北京第一高樓528米「中國尊」

項目概況

中國尊大廈

中國尊大廈效果圖

建設單位： 中信和業投資有限公司

總體設計單位：北京市建築設計研究院有限公司

合作設計單位：KPF（建築）、ARUP（結構）

施工總承包單位：中建總公司與中建三局聯合體

項目最新進展

2016年8月17日，全球首部超500米躍層電梯在中國尊大廈中正式投入使用。

針對全球超高層項目施工過程中普遍存在的垂直運輸瓶頸問題，該項目採用了躍層電梯技術。該技術能使正式電梯在結構施工階段提前使用，電梯機房是可自行爬升的臨時機房，每次跳躍3至5層，即大廈結構核心筒每上升3至5個樓層，電梯機房就向上跳躍一次，大樓封頂且電梯機房完工後，將電梯曳引機控制櫃等機房設備移至最終機房，更換相應部件後即可轉換為正式電梯。

電梯運行速度由普通施工電梯的1m/s提升至4m/s，單臺躍層電梯的乘客運力是同規格施工電梯的約12倍，服務樓層將隨著土建結構增長而同步爬升，最大行程將達到500m，將是全球速度最快、行程最大的躍層電梯。相比常規電梯安裝方法完工時間提前約120天。

5月13日開始電梯安裝，8月7日安裝調試完成，8月10日順利通過政府部門（北京市特種設備檢測中心）驗收。

電梯樓層按鍵密密麻麻

目前，中國尊大廈已施工至70層，高度達333米，正式超越國貿三期的330米，成為北京第一高樓。而距離其528米的總高度，還有38層的距離。接下來，還將以平均每3.5天完成一個結構層的速度“瘋長”，預計2017年7月30日封頂，2018年10月竣工，2019年3月交付使用。

隱身在雲霧中的中國尊（中）

建築方案創意

塔樓方案創意是從中國傳統禮器“尊”的形體特徵中汲取造型的靈感。經過抽象處理和比例優化，即保持了“尊”形突出獨特的弧形效果，又形成了比例上的高雅和秀美。

尊，古之禮器。意為敬奉，起時雙手捧至頂，行頂天立地之勢。所以以“中國尊”為北京第一高度建築的寓意：建築高聳直入雲端，表現出頂天立地之勢，與“尊”的表現不謀而合。而且以“尊”為建築形態，也有別於北京超高層建築常見的直線形態。

外形自下而上自然縮小，形成穩重大氣的金融形象，同時頂部逐漸放大，享受獨在雲端的無限風光，最終形成中部略有收分的雙曲線建築造型，使這一建築林立在CBD核心區的摩樓天群中也能明顯體現出莊重的東方神韻。

結構設計

結構體系及平面佈置

本工程主要結構體系由外框筒和核心筒組成

巨型柱位於塔樓角部，貫通至結構頂部，並在各區段分別與轉換桁架、巨型斜撐連接。巨型柱底部截面形狀為多邊形，中部及上部為矩形，採用多腔鋼管混凝土柱。在設備層及避難層共設置8道轉換桁架，其杆件截面採用焊接箱形截面。巨型斜撐沿各區外皮設置，也為焊接箱形截面。次框架包括重力柱和外環梁，均為焊接H形截面，其僅承擔本區重力荷載，不參與整體抗側。

結構體系

大樓平面基本為方形，底部尺寸約為78m×78m，在大樓的中上部平面尺寸略為收進，“腰線”最小部位約為結構標高為385m，平面尺寸為54m×54m，向上到頂部平面尺寸又略為放大，但頂部平面尺寸小於底部平面尺寸，約為69m×69m。

