亞投行總部大樓
亞投行項目總建築面積39萬平方米，整體用鋼量11萬噸，相當於兩個“鳥巢”外部鋼結構用量。
作為國家“一帶一路”倡議建設的重點工程，亞投行總部大樓都有哪些“玄機”呢？
一起來看看吧！
美！形似魯班鎖
作為首個由中國倡議成立的政府間多邊開發機構，亞投行自誕生之日起，便受到了廣泛關注。
亞投行總部大樓的設計啟動國際徵集，最終，以“魯班鎖”為設計理念，從高空俯視為“中國結”造型，寓意“中國結、連接世界”的方案，從國內外眾多應徵方案中脫穎而出。
九個採光庭院的佈局與周禮《考工記》所記載的古典營造哲學
既有重簷、疊梁等獨具匠心的中國元素，又兼具現代建築美學，濃厚的中國特色和國際風尚完美融合。
以簡潔優雅、雋永經典的建築風格，締造低調、謙遜、莊重的地標。
酷！“智能天窗”可自動開合
外觀如此漂亮，那麼功能如何呢？
亞投行總部大樓內部自然畫廊環繞，全年恆溫恆溼。
80米高的挑空大廳、7個採光中庭，所有工作區都能享受，最為均衡的自然採光和開闊視野空間。
10處空中花園，分別種植熱帶、亞熱帶植物，營造出綠色多元複合活力商務空間。
不止如此，大樓智能天窗可根據溫度、風速、雨量等條件自動開合，實現通風與室溫控制。
樓內的溫度、溼度、PM2.5值等，也可實現分區調控。在這樣的環境中辦公，舒適度MAX！
贊！誤差不超過1毫米
亞投行總部大樓內，一根根清水混凝土柱平滑優美，如果不是親眼所見，你可能不會相信：
這些高24米直徑1.5米的圓鋼管柱外側，都包裹著一層12.5釐米厚的混凝土，這在國內還是第一次。
還有超1400噸下託式幕牆高精度安裝，也是建設過程中的一大“攔路虎”。玻璃安裝誤差不能超過1毫米，又是一個世界級難題。
看到這麼漂亮的實景圖，就知道項目團隊肯定是已經攻克了這一難關。
暖！藏起來的遮陽設施
亞投行總部大樓外立面採用的是氣候主動性雙層幕牆，遮陽設施不暴露在外，
而是“藏”在雙層幕牆的玻璃腔體內，由鏤刻有中國特色圖案的豎向百葉構成，
不仔細觀察，可能都發現不了它的“痕跡”。
外窗設計
日照採光設計圖
雙層幕牆系統可不止能“捉迷藏”，它還允許大面積的通透性，可以為辦公提供最好的自然採光效果，減少人工照明使用。
奇！讓自然元素“聽指揮”
亞投行總部大樓在設計階段，就高度重視打造綠色建築，讓風、水等自然元素“聽指揮”。
在過渡季節，冷機可以根據空氣焓值，變“新風比”運行，實現“免費供冷”。
新風設計圖
建立水資源的再生及利用系統，採用中水回用系統，沖洗地庫等用水均來自於中水處理站，實現汙水再利用，並在處理達標後排入市政排水管。
採用變流量系統，可以根據負荷大小調整生活水量及給水設備運行臺數，使給水系統在部分負荷下，保證高效運行，減少能耗。
大樓的玄機看過了，那麼作為結構工程師的我們，當然要了解這麼炫酷的大樓的結構是如何設計的。下面我們一起來學習一下。（以下內容由清華大學建築設計研究院有限公司供稿）
01 工程概況
亞投行總部永久辦公用房（圖1,2）項目位於北京市中軸線上，位置優越，是奧林匹克公園地區核心建築物之一。北隔科薈路與奧林匹克森林公園相望，東鄰奧運觀光塔，向南與“水立方”、中國國家體育館、中國國家會議中心等標誌性建築連為一體。
建築平面呈五個“口”字形，存在樓板凹凸不規則、錯層、連體（豎向連體）、體型收進等多類不規則情況。主體結構採用帶邊框的鋼板剪力牆多筒體排架結構體系。
圖1 建築效果圖
本項目用地面積約61160m²，總建築面積389972m²，其中地上建築面積256872m²，地下建築面積133100m²。平面投影呈“中國結”形狀（由5個口字組成），南北向長244m，東西向寬181m，地面以上立面分為兩個梯度：其中外圍“4個口”結構12層，高60m；中間“1個口”結構16層，高80m。
地上建築主要功能為辦公。地下共3層地下室，基底埋深17.9m。結構在5個口字形的16個交點位置的交通核設置了鋼板剪力牆筒體，筒體軸線尺寸12m×12m，每兩個筒體之間設置兩榀單跨框架，框架柱採用直徑1.5m的鋼管混凝土柱，柱間跨度12~27m，27m跨框架樑相關範圍的樓面設置了調諧質量阻尼器（TMD）。12層以上建築平面僅剩下中央口字形，且沿Y向的兩邊框架柱無法升起，結構在16層設置了整層的4榀桁架，吊掛14層和15層樓板，跨度51m。南北主入口玻璃幕牆尺寸高達40m，寬40m。
