建筑结构丨全面解读528米北京第一高楼——'中国尊'大厦设计及施工

2024年4月26日发(作者：瞿昂然)

建筑结构丨全面解读528米北京第一高楼——＇中国尊＇大厦设计及施工

项目概况

中国尊大厦位于北京市朝阳区东三环北京商务中心区（CBD）核心区Z15地块，建筑

面积约43.7万m2（地上约35万m2，地下约8.7万m2）。主要建筑功能为办公、观光

和商业。该塔楼地上108层，地下7层(局部设夹层)，建筑高度528m，外轮廓尺寸从底

部的78m×78m向上渐收紧至54m×54m，再向上渐放大至顶部的59m×59m，似古代

酒器“樽”而得名。中国尊将是继北京国贸三期A塔楼后北京规划设计并建造的最高建筑

物。中国尊大厦效果图

建设单位：中信和业投资有限公司总体设计单位：北京市建筑设计研究院有限公司合

作设计单位：KPF（建筑）、ARUP（结构）施工总承包单位：中建总公司与中建三局联合

体

项目最新进展

2016年8月17日，全球首部超500米跃层电梯在中国尊大厦中正式投入使用。

针对全球超高层项目施工过程中普遍存在的垂直运输瓶颈问题，该项目采用了跃层电

梯技术。该技术能使正式电梯在结构施工阶段提前使用，电梯机房是可自行爬升的临时机

房，每次跳跃3至5层，即大厦结构核心筒每上升3至5个楼层，电梯机房就向上跳跃一

次，大楼封顶且电梯机房完工后，将电梯曳引机控制柜等机房设备移至最终机房，更换相

应部件后即可转换为正式电梯。电梯运行速度由普通施工电梯的1m/s提升至4m/s，单台

跃层电梯的乘客运力是同规格施工电梯的约12倍，服务楼层将随着土建结构增长而同步

爬升，最大行程将达到500m，将是全球速度最快、行程最大的跃层电梯。相比常规电梯

安装方法完工时间提前约120天。

5月13日开始电梯安装，8月7日安装调试完成，8月10日顺利通过政府部门（北

京市特种设备检测中心）验收。电梯楼层按键密密麻麻

目前，中国尊大厦已施工至70层，高度达333米，正式超越国贸三期的330米，成

为北京第一高楼。而距离其528米的总高度，还有38层的距离。接下来，还将以平均每

3.5天完成一个结构层的速度“疯长”，预计2017年7月30日封顶，2018年10月竣工，

2019年3月交付使用。

隐身在云雾中的中国尊（中）

建筑方案创意

塔楼方案创意是从中国传统礼器“尊”的形体特征中汲取造型的灵感。经过抽象处理

和比例优化，即保持了“尊”形突出独特的弧形效果，又形成了比例上的高雅和秀美。尊，

古之礼器。意为敬奉，起时双手捧至顶，行顶天立地之势。所以以“中国尊”为北京第一

高度建筑的寓意：建筑高耸直入云端，表现出顶天立地之势，与“尊”的表现不谋而合。

而且以“尊”为建筑形态，也有别于北京超高层建筑常见的直线形态。

外形自下而上自然缩小，形成稳重大气的金融形象，同时顶部逐渐放大，享受独在云

端的无限风光，最终形成中部略有收分的双曲线建筑造型，使这一建筑林立在CBD核心区

的摩楼天群中也能明显体现出庄重的东方神韵。结构设计

结构体系及平面布置

本工程主要结构体系由外框筒和核心筒组成，其中外框筒由巨型柱、巨型斜撑、转换

桁架以及次框架组成。

巨型柱位于塔楼角部，贯通至结构顶部，并在各区段分别与转换桁架、巨型斜撑连接。

巨型柱底部截面形状为多边形，中部及上部为矩形，采用多腔钢管混凝土柱。在设备层及

避难层共设置8道转换桁架，其杆件截面采用焊接箱形截面。巨型斜撑沿各区外皮设置，

也为焊接箱形截面。次框架包括重力柱和外环梁，均为焊接H形截面，其仅承担本区重力

荷载，不参与整体抗侧。

结构体系大楼平面基本为方形，底部尺寸约为78m×78m，在大楼的中上部平面尺寸

略为收进，“腰线”最小部位约为结构标高为385m，平面尺寸为54m×54m，向上到顶部

平面尺寸又略为放大，但顶部平面尺寸小于底部平面尺寸，约为69m×69m。

几何尺寸

结构典型平面布置图

巨柱

本项目的巨型柱均采用钢管混凝土柱，第0区为六边形的多腔钢管混凝土巨型柱，与

天津高银117类似。以上各区基本上是矩形钢管混凝土柱，与台北101和深圳京基100

大楼类似。钢管混凝土已经成为一种成熟的施工技术，与钢骨混凝土截面相比，具有不用

模板、避免钢筋锚固的复杂性的优点，同时，钢管与巨型斜撑等钢构件的连接也较为方便，

但需要注意的是需要保证内部混凝土的浇筑质量和组合结构受力的整体性。巨型框架周边

结构空间关系示意图巨柱截面示意

巨型柱布置俯视图

塔冠

结合建筑造型要求，塔冠的结构设计形成“ 内尊” 的整体造型，塔冠建筑效果图及