幾何尺寸

結構典型平面佈置圖

巨柱

本項目的巨型柱均採用鋼管混凝土柱，第0區為六邊形的多腔鋼管混凝土巨型柱，與天津高銀117類似。以上各區基本上是矩形鋼管混凝土柱，與臺北101和深圳京基100大樓類似。鋼管混凝土已經成為一種成熟的施工技術，與鋼骨混凝土截面相比，具有不用模板、避免鋼筋錨固的複雜性的優點，同時，鋼管與巨型斜撐等鋼構件的連接也較為方便，但需要注意的是需要保證內部混凝土的澆築質量和組合結構受力的整體性。

巨型框架周邊結構空間關係示意圖

巨柱截面示意

巨型柱佈置俯視圖

塔冠

結合建築造型要求，塔冠的結構設計形成“ 內尊” 的整體造型，塔冠建築效果圖及結構佈置示意圖如下。在結構分析時應用風洞試驗提供的風壓係數進行了抗風設計。考慮高階振型的不利影響，對於主要塔冠構件的地震內力進行了放大調整。

塔冠效果圖及結構佈置

巨型外框筒建築-結構一體化設計

1 巨型外框筒幾何控制面的生成

中國尊大廈外輪廓的水平截面形狀為倒圓角的正方形，並沿著高度平滑收放，其外完成面幾何控制尺寸見下圖。巨型外框筒的外控制面採用分段折面的形式，既可以較好控制巨型外框筒與建築外完成面的距離，又可降低結構自身的加工難度。

外完成面幾何控制尺寸

2 巨型柱外輪廓的生成

巨型柱從基礎頂面（-31.3m）至106層（503.2m）的截面形式根據一定的規則進行變化，其具有三種截面形式：1）7層以下（-31.3～43.15m）為4根八邊形截面，截面面積約為63.9m2；2）7~19層（43.15～98.65m）為8根六邊形截面，截面面積約為19.5～21.3m2；3）19~106層（98.65～503.2m）為8根矩形截面，截面面積約為19.2～2.56m2。巨型柱共設置12個控制轉折標高。

為使結構受力最優，要求12個控制轉折標高位置對應的巨型柱截面形心都位於豎直面γ內，此面與水平或豎直夾角為27°。

巨型柱截面示意

3 轉換桁架、巨型斜撐及次框架的生成

在確定外框筒外控制面及巨型柱外輪廓後，可以確定轉換桁架、巨型斜撐及次框架等定位。此處控制的目的是各構件之間的連接要做到平齊對接，避免出現錯邊，並且方便加工和安裝。整個塔樓由8道轉換桁架分成了9個區段，每個區段生成的規則是一致的，不同的只是巨型柱傾斜的程度，僅選取典型區段進行介紹。

外框筒典型區段示意

轉換桁架、巨型斜撐及次框架的外皮均與外框筒外控制面平齊。轉換桁架弦杆、巨型斜撐等構件與巨型柱連接位置均需要設置水平加勁肋，且結合與巨型柱轉折標高位置的關係，轉換桁架弦杆的截面形式控制為平行四邊形截面，而沒有采用常規截面形式。

轉換桁架截面生成方案

例如截面尺寸為800×700，表示截面垂直高度為800mm，沿水平向寬度為700mm，此截面定義規則可認為由相距800mm的一對水平面和平行於巨型柱外控制面、水平距離（非垂直距離，下同）為700mm的一對斜面，所圍區域作為弦杆輪廓尺寸。

轉換桁架腹杆的截面定義規則也參照弦杆的截面定義規則，例如截面為900×700的斜腹杆，由相距900mm平行於腹杆軸線，且都垂直於豎直面的一對斜面和平行於巨型柱外完成面、水平距離為700mm的另一對斜面，所圍區域作為斜腹杆輪廓尺寸。角部桁架弦杆與腹杆的生成規則與轉換桁架的生成規則也基本一致。

巨型斜撐的生成規則與轉換桁架腹杆的生成規則類似。略有不同的是轉換桁架的斜腹杆、弦杆與巨型斜撐軸線交點標高與外框筒轉折標高不在同一標高（相差半個弦杆高）。為避開上述問題，巨型斜撐截面生成方案按如下方案進行：例如1 600×900截面，取平行於巨型斜撐軸線、相距1 600mm且垂直於豎直面的一對斜面，和平行於下輪廓面、水平距離為900mm的一對斜面，所圍區域作為巨型斜撐輪廓尺寸。

