北外滩白玉兰广场抗震送审汇报PPT课件.ppt

北外滩白玉兰广场抗震送审汇报 SOM华东建筑设计研究院有限公司2008 8 SOMECADI 1 可编辑 2 主要内容 1 工程概况2 结构设计条件和参数3 结构体系4 基础设计5 结构超限判别6 超限设计的措施和对策7 超限设计的计算分析论证8 关键构件设计9 动力弹塑性分析 可编辑 3 1 工程概况 可编辑 4 工程概况 可编辑 5 工程概况 可编辑 6 工程概况 上海北外滩白玉兰广场项目地处北外滩的重要位置 将在沿黄浦江地区的开发建设中起到重要的改革作用 这种优越的地理位置为人们到达自然休闲区提供了良好的出入通行系统以及便捷的交通 地块面向黄浦江 在南面是上海港国际客运中心 项目地块南至东大名路 西至旅顺路 北至长治路 东至新建路 可编辑 7 工程概况 本工程包括一座66层319 5米高的办公塔楼 一座39层171 2米高的酒店西楼和一座24层111 2米高的酒店东楼 4层高的裙楼A包括2 4层 包括2层宴会厅 的酒店休闲娱乐层以及首层零售 裙楼B和C均为4层高 形成逐层下降的屋顶露台 包括餐厅 零售 地上总面积为248 577平方米 地下总面积为146 585平方米 319 5米高的办公塔楼有135 972平方米的办公面积 两座酒店塔楼和部分裙楼内的酒店功能 地上面积总计89 252平方米 可编辑 8 工程概况 酒店提供603套客房和辅助服务设施 包括游泳池 宴会厅和会议室 水疗中心 健身中心和特色餐厅等 商业零售地上面积33 145平方米 地下面积37 743平方米 总计零售面积70 888平方米 位于B1层的电影院面积为4 121平方米 共有6个电影院 可编辑 9 工程概况 地下层 塔楼共有地下4层 地下1 2层包括商业零售空间 影院 装卸设施 机械 电气和电话设备空间以及大楼主要进线服务 地下3 4层包括停车场和给排水设备空间 项目B1层在北面与地铁站相连 在南面与上海港国际客运中心相连 在B3 B4地下层共提供了2163个车位 在B1层东面以及B2层西面提供了自行车停放空间 总计可以停放4400辆自行车 机械设备层 避难区 办公楼第3 4 35 36层以及第64 66层为主要机械设备空间 为办公塔楼提供服务 避难区将位于第3 19 35 51层 可编辑 10 2 结构设计条件和参数 中华人民共和国规范 标准和规程上海市地方规范 规程 标准美国规范 标准和规程 上海北外滩白玉兰广场岩土工程勘察报告 详勘 上海北外滩白玉兰广场项目场地地震安全性评价报告 加拿大RowanWilliamsDavies Irwin有限公司 RWDI 完成的 中国上海北外滩白玉兰广场风致结构响应研究最终报告 可编辑 11 结构设计条件和参数 可编辑 12 结构设计条件和参数 可编辑 13 结构设计条件和参数 可编辑 14 规范风荷载与风洞试验风荷载比较 可编辑 15 地震作用反应谱 可编辑 16 3 结构体系 办公塔楼酒店塔楼裙房 可编辑 17 办公塔楼结构体系 可编辑 18 办公塔楼加强层平面 可编辑 19 办公塔楼典型楼层平面 可编辑 20 办公塔楼结构体系 白玉兰广场办公塔楼是一个七十层大楼 包括地面六十六层及地下室四层 塔楼屋顶面高度是297 00m 楼顶环冠高度是319 50m 基于地面层标高为0 00m 结构系统采用内部混凝土核心筒及以钢梁和柱组成的外围抗弯矩框架外加钢外伸桁架及带状桁架的双重系统 塔楼外围共有二十四个外围组合柱 