结构布置示意图如下。在结构分析时应用风洞试验提供的风压系数进行了抗风设计。考虑

高阶振型的不利影响，对于主要塔冠构件的地震内力进行了放大调整。塔冠效果图及结构

布置

巨型外框筒建筑-结构一体化设计

1 巨型外框筒几何控制面的生成中国尊大厦外轮廓的水平截面形状为倒圆角的正方

形，并沿着高度平滑收放，其外完成面几何控制尺寸见下图。巨型外框筒的外控制面采用

分段折面的形式，既可以较好控制巨型外框筒与建筑外完成面的距离，又可降低结构自身

的加工难度。

外完成面几何控制尺寸

2 巨型柱外轮廓的生成巨型柱从基础顶面（-31.3m）至106层（503.2m）的截面

形式根据一定的规则进行变化，其具有三种截面形式：1）7层以下（-31.3～43.15m）为

4根八边形截面，截面面积约为63.9m2；2）7~19层（43.15～98.65m）为8根六边形

截面，截面面积约为19.5～21.3m2；3）19~106层（98.65～503.2m）为8根矩形截面，

截面面积约为19.2～2.56m2。巨型柱共设置12个控制转折标高。

为使结构受力最优，要求12个控制转折标高位置对应的巨型柱截面形心都位于竖直

面γ内，此面与水平或竖直夹角为27°。

巨型柱截面示意

3 转换桁架、巨型斜撑及次框架的生成在确定外框筒外控制面及巨型柱外轮廓后，可

以确定转换桁架、巨型斜撑及次框架等定位。此处控制的目的是各构件之间的连接要做到

平齐对接，避免出现错边，并且方便加工和安装。整个塔楼由8道转换桁架分成了9个区

段，每个区段生成的规则是一致的，不同的只是巨型柱倾斜的程度，仅选取典型区段进行

介绍。

外框筒典型区段示意

转换桁架、巨型斜撑及次框架的外皮均与外框筒外控制面平齐。转换桁架弦杆、巨型

斜撑等构件与巨型柱连接位置均需要设置水平加劲肋，且结合与巨型柱转折标高位置的关

系，转换桁架弦杆的截面形式控制为平行四边形截面，而没有采用常规截面形式。

转换桁架截面生成方案

例如截面尺寸为800×700，表示截面垂直高度为800mm，沿水平向宽度为700mm，

此截面定义规则可认为由相距800mm的一对水平面和平行于巨型柱外控制面、水平距离

（非垂直距离，下同）为700mm的一对斜面，所围区域作为弦杆轮廓尺寸。

转换桁架腹杆的截面定义规则也参照弦杆的截面定义规则，例如截面为900×700的

斜腹杆，由相距900mm平行于腹杆轴线，且都垂直于竖直面的一对斜面和平行于巨型柱

外完成面、水平距离为700mm的另一对斜面，所围区域作为斜腹杆轮廓尺寸。角部桁架

弦杆与腹杆的生成规则与转换桁架的生成规则也基本一致。

巨型斜撑的生成规则与转换桁架腹杆的生成规则类似。略有不同的是转换桁架的斜腹

杆、弦杆与巨型斜撑轴线交点标高与外框筒转折标高不在同一标高（相差半个弦杆高）。为

避开上述问题，巨型斜撑截面生成方案按如下方案进行：例如1 600×900截面，取平行于

巨型斜撑轴线、相距1 600mm且垂直于竖直面的一对斜面，和平行于下轮廓面、水平距

离为900mm的一对斜面，所围区域作为巨型斜撑轮廓尺寸。

巨型斜撑节点定位示意

次框架的空间定位主要以分析重力柱为主。重力柱的定位与幕墙玻璃分格对应，幕墙

分格规则则是以外完成面为基础，按照加强层建筑完成面标高水平剖切出其对应的幕墙轮

廓线，等分为128份，进而得到各层的幕墙分格点。

重力柱中心线定位

然后在外完成面每6个分格点取一格点再投影到转换桁架上弦、下弦中心线上。连接

相邻两道转换桁架上、下弦的交点即为重力柱中心线定位，连接每道转换桁架上、下弦的

交点即为转换桁架竖腹杆中心线定位。在确定重力柱轴线定位之后，以平行于轴向且垂直

于竖直面的一对斜面与平行于外框筒外完成面的一对斜面所围区域作为重力柱外轮廓，重

力柱采用焊接H形截面，以便施工。

整个外框筒结构构件的截面生成规则可以用如下模型进行形象说明：剪切刚度很小而

弯曲刚度很大的结构，在一对水平力作用下，发生剪切变形之后的形状，作为中国尊大厦

外框筒结构的构件截面的主要形式，而确定截面倾斜的程度主要依据各段外框筒外完成面

的倾斜程度。

截面生成原理

基础及地下室

地下6层（局部7 层）,埋深约38ｍ塔楼采用桩筏基础，其下筏板厚度为６.５ｍ，

混凝土强度等级为C50 。为均匀分布巨型柱的巨大重力，结合建筑布局，在巨型柱双向设

置了结构翼墙，塔楼基础平面布置示意如下。塔楼基础结构平面布置示意

为提供足够的承载力并控制沉降，基础筏板下采用钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩径为1m

