12~27m，27m跨框架梁相关范围的楼面设置了调谐质量阻尼器（TMD）。12层以上建筑平面仅剩下中央口字形，且沿Y向的两边框架柱无法升起，结构在16层设置了整层的4榀桁架，吊挂14层和15层楼板，跨度51m。南北主入口玻璃幕墙尺寸高达40m，宽40m。

图2 楼层透视关系图

02 建筑特点及结构体系与布置

建筑平面呈5个“口”字形，且5个口字形平面在中央口字形的4个角部重叠相接。中央口字形4个角部的4个竖向筒体将这5个口字形结构“串”为一体，这4个筒体成为5个口字形平面的竖向连接体。

建筑平面从楼层关系上每四层为一个体系（X向对应南北方向，长度约244mm；Y向对应东西方向，长度约181mm），2~5层为两个沿着Y向放置的“M”形，6~9层的两个“M”形绕整体建筑形心旋转90º，呈两个沿着X向放置的“M”形，10~13层再次绕整体建筑形心旋转90º，成为两个沿Y向放置的“M”形，如图3、图4所示。

这样的平面形态使中央口字形的4个角部筒体位置每隔4层形成一个大错层，中央4个筒体既是5个口字形结构的竖向连接体，还存在两个错层部位，受力特别复杂。

图3 2~5层和10~13层结构平面布置图

图4 6~9层结构平面布置图

16个筒体之间的连接水平构件——框架梁，其截面与筒体截面存在数量级的差距，梁对筒体的约束作用，即使是刚性连接也微不足道，因此，基本上是16个筒体独立承受水平荷载，抗弯刚度也基本为16个筒体抗弯刚度的代数和。但与剪力墙结构相比，本工程筒体形不成整体受力体系，总刚度相对偏小。同时，每两个筒体之间只有两榀单跨框架，抗侧刚度很小。

所以，此结构既不是传统意义的典型框架-剪力墙结构体系，也不是剪力墙结构体系，是比较独特的由刚度相对较大的16个巨型柱（或称之为筒体）组成的排架体系，整体结构体系如图5所示。整体变形以弯曲型为主，每个巨型柱（筒体）受到的水平荷载引起的弯矩较大，竖向荷载产生的压力偏小，类似受弯构件。

图5 整体结构体系

建筑平面的角部口字形单元由4个筒体及其之间的两榀单跨框架（4根框架柱）组成，每个角部单元（图6）靠近中央的1个筒体兼做中央单元（图7）的4个筒体之一，并在每两个筒体间布置两榀单跨框架，形成中央单元；16个筒体外轮廓尺寸均为13.8 m×13.8m，采用带边框的钢板剪力墙，钢板剪力墙厚度20~30mm；边框柱采用矩形钢管混凝土柱，主要截面1265×1265×30，内浇C60~C80高强混凝土，边框梁截面H600×300×30×20；框架柱采用大直径钢管混凝土柱，外径1500mm，壁厚40mmm，内浇C60高强混凝土，无支撑最大高度26.3m；钢框架梁最大跨度27m，采用主要截面为口1000×1000×20×30箱形截面。钢板剪力墙材料为Q345C，边框梁柱、钢管混凝土柱和大跨的框架主梁的材料为Q345GJ-C。

图6 角单元

图7 中央单元

结构竖向传力体系由钢板剪力墙的边框梁柱、外径1500mmm圆钢管混凝土柱、钢框架梁组成。水平传力体系由钢板剪力墙筒体与其间钢框架组成，筒体将承担大部分水平作用，框架承担很少。钢板剪力墙设计为仅承担竖向活荷载和水平作用，这需要在施工阶段通过调整安装顺序来实现设计意图，即：先施工边框梁柱和框架形成竖向传力体系，待全楼的楼板全部施工完成后，再将钢板剪力墙与边框梁柱连接。

03 结构体系受力特点及解决措施

3.1 结构体系受力特点

（1）周边4个口字形平面与中央的口字形平面依靠中央4个筒体竖向连接，平面内连接刚度很弱。4个周边单元和中央单元在地震作用下将各自相对独立地振动，整体性较差。同时这种连接方式使中央4个筒体受力复杂，以整体弯扭受力为主。

（2）框架柱数量较少，且其与梁形成的框架抗弯刚度在整个结构中占比非常小，基本不复合典型的框架-剪力墙结构体系的受力特点，因此不能够称为框架-剪力墙（筒体）结构，也不应该按照框架-剪力墙（筒体）结构的有关经验和规定进行设计。

（3）周边12个筒体由于抗弯刚度大，承担的水平荷载大，倾覆力矩大，但承担的竖向荷载却小，轴向压力小，筒体接近受弯构件，在小震作用下筒体就出现较大拉力。

（4）筒体由于位于建筑平面的转角处，所以承担的竖向荷载相对比较小。但截面面积较大，使其抗侧刚度较大。框架柱位于建筑平面中部，承担的竖向荷载相对比较大，但单跨框架的抗侧刚度很小。这种结构布置方式会形成楼层惯性力水平作用与提供主要抗侧刚度的构件位置相距较远，需要通过水平构件转换传递，增加了水平构件的面内内力。