其中有八个组合柱对应连接于由核心筒角落延伸向外的外伸桁架 位于塔楼四个外围角落各有两根柱子使用斜角柱网 其余八个外围组合柱将平均分布在塔楼四边于外伸桁架柱轴线之间 大部分的钢柱和钢梁由热轧宽翼型钢组成 组合柱则由宽翼型钢截面外包钢筋混凝土组成截面 塔楼的高宽比例约为7 4 稍为高于JGJ3 2002高层建筑混凝土结构技术规程第4 2 3章节中建议的最高7 0比例 可编辑 21 办公塔楼结构体系 重力荷载由组合钢梁楼面框架及混凝土金属压型钢板共同承担 通过跨于核心筒及抗弯矩框架之间相对较浅薄的钢梁 设备管道可从梁下而过 无需从梁中穿洞 弯矩桁架需要采用高深钢梁 其可容纳小型穿洞 令有必要的设备通过并到达外墙 重力荷载从各层之楼板传递往内部混凝土核心筒及外围抗弯矩框架 塔楼核心筒之外墙 隔离墙及楼板均使用钢筋混凝土 钢筋混凝土连接梁结合各核心筒之剪力墙 并提供通往机房 楼梯间及电梯的通道 在电梯间开口及机械室隔墙及楼板开洞使用钢筋混凝土梁 楼面钢梁与钢筋混凝土筒体平面交接处使用埋式剪力键钢板及剪立钢板与螺栓的连接 在核心筒外墙个角落设置全高埋设型钢柱连接楼面钢梁 在机械楼层的外伸桁架并埋设于核心筒墙内且与埋设型钢柱连接结合 可编辑 22 酒店较高塔楼 可编辑 23 酒店塔楼结构体系 二个酒店塔楼是由一个四十四层大楼 包括地面四十层及地下室四层 以及一个二十九层大楼 包括地面二十五层及地下室四层 较高酒店塔楼的屋顶面高度是162 70m 楼顶环冠高度是171 70m 较低酒店塔楼的屋顶面高度是103 60m 楼顶环冠高度是111 20m 基于地面层标高为0 00m 对于二个酒店塔楼的结构系统二者均用钢筋混凝土核心筒及外围抗弯矩框架的双重系统 除混凝土核心筒及外围抗弯矩框架之外 较高酒店塔楼另外加有钢外伸桁架及带状桁架 基于高宽比例的限度 使用外加钢外伸桁架及带状桁架对较高酒店塔楼为有效 可编辑 24 酒店塔楼结构体系 在酒店塔楼每层混凝土核心筒外区域使用金属压型组合板及组合钢梁 较高酒店塔楼的高宽比例约为6 4 低于JGJ3 2002高层建筑混凝土结构技术规程第4 2 3章节中建议的最高B级塔楼7 0比例 较低酒店塔楼的高宽比例约为4 1 低于章节中建议的最高A级塔楼6 0比例 可编辑 25 裙楼结构体系 裙楼是一个连接办公塔楼及酒店塔楼的八层建筑 包括地面四层及地下室四层 裙房地基面为42X19柱间隔的平面 柱子在两方面的中心间隔距离为8 5m 裙楼的上部结构系统采用金属压型组合板 组合钢梁及钢柱 裙楼的下部结构系统采用钢筋混凝土双向密肋板及梁柱框架 裙楼抗侧力系统是由上部结构系统的竖向桁架支撑框架及楼板组成 可编辑 26 裙楼结构体系 裙房地面层以上的楼层采用组合钢梁与组合桁架支撑金属压型组合板 标准的地面及地下层楼板分别使用250mm及200mm厚的双向钢筋混凝土板 由钢筋混凝土梁及柱支撑 地下二层楼板面使用300mm厚的双向钢筋混凝土板为塔楼嵌固层的楼板加强层 基本的主钢筋混凝土梁大小为大堂及地面楼层500mm宽1 000mm深 地下楼层500mm宽750mm深 地下室停车场楼层400mm宽及750mm深 可编辑 27 办公塔楼结构材料 可编辑 28 办公塔楼结构材料 可编辑 29 4 基础设计 可编辑 30 基础设计 白玉兰广场的地质条件包含了细粉土 砂土 粘土 及其混合夹层 这些薄弱的土质有需要深桩承托筏板基础 由桩和筏板共同承担荷载 主办公塔楼建筑桩基使用3 