巨型斜撐節點定位示意

次框架的空間定位主要以分析重力柱為主。重力柱的定位與幕牆玻璃分格對應，幕牆分格規則則是以外完成面為基礎，按照加強層建築完成面標高水平剖切出其對應的幕牆輪廓線，等分為128份，進而得到各層的幕牆分格點。

重力柱中心線定位

然後在外完成面每6個分格點取一格點再投影到轉換桁架上弦、下弦中心線上。連接相鄰兩道轉換桁架上、下弦的交點即為重力柱中心線定位，連接每道轉換桁架上、下弦的交點即為轉換桁架豎腹杆中心線定位。在確定重力柱軸線定位之後，以平行於軸向且垂直於豎直面的一對斜面與平行於外框筒外完成面的一對斜面所圍區域作為重力柱外輪廓，重力柱採用焊接H形截面，以便施工。

整個外框筒結構構件的截面生成規則可以用如下模型進行形象說明：剪切剛度很小而彎曲剛度很大的結構，在一對水平力作用下，發生剪切變形之後的形狀，作為中國尊大廈外框筒結構的構件截面的主要形式，而確定截面傾斜的程度主要依據各段外框筒外完成面的傾斜程度。

截面生成原理

基礎及地下室

地下6層（局部7 層）,埋深約38ｍ 塔樓採用樁筏基礎，其下筏板厚度為６.５ｍ，混凝土強度等級為C50 。為均勻分佈巨型柱的巨大重力，結合建築佈局，在巨型柱雙向設置了結構翼牆，塔樓基礎平面佈置示意如下 。

塔樓基礎結構平面佈置示意

為提供足夠的承載力並控制沉降，基礎筏板下采用鋼筋混凝土鑽孔灌注樁，樁徑為1m和1.2m，樁端持力層為卵石/圓礫層，有效樁長為40m 和 45m，混凝土強度等級為C50，採用樁端樁側後壓漿，單樁承載力特徵值分別為14500kN 和16000kN。

本工程樁基礎設計使用年限為50年，耐久性100年；建築樁基設計等級甲級，安全等級為一級；主要抗震性能目標為樁身強度滿足中震彈性和大震不屈服要求。工程樁主要包括三種類型：位於核心筒和巨型柱下P1型（樁徑1 200mm、樁長44.6m）；塔樓下其他區域P2型（樁徑1000mm、樁長40.1m）；塔樓與純地下室間過渡樁P3型（樁徑1000mm、樁長26.1m，為邊緣過渡樁），樁位佈置如下。

樁位佈置

工程樁P1和P2以第層卵石、圓礫為樁端持力層，要求進入持力層的深度不小於2.5m。純地下室部分採用天然地基。所有工程樁均採用樁側樁端組合後注漿工藝。

樁筏基礎設計總體思路：考慮樁筏協同作用，按變形控制條件合理選擇樁端持力層，優化設計樁長、樁徑和樁間距。樁基礎結構設計計算應考慮上部結構、筏板基礎和地基（樁與土）共同作用分析。經過反覆比選，最終將超高層主塔樓與裙房之間的沉降後澆帶予以取消，實現了樁筏基礎設計的創新。樁與筏板基礎聯合變調平設計的構想與技術思路如下所示。

數值分析得出的基底反力在主樓區域約為150kPa；上部結構傳遞到基礎底面的平均壓力值約1200kPa；樁間土承擔的荷載約為總荷載的12.5%。

樁筏共同工作示意圖

樁與筏板聯合變調平設計概化示意圖

全部工程基樁施工完成以後，通過單樁靜載荷試驗進行了工程樁承載力檢驗，其Q-s曲線如下圖所示。檢測結果表明樁基施工質量良好，100%為Ⅰ類樁，為實現設計構想奠定了堅實的基礎。目前已完成全部筏板混凝土澆築施工。