（5）框架部分虽然因为抗侧刚度小，承担的水平作用有限。但由于本工程特殊的建筑平面空间布局，会在多处形成26.3m高的穿层柱。此部分框架结构的整体稳定性是设计重点之一。

（6）27m跨的框架梁高度仅有1000mm，楼板舒适度不采取特殊措施难以满足使用要求。

（7）12层以上建筑平面仅剩下中央口字形，且沿Y向的两边框架柱无法升起，口字形在Y向的两边形成了51m的大跨。

（8）建筑南北侧主入口玻璃幕墙尺寸达40m宽，60m高。建筑方案幕墙龙骨为竖条形，限制幕墙龙骨的宽度不能超过120mm。

3.2 应对措施

（1）针对5个口字形分部相互之间连接较弱，在地震作用下各自相对独立振动的特点。本工程按照整体模型、周边分体模型、中央分体模型分别进行计算分析比较，使结构整体和分部都能适应各自的受力状态。

（2）分析结构体系各部位主要构件的受力与变形特点，采用性能化抗震设计方法，对结构关键部位、耗能部位和一般部位的构件设置不同的性能目标，采用小震规范和中震弹性取包络的方法对构件进行设计。并针对这些目标进行罕遇地震作用下弹塑性分析以验证整体结构和构件的抗震性能达到或优于性能目标。

（3）筒体是本工程最重要的抗侧力构件，针对中央4个筒体为5个口字形分部的竖向连接体而受力复杂和周边12个筒体在小震下就出现较大拉力的情况，16个筒体采用带边框的钢板剪力墙，提高筒体的整体抗弯扭能力和抗拉、抗压承载力。从组焊次序和焊缝要求上采取措施保证钢板剪力墙筒体的整体性。提高筒体的性能目标，达到大震不屈服，地上筒体的抗震等级采用一级，保证结构整体抗侧能力。

（4）中央4个筒体的边框柱内浇筑C80混凝土，保证边框柱竖向承载力。为满足复杂受力情况下较大的内力，这4个筒体的钢板剪力墙厚度从底到顶保持30mm不变，以保证钢板剪力墙的抗剪和抗扭承载力。

（5）水平框架梁刚度较小，难以对筒体起到有效约束作用，主要承担竖向荷载，梁与筒体的连接按照铰接设置，以方便构造处理与施工。

（6）分析楼板平面内受力，提高筒体间楼板的通长钢筋配筋率，并增设楼面水平钢支撑，保证楼板在大震下的传力性能，同时减小穿层框架柱的水平变形，保证其稳定承载力。

（7）横纵向连体结构受力复杂，地震作用下结构受力与变形计算结果准确度降低，需提高侧移控制标准，小震控制最大层间位移角不超过1/350，大震控制最大层间位移角不超过1/70，减小穿层柱在侧移下的P-Δ效应，保证其稳定性。地上框架抗震等级采用一级。

（8）对于27m跨的梁板，根据楼层的自振频率，在振动较大的位置设置调谐质量阻尼器（TMD），使楼板的振动加速度满足使用要求。

（9）结构在16层设置了整层（5m高）的4榀平面桁架，吊挂14层和15层楼板。14层和15层的吊柱截面无法满足地震作用下抗弯承载力的要求，通过采用抗震球铰支座与桁架下弦进行连接的方式加以解决。

（10）针对建筑南北侧主入口的高大幕墙，进行专项风洞试验。并根据风洞试验的结果，设计了120x400的竖向钢龙骨，龙骨间距1.5m。在20m和40m标高处，结合人行天桥作为钢龙骨强轴的侧向支撑。在弱轴方向，沿高度每隔5m设置两根钢系杆，保证龙骨沿绕弱轴的稳定性。

04 结论

（1）本工程由于建筑体型和平面布局需求，存在楼板凹凸不规则、错层、连体、体型收进等不规则情况。根据建筑特点结构体系采用了带边框的钢板剪力墙筒体排架体系。

（2）5个口字形单元相互连接较弱，地震作用下相对独立振动；16个筒体承担大部分的地震作用，钢框架承受的地震作用很小；中央4个筒体受力复杂；周边12个筒体承受拉力较大；局部穿层框架柱计算长度很大等。根据这些受力特点，在设计中分别有针对性地采取相应的结构措施。

（3）采用基于性能的抗震设计方法对结构进行计算分析，并根据构件的重要程度采用不同的性能目标。通过小震反应谱弹性分析和弹性时程分析、中震弹性分析以及大震弹塑性分析可知，结构整体和构件的抗震性能均能达到设计的预期目标。设计较好地解决了本工程的难点问题，结构安全可靠。

05 现场施工照片

本文为“建筑结构杂志社”头条号原创文章，部分内容来源于中国建筑公众号，已获授权转载。

欢迎分享转发；未经作者及本刊授权，请勿官方转载。

============================

《建筑结构》杂志是国内结构设计专业影响力最大的杂志，创刊于1971年，隶属于中国建筑设计研究院，历届核心期刊评比中均名列前茅。官网：www.buildingstructure.cn。