5m厚钢筋混凝土筏板及钻孔钢筋混凝土灌注基桩 基桩使用1 000mm直径 采用后注浆的方法以提高单桩竖向承载力 单桩竖向承载力特征值10 000kN 酒店塔楼建筑桩基使用3 0m厚钢筋混凝土筏板及钻孔钢筋混凝土灌注基桩 基桩使用850mm直径 同样采用后注浆的方法以提高单桩竖向承载力 减小沉降 单桩竖向承载力特征值 较高及较低酒店塔楼均为6 700kN 可编辑 31 基础设计 裙楼建筑使用1 0m厚钢筋混凝土筏板及钻孔钢筋混凝土灌注基桩 基桩使用1000mm直径位于柱网上基于逆向开挖施工工艺需求为承载及抗拔基桩 另外 裙楼建筑使用750mm直径具有1300mm直径扩底的钻孔钢筋混凝土抗拔基桩 单桩竖向抗拔力特征值为2 800kN以抵抗水压浮力 地下结构将包括四层地下室 上部结构的钢筋混凝土核心筒系统及主要的钢型组合柱将埋入深至地下室底板 可编辑 32 基础设计 基础墙将是两墙合一 地下室楼面系统将由钢筋混凝土双向板及钢筋混凝土梁柱构成 地面层及以下楼面系统将由钢筋混凝土双向密肋板及梁柱系统构成 在没有地下室的地方 最低层将会是钢筋混凝土地坪 其下为隔气层及压实回填土的粒状填土 最低的地下层和管道设施将有铺面板及排水系统 可编辑 33 5 结构超限判别 办公塔楼酒店A塔楼 可编辑 34 办公塔楼超限情况 高度超限竖向不规平面不规则 可编辑 35 办公塔楼高度超限 建筑高度是造成超限的主要原因 上海白玉兰广场高层办公塔楼 屋面高度297米 结构总高319 5米 由于其采用带有加强层的型钢混凝土柱 钢梁 钢筋混凝土核心筒混合结构体系 根据中国规范 高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3 2002第11 1 2条 抗震设防烈度七度 钢与混凝土混合框架 钢筋混凝土筒体的最高适用高度为190米 所以 结构高度大大超过规范规定的最大适用高度 可编辑 36 办公塔楼竖向不规则 由于办公塔楼高度较大 为了加强结构的侧向刚度 减小核心筒墙厚 在结构中部和顶部设置了两层楼高的伸臂桁架和带状桁架 形成结构中部加强层和顶部加强层 加强层的设置减小了结构在风荷载与地震作用下的侧向位移 不过也由此引起了沿竖向结构抗侧力刚度在加强层附近的突变 造成结构的竖向不规则 伸臂桁架及带状桁架位于办公塔楼的以下位置 35至37层之间64至66层之间 可编辑 37 办公塔楼平面不规则 局部楼层楼板缺失面积大于该楼层面积的30 塔楼二层及三十八层 根据 建筑抗震设计规范 GB50011 2001 3 4 2条规定 构成楼板局部不连续 形成平面不规则 可编辑 38 酒店A超限情况 平面不规则竖向不规则 可编辑 39 酒店A平面不规则 由于核心筒偏心布置 结构的质量中心和刚度中心存在偏离现象 造成结构的层间位移比为1 36 即楼层的最大弹性水平位移大于该楼层两端弹性水平位移平均值的1 2倍 所以成为平面不规则中的扭转不规则 在第5层夹层 楼板开洞面积大于该层楼面面积的30 形成平面不规则中的楼板局部不连续 可编辑 40 酒店A竖向不规则 为了增大结构的抗侧力刚度 减小结构在风荷载与地震作用下的层间位移 在结构顶部设置两层楼高的伸臂桁架和带状桁架 形成加强层 加强层的设置引起了沿竖向结构抗侧力刚度在加强层附近的突变 造成结构的竖向不规则 可编辑 41 酒店A高度较高 此外 根据中国规范 高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3 