工程樁Q-s曲線

基坑施工動畫

8'42''視頻

項目之最

8項世界之最

• 在8度抗震設防烈度區建造的世界最高建築——528m
• 全球超高層建築中最高最大的室內觀光平臺（淨高約18m，挑空3層的無柱空間，360°俯瞰北京城）
• 世界最大截面的多腔體鋼管混凝土巨型柱——64㎡
• 雙轎廂電梯（觀光穿梭電梯OS-01~03）提升高度全球最大——508m
• 施工用躍層電梯（TX-01）提升高度全球最高——514m，提升速度最快——4m/s
• 世界房建施工領域承載能力最高、面積最大、智能化程度最高的頂升鋼平臺——4800t，1849㎡，12個頂升支點
• 全球地下室最深、層數最多的超高層建築
• 全球底座面積最大（6084㎡）的超高層建築

15項國內之最

• 國內第一個業主主導，採用EPC一體化管理模式的特大型開發工程
• 國內第一個採用雙總包施工管理的超高層建築
• 國內超高層項目地下室層數最多：地下7層(局部設夾層)
• 國內室內空氣品質最優的超高層建築
• 國內高強度鋼材（Q390）用量最大、比例最高的建築
• 國內民用建築基坑深度最深：40m
• 國內底板混凝土一次性澆築方量最大：5.6萬m3
• 中國建築師主創設計的最高建築物
• 國內巨柱翼牆厚度之最，牆體厚度最大為2400mm
• 國內房建領域直徑1200mm旋挖鑽孔樁之最：有效樁長達54.6m
• 國內底板首次使用直徑40mm，HRB500級鋼筋，超過1.7萬t
• 國內最大內灌外包C70自密實混凝土多腔體巨型柱，單個巨柱截面面積約90m2
• 國內第一個採用“臨時/永久”結合消防水系統，實現臨時消防與永久消防的無縫連接
• 國內第一個利用PW協同平臺，實現從業主、設計、監理、總包、各專業分包的全面協同的項目
• 國內第一個利用BIM模型、三維掃描等技術輔助項目管理，從設計、施工到運維階段全生命週期的項目

更多該項目設計詳情見《建築結構》雜誌2014年20期（10月下）北京市建築設計研究院有限公司專刊文章：

題目：《中國尊大廈外框筒建築-結構一體化設計方法》；作者：齊五輝，宮貞超，常為華，楊蔚彪。

題目：《中國尊大廈樁筏協同作用計算與設計分析》；作者：孫宏偉,常為華,宮貞超,王媛。

2014年24期（12月下）奧雅納工程顧問專刊文章：

題目：《北京CBD核心區Z15地塊中國尊結構設計和研究》；作者：劉鵬，殷超，程煜，朱巖松，劉允博，吳海，李夏，楊名流，劉浩，李振興。

題目：《結構參數化設計在北京CBD核心區Z15地塊中國尊中的應用》；作者：程煜,劉鵬,Dorothee Citerne,劉允博,馬超,殷超。

2015年18期（9月下）北京市建築設計研究院有限公司專刊文章：

題目：《中國尊大廈內置鋼板支撐混凝土剪力牆設計研究》；作者：齊五輝， 楊蔚彪， 常為華， 宮貞超， 田士川， 李華峰， 紀曉東。

題目：《中國尊大廈巨型柱分叉節點性能研究》；作者：楊蔚彪，宮貞超，常為華，田士川，韓林海，李威。

建築結構訪談丨京城第一高樓“中國尊”結構技術挑戰——訪項目方案和初步設計負責人劉鵬

本文部分素材來源公眾號中建三局、騰訊視頻、築龍網、豆丁施工，《建築結構》雜誌結合本刊內容綜合整理。歡迎個人分享到朋友圈；官方轉載請先後臺留言聯繫授權。

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