创造纪录的钢板剪力墙结构

津塔是天津市新的地标式建筑，高336.9米。津塔为全钢结构超高层建筑（包括柱、梁、电梯井、楼梯等），由全球知名建筑设计商美国SOM公司承担结构设计。外形设计吸收了中国传统元素，呈风帆造型，塔基略小，中部稍大，上部逐层收缩，而外部的玻璃幕墙运用纵向多折面的折纸造型，使得形体庞大的超高层建筑视觉效果看上去显得格外轻盈而秀美，从而削减了超大建筑体量的沉重感。整体建筑为筒中筒结构形式，由内侧核心筒与外筒组成，核心筒与外筒间以钢梁相连接成为层间地面，而核心筒则由若干电梯井及薄型钢板剪力墙组成。大厦分70个标准层与4个桁架层组成，每个桁架层暗含一个设备层，每隔十四层设一个加装斜向支撑的桁架层（亦称为桁架区），用以加固自身结构。建筑整体的钢构件多达27000余件，包括柱、梁、薄型钢板剪力墙、外部装饰件及钢楼梯等。最重的单体构建（核心筒立柱）重达48.5吨，由中建一局集团承担结构施工。津塔写字楼在工程建设上创造了四个第一：钢板剪力墙结构的世界第一高楼；其配置的双层轿厢电梯系统为天津首例；玻璃幕墙与主体结构同步安装为天津建筑业首例；308米的观光大厅是目前天津最高的观景点。

津塔（天津环球金融中心）不仅是天津新城市地标建筑，也是钢板剪力墙结构的世界第一高楼，这在世界超高层建筑史上尚属首例。

然而，明艳的光环背后往往是艰辛的探索。当上海华东建筑设计研究院接到津塔的设计标的时，也接受了一项挑战。项目突破在于两点：一是在国内没有钢板剪力墙结构的建筑规范情况下设计和应用这个体系；二是用该体系打造超高层建筑。

津塔是一座典型的纯钢结构超高层建筑，高336.9米，用钢量为6.5万吨，从地下4层至地上53层均采用核心筒钢板剪力墙体系。

钢板剪力墙结构是20世纪70年代发展起来的一种新型抗侧力结构体系。钢板剪力墙单元由内嵌钢板和竖向边缘构件(柱或竖向加劲肋)、水平边缘构件(梁或水平加劲肋)构成。当钢板沿结构某跨自上而下连续布置时，即形成钢板剪力墙体系。钢板剪力墙作为新型抗侧力构件，具有较大的弹性初始刚度、大变形能力和良好的塑性性能、稳定的滞回特性等。

到目前为止，世界上采用钢板剪力墙作为抗侧力结构的建筑已达数十幢，主要分布于北美和日本等高烈度地震区。我国在《高层民用建筑钢结构技术规程》中，明确了钢板剪力墙的计算准则和方法，其设计角度是从避免钢板发生屈曲破坏切入的，即以弹性屈曲强度作为钢板剪力墙的设计极限状态，没有利用钢板弹性局部屈曲后强度，通常称之为厚钢板剪力墙。而厚钢板剪力墙用钢量大成本较高，发展受到一定限制。

津塔整体建筑为筒中筒结构形式，由内侧核心筒与外筒组成，核心筒开间较大，钢板剪力墙的宽厚比也较大，采用厚钢板剪力墙理念进行设计，成本将大幅度上升。因此，津塔办公楼采用的是目前国际上比较流行的钢板剪力墙设计理念。

钢板剪力墙结构具有几个突出特点，首先是可提高建筑的承载力，大约可提高30%，有效地降低了楼体的自重，抗震性能好；其次是钢板剪力墙不用承受竖向重力荷载，与混凝土剪力墙相比，在核心筒和外框筒间能为大楼省出更大的使用空间；再次是最高可承受30.5米/秒的风压和相当于2500年一遇的罕遇地震烈度。

鉴于津塔336.9米的高度，为了使建筑安全可靠，设计院参照了美国以及欧洲的标准规范，对各个技术环节进行了反复比对。津塔的柱、梁、薄型钢板剪力墙、外部装饰件、钢楼梯等钢构件多达2.7万余件。其中，钢柱直径一般为1.6~1.7米，约20~30吨，最重的则达60吨，最重的单体构建（核心筒立柱）达48.5吨；桁架斜撑板厚为60~90毫米；标准层钢板剪力墙高3.6米，宽3.3~7米，也就是说，单片标准层钢板剪力墙的焊缝长度将达20.8米。如此“大块头”的钢构件，无论是加工、运输，还是安装、焊接都需要很高的技术。

此外，钢板剪力墙与核心筒柱连接方式为安装螺栓+焊接，单块单侧安装螺栓为30颗，要求施工测量精度高，最厚钢板为100毫米，比其他钢构件的焊接难度都大。一些建筑也有用钢板剪力墙体系的，但大部分都是栓结完之后直接外包混凝土。像津塔写字楼这样的钢板剪力墙，无论是其连接方式，还是其高度，在国际超高层建筑上都是首例。

为了解决这些难题，津塔采用桩筏基础，结构形式为钢管混凝土柱框架+核心钢板剪力墙体系+外伸钢臂抗侧力体系，也称作“筒中筒结构形式”，“筒”其实也就是一根根直径在1.6~1.7米之间的钢管，地下57根，地上53根，分核心筒与外框筒两种。考虑到加工运输及施工条件的限制，基本按照每3层楼(12.5米)1节钢管进行分段安装焊接。核心筒与外框筒间以钢梁相连接成为层间地面，采用压型钢板组合楼板；核心筒钢板剪力墙由钢管(内灌混凝土)及薄型钢板剪力墙等组成。

除了技术的挑战外，建筑的设计方案还需要满足开发商的需求。在美国，钢板剪力墙体系是在结构封顶以后进行安装的，以避免其不受竖向压力的影响。如果按照这一设计手法执行，津塔的竣工时间将推后两年。

这一时间表被开发商否决。经过激烈的讨论，设计院最终提出了“给钢板剪力墙体系加热”的操作手法。结论是：钢板剪力墙体系在地震的作用下会摇晃，加热后，其晃动幅度会减小，其原理如同水中浮木一样，避免了竖向压力的影响。

通过一些创新和突破，很好地解决了技术上的难题。这一方案的实施，加上中建一局强大的施工能力，创造了两天一层的建设速度，成为国内外超高层建设速度之最。