2002第11 1 2条 抗震设防烈度七度 钢与混凝土混合框架 钢筋混凝土筒体的最高适用高度为190米 酒店A结构总高171 7米 接近高度限值 可编辑 42 6 超限设计的措施及对策 办公塔楼酒店A塔楼 可编辑 43 办公塔楼的超限对策 伸臂桁架和带状桁架的设置弹塑性分析加强的外围框架抗震特一级内力放大系数的采用按照中震不屈服设计抗侧力构件加强的基础设计 可编辑 44 伸臂桁架和带状桁架的设置 两个楼层高的外伸桁架和带状桁架设置在第35层到第37层之间和第64层到第66层 顶层 之间 在规范规定荷载组合下的多遇地震反应谱分析中及在使用荷载组合下 1 0D 1 0L 1 0EQ 的大震反应谱分析中 这些桁架设计保持弹性状态中 外伸桁架和带状桁架确保由核心墙和外围框架构成的抗侧力系统能够得到充分利用 可编辑 45 伸臂桁架和带状桁架的设置 可编辑 46 伸臂桁架和带状桁架控制楼层位移的效果 可编辑 47 伸臂桁架和带状桁架控制楼层位移角的效果 可编辑 48 弹塑性分析 第9章解释了使用软件Perform3D对办公塔楼进行的动态非线性时程分析结果 分析表明 即使在罕遇地震下 建筑基本维持在弹性范围内 除了底层墙体和连梁等特例外 可编辑 49 加强的外围框架 根据规范 此抗力系统要设计承受在1 8倍的最大层间剪力和25 的基底总剪力之间的较小值 在办公塔楼中 抗力系统是外围刚接框架 在加强设计中 柱子设计承受在1 8倍的最大层间剪力和25 的基底总剪力之间的较大值 可编辑 50 抗震特一级内力放大系数的采用 剪力墙的底部加强区 从基础到第7层高度范围 以及加强层与上下两层范围内的抗震墙和型钢混凝土柱采用抗震特一级的内力放大系数 在常遇地震作用下 特一级抗震墙的剪力放大系数为1 9 弯矩放大系数为1 1 可编辑 51 按照中震不屈服设计抗侧力构件 中震不屈服是指采用设防烈度的地震影响系数 不采用构件内力放大系数 荷载分项系数取1 0 材料采用标准值 同时不采用构件承载力抗震调整系数 抗震墙 框架柱 框架梁 外伸桁架和带状桁架等抗侧力构件除进行常遇地震作用设计外 还增加按照中震不屈服设计 可编辑 52 加强的基础设计 基础设计按照能够承受竖向荷载和所有倾覆弯矩来进行 这是个偏于安全的设计措施 可编辑 53 酒店A超限对策 伸臂桁架和带状桁架的设置弹塑性分析抗震特一级内力放大系数的采用 可编辑 54 伸臂桁架和带状桁架的设置 两个楼层高的外伸桁架和带状桁架设置在结构顶部 以增大结构的侧向刚度 减小结构在风荷载与地震作用下的层间位移 外伸桁架和带状桁架确保由核心墙和外围框架构成的抗侧力系统能够得到充分利用 可编辑 55 弹塑性分析 第9章解释了使用软件Perform3D对酒店A塔楼进行的动态非线性时程分析结果 分析表明 在罕遇地震下 结构的层间位移角小于1 100的限值 可编辑 56 抗震特一级内力放大系数的采用 酒店A的核心筒剪力墙和外围框架在加强层及上下两层抗震等级为特一级 其余部位抗震等级取为一级 可编辑 57 7 超限设计的计算及分析论证 办公塔楼酒店A塔楼 可编辑 58 办公塔楼计算分析及结果 计算软件和计算模型结构的动力特性风荷载 地震反应谱及时程分析下的结构位移验算楼层刚度比验算楼层扭转验算地震作用下剪重比验算 可编辑 59 计算软件和计算模型 本分析模型以ETABS9 1 7版本建模 对剪力墙采用壳单元 对梁及柱采用杆单元 