和1.2m，桩端持力层为卵石/圆砾层，有效桩长为40m 和 45m，混凝土强度等级为C50，

采用桩端桩侧后压浆，单桩承载力特征值分别为14500kN 和16000kN。

本工程桩基础设计使用年限为50年，耐久性100年；建筑桩基设计等级甲级，安全

等级为一级；主要抗震性能目标为桩身强度满足中震弹性和大震不屈服要求。工程桩主要

包括三种类型：位于核心筒和巨型柱下P1型（桩径1 200mm、桩长44.6m）；塔楼下其

他区域P2型（桩径1000mm、桩长40.1m）；塔楼与纯地下室间过渡桩P3型（桩径

1000mm、桩长26.1m，为边缘过渡桩），桩位布置如下。

桩位布置

工程桩P1和P2以第层卵石、圆砾为桩端持力层，要求进入持力层的深度不小于2.5m。

纯地下室部分采用天然地基。所有工程桩均采用桩侧桩端组合后注浆工艺。桩筏基础设计

总体思路：考虑桩筏协同作用，按变形控制条件合理选择桩端持力层，优化设计桩长、桩

径和桩间距。桩基础结构设计计算应考虑上部结构、筏板基础和地基（桩与土）共同作用

分析。经过反复比选，最终将超高层主塔楼与裙房之间的沉降后浇带予以取消，实现了桩

筏基础设计的创新。桩与筏板基础联合变调平设计的构想与技术思路如下所示。

数值分析得出的基底反力在主楼区域约为150kPa；上部结构传递到基础底面的平均

压力值约1200kPa；桩间土承担的荷载约为总荷载的12.5%。

桩筏共同工作示意图

桩与筏板联合变调平设计概化示意图

全部工程基桩施工完成以后，通过单桩静载荷试验进行了工程桩承载力检验，其Q-s

曲线如下图所示。检测结果表明桩基施工质量良好，100%为Ⅰ类桩，为实现设计构想奠定

了坚实的基础。目前已完成全部筏板混凝土浇筑施工。

工程桩Q-s曲线

基坑施工动画

8'42''视频项目之最

8项世界之最在8度抗震设防烈度区建造的世界最高建筑——528m全球超高层建筑

中最高最大的室内观光平台（净高约18m，挑空3层的无柱空间，360°俯瞰北京城）世界

最大截面的多腔体钢管混凝土巨型柱——64㎡双轿厢电梯（观光穿梭电梯OS-01~03）

提升高度全球最大——508m施工用跃层电梯（TX-01）提升高度全球最高——514m，

提升速度最快——4m/s世界房建施工领域承载能力最高、面积最大、智能化程度最高的

顶升钢平台——4800t，1849㎡，12个顶升支点全球地下室最深、层数最多的超高层建

筑全球底座面积最大（6084㎡）的超高层建筑

15项国内之最

国内第一个业主主导，采用EPC一体化管理模式的特大型开发工程国内第一个采用双

总包施工管理的超高层建筑国内超高层项目地下室层数最多：地下7层(局部设夹层)国内

室内空气品质最优的超高层建筑国内高强度钢材（Q390）用量最大、比例最高的建筑国内

民用建筑基坑深度最深：40m国内底板混凝土一次性浇筑方量最大：5.6万m3中国建筑

师主创设计的最高建筑物国内巨柱翼墙厚度之最，墙体厚度最大为2400mm 国内房建领

域直径1200mm旋挖钻孔桩之最：有效桩长达54.6m国内底板首次使用直径40mm，

HRB500级钢筋，超过1.7万t国内最大内灌外包C70自密实混凝土多腔体巨型柱，单个

巨柱截面面积约90m2国内第一个采用“临时/永久”结合消防水系统，实现临时消防与永

久消防的无缝连接国内第一个利用PW协同平台，实现从业主、设计、监理、总包、各专

业分包的全面协同的项目国内第一个利用BIM模型、三维扫描等技术辅助项目管理，从设

计、施工到运维阶段全生命周期的项目

更多该项目设计详情见《建筑结构》杂志2014年20期（10月下）北京市建筑设计

研究院有限公司专刊文章：题目：《中国尊大厦外框筒建筑-结构一体化设计方法》；作者：

齐五辉，宫贞超，常为华，杨蔚彪。