圖2 樓層透視關係圖
02 建築特點及結構體系與佈置
建築平面呈5個“口”字形，且5個口字形平面在中央口字形的4個角部重疊相接。中央口字形4個角部的4個豎向筒體將這5個口字形結構“串”為一體，這4個筒體成為5個口字形平面的豎向連接體。
建築平面從樓層關係上每四層為一個體系（X向對應南北方向，長度約244mm；Y向對應東西方向，長度約181mm），2~5層為兩個沿著Y向放置的“M”形，6~9層的兩個“M”形繞整體建築形心旋轉90º，呈兩個沿著X向放置的“M”形，10~13層再次繞整體建築形心旋轉90º，成為兩個沿Y向放置的“M”形，如圖3、圖4所示。
這樣的平面形態使中央口字形的4個角部筒體位置每隔4層形成一個大錯層，中央4個筒體既是5個口字形結構的豎向連接體，還存在兩個錯層部位，受力特別複雜。
圖3 2~5層和10~13層結構平面佈置圖
圖4 6~9層結構平面佈置圖
16個筒體之間的連接水平構件——框架樑，其截面與筒體截面存在數量級的差距，梁對筒體的約束作用，即使是剛性連接也微不足道，因此，基本上是16個筒體獨立承受水平荷載，抗彎剛度也基本為16個筒體抗彎剛度的代數和。但與剪力牆結構相比，本工程筒體形不成整體受力體系，總剛度相對偏小。同時，每兩個筒體之間只有兩榀單跨框架，抗側剛度很小。
所以，此結構既不是傳統意義的典型框架-剪力牆結構體系，也不是剪力牆結構體系，是比較獨特的由剛度相對較大的16個巨型柱（或稱之為筒體）組成的排架體系，整體結構體系如圖5所示。整體變形以彎曲型為主，每個巨型柱（筒體）受到的水平荷載引起的彎矩較大，豎向荷載產生的壓力偏小，類似受彎構件。
圖5 整體結構體系
建築平面的角部口字形單元由4個筒體及其之間的兩榀單跨框架（4根框架柱）組成，每個角部單元（圖6）靠近中央的1個筒體兼做中央單元（圖7）的4個筒體之一，並在每兩個筒體間佈置兩榀單跨框架，形成中央單元；16個筒體外輪廓尺寸均為13.8 m×13.8m，採用帶邊框的鋼板剪力牆，鋼板剪力牆厚度20~30mm；邊框柱採用矩形鋼管混凝土柱，主要截面1265×1265×30，內澆C60~C80高強混凝土，邊框梁截面H600×300×30×20；框架柱採用大直徑鋼管混凝土柱，外徑1500mm，壁厚40mmm，內澆C60高強混凝土，無支撐最大高度26.3m；鋼框架樑最大跨度27m，採用主要截面為口1000×1000×20×30箱形截面。鋼板剪力牆材料為Q345C，邊框樑柱、鋼管混凝土柱和大跨的框架主樑的材料為Q345GJ-C。
圖6 角單元
圖7 中央單元
結構豎向傳力體系由鋼板剪力牆的邊框樑柱、外徑1500mmm圓鋼管混凝土柱、鋼框架樑組成。水平傳力體系由鋼板剪力牆筒體與其間鋼框架組成，筒體將承擔大部分水平作用，框架承擔很少。鋼板剪力牆設計為僅承擔豎向活荷載和水平作用，這需要在施工階段通過調整安裝順序來實現設計意圖，即：先施工邊框樑柱和框架形成豎向傳力體系，待全樓的樓板全部施工完成後，再將鋼板剪力牆與邊框樑柱連接。
03 結構體系受力特點及解決措施
3.1 結構體系受力特點
（1）周邊4個口字形平面與中央的口字形平面依靠中央4個筒體豎向連接，平面內連接剛度很弱。4個周邊單元和中央單元在地震作用下將各自相對獨立地振動，整體性較差。同時這種連接方式使中央4個筒體受力複雜，以整體彎扭受力為主。
（2）框架柱數量較少，且其與梁形成的框架抗彎剛度在整個結構中佔比非常小，基本不復合典型的框架-剪力牆結構體系的受力特點，因此不能夠稱為框架-剪力牆（筒體）結構，也不應該按照框架-剪力牆（筒體）結構的有關經驗和規定進行設計。
（3）周邊12個筒體由於抗彎剛度大，承擔的水平荷載大，傾覆力矩大，但承擔的豎向荷載卻小，軸向壓力小，筒體接近受彎構件，在小震作用下筒體就出現較大拉力。
（4）筒體由於位於建築平面的轉角處，所以承擔的豎向荷載相對比較小。但截面面積較大，使其抗側剛度較大。框架柱位於建築平面中部，承擔的豎向荷載相對比較大，但單跨框架的抗側剛度很小。這種結構佈置方式會形成樓層慣性力水平作用與提供主要抗側剛度的構件位置相距較遠，需要通過水平構件轉換傳遞，增加了水平構件的面內內力。
（5）框架部分雖然因為抗側剛度小，承擔的水平作用有限。但由於本工程特殊的建築平面空間佈局，會在多處形成26.3m高的穿層柱。此部分框架結構的整體穩定性是設計重點之一。
（6）27m跨的框架樑高度僅有1000mm，樓板舒適度不採取特殊措施難以滿足使用要求。
（7）12層以上建築平面僅剩下中央口字形，且沿Y向的兩邊框架柱無法升起，口字形在Y向的兩邊形成了51m的大跨。
（8）建築南北側主入口玻璃幕牆尺寸達40m寬，60m高。建築方案幕牆龍骨為豎條形，限制幕牆龍骨的寬度不能超過120mm。
3.2 應對措施
（1）針對5個口字形分部相互之間連接較弱，在地震作用下各自相對獨立振動的特點。本工程按照整體模型、周邊分體模型、中央分體模型分別進行計算分析比較，使結構整體和分部都能適應各自的受力狀態。
（2）分析結構體系各部位主要構件的受力與變形特點，採用性能化抗震設計方法，對結構關鍵部位、耗能部位和一般部位的構件設置不同的性能目標，採用小震規範和中震彈性取包絡的方法對構件進行設計。並針對這些目標進行罕遇地震作用下彈塑性分析以驗證整體結構和構件的抗震性能達到或優於性能目標。
（3）筒體是本工程最重要的抗側力構件，針對中央4個筒體為5個口字形分部的豎向連接體而受力複雜和周邊12個筒體在小震下就出現較大拉力的情況，16個筒體採用帶邊框的鋼板剪力牆，提高筒體的整體抗彎扭能力和抗拉、抗壓承載力。從組焊次序和焊縫要求上採取措施保證鋼板剪力牆筒體的整體性。提高筒體的性能目標，達到大震不屈服，地上筒體的抗震等級採用一級，保證結構整體抗側能力。
（4）中央4個筒體的邊框柱內澆築C80混凝土，保證邊框柱豎向承載力。為滿足複雜受力情況下較大的內力，這4個筒體的鋼板剪力牆厚度從底到頂保持30mm不變，以保證鋼板剪力牆的抗剪和抗扭承載力。
（5）水平框架樑剛度較小，難以對筒體起到有效約束作用，主要承擔豎向荷載，梁與筒體的連接按照鉸接設置，以方便構造處理與施工。
（6）分析樓板平面內受力，提高筒體間樓板的通長鋼筋配筋率，並增設樓面水平鋼支撐，保證樓板在大震下的傳力性能，同時減小穿層框架柱的水平變形，保證其穩定承載力。
（7）橫縱向連體結構受力複雜，地震作用下結構受力與變形計算結果準確度降低，需提高側移控制標準，小震控制最大層間位移角不超過1/350，大震控制最大層間位移角不超過1/70，減小穿層柱在側移下的P-Δ效應，保證其穩定性。地上框架抗震等級採用一級。
（8）對於27m跨的梁板，根據樓層的自振頻率，在振動較大的位置設置調諧質量阻尼器（TMD），使樓板的振動加速度滿足使用要求。
（9）結構在16層設置了整層（5m高）的4榀平面桁架，吊掛14層和15層樓板。14層和15層的吊柱截面無法滿足地震作用下抗彎承載力的要求，通過採用抗震球鉸支座與桁架下弦進行連接的方式加以解決。
（10）針對建築南北側主入口的高大幕牆，進行專項風洞試驗。並根據風洞試驗的結果，設計了120x400的豎向鋼龍骨，龍骨間距1.5m。在20m和40m標高處，結合人行天橋作為鋼龍骨強軸的側向支撐。在弱軸方向，沿高度每隔5m設置兩根鋼系杆，保證龍骨沿繞弱軸的穩定性。
04 結論
（1）本工程由於建築體型和平面佈局需求，存在樓板凹凸不規則、錯層、連體、體型收進等不規則情況。根據建築特點結構體系採用了帶邊框的鋼板剪力牆筒體排架體系。
（2）5個口字形單元相互連接較弱，地震作用下相對獨立振動；16個筒體承擔大部分的地震作用，鋼框架承受的地震作用很小；中央4個筒體受力複雜；周邊12個筒體承受拉力較大；局部穿層框架柱計算長度很大等。根據這些受力特點，在設計中分別有針對性地採取相應的結構措施。
（3）採用基於性能的抗震設計方法對結構進行計算分析，並根據構件的重要程度採用不同的性能目標。通過小震反應譜彈性分析和彈性時程分析、中震彈性分析以及大震彈塑性分析可知，結構整體和構件的抗震性能均能達到設計的預期目標。設計較好地解決了本工程的難點問題，結構安全可靠。
05 現場施工照片
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