每一楼层以刚性楼板横隔 结构分析和设计中考虑了P 效应 可编辑 60 结构动力特性 可编辑 61 结构动力特性 可编辑 62 风荷载 地震反应谱及时程分析下的结构位移验算 规范确定的风荷载小于风洞试验得到的风荷载 而风洞试验对塔楼结构的第一周期很敏感 办公塔楼的第一周期是6 45秒 但是风洞试验风荷载是基于第一周期为7 9秒得到的 因此风洞试验风荷载偏大一些 但是也偏于安全的用于设计 可编辑 63 对结构进行时程分析所采用的地震波 可编辑 64 对结构进行时程分析所采用的地震波 可编辑 65 对结构进行时程分析所采用的地震波 可编辑 66 时程分析地震波转换为反应谱以后和规范及场地反应谱的比较 可编辑 67 弹性时程分析得到的结构底部剪力与反应谱分析的比较见下表 可编辑 68 地震反应谱分析与时程分析和风荷载作用下的结构层间位移角 可编辑 69 地震反应谱分析与时程分析和风荷载作用下的结构层间位移角 可编辑 70 地震反应谱分析与时程分析和风荷载作用下的结构层间位移 可编辑 71 地震反应谱分析与时程分析和风荷载作用下的结构层间位移 可编辑 72 楼层刚度比验算 可编辑 73 楼层扭转验算 在直角荷载的情况下 建筑物的两个端口的位移用作计算扭转位移的比例 等于其中之一末端最大的水平位移除以两端平均的位移 根据规范JGJ3 2002第4 3 5条 在考虑偶然偏心的地震作用下 楼层最大水平位移不应大于该楼层平均值的1 4倍 可编辑 74 楼层扭转验算 X方向最大扭转位移比是1 11 y方向最大扭转位移比是1 14 均小于1 4 满足规范要求 可编辑 75 地震作用下剪重比验算 X方向结构底层剪重比为1 2 y方向结构底层剪重比为1 2 均满足规范要求 可编辑 76 酒店A计算分析及结果 计算软件和计算模型振型和周期结构位移验算结构扭转验算楼层刚度比验算剪重比验算外伸桁架及带状桁架的利用 可编辑 77 计算软件与计算模型 计算机模型采用ETABS分析模型9 1 7版本对建筑上部结构进行静态和动态弹性分析 模型是以地下一层作为基础来考虑实际的刚度 而不是以首层作为基础来考虑刚度 采用重力荷载作为模型中的框架荷载 采用框架构件制作主要重力构件及抗侧力梁和柱的模型 采用相关厚度的壳单元构件模拟剪力墙区域的模型 地震质量计算采用外加荷载与自重的结合 外墙荷载施加在边梁上 荷载组合按照设计规范进行 可编辑 78 振型和周期 可编辑 79 结构位移验算 可编辑 80 结构扭转验算 X方向地震荷载产生的最大的扭转比率为1 36 1 40 可以接受 Y方向地震荷载产生的最大的扭转比率为1 27 1 40 可以接受 可编辑 81 结构扭转验算 可编辑 82 楼层刚度比验算 每层刚度不应小于其上面一层刚度的0 7倍 也不应小于其上面三层平均刚度的0 8倍 楼层刚度定义为楼层剪力除以侧力引起的层间位移 在两个方向上 所有的楼层刚度比率满足规范限值 可编辑 83 X方向刚度比图 可编辑 84 y方向刚度比图 可编辑 85 剪重比验算 可编辑 86 外伸桁架及带状桁架的利用 为了尽量降低在风荷载和地震荷载作用下的建筑位移 在屋顶与塔楼顶部之间采用了9米深的钢外伸桁架 钢外伸桁架将周边柱与钢筋混凝土核心筒结合在一起 除了控制变形与位移之外 它们降低了混凝土核心筒的荷载 这样就导致了相对较薄的墙体 从而减少了建筑体量 带状桁架将来自外伸桁架的荷载均衡分配到周边所有的柱上 保证了统一的柱子尺寸 采用带状桁架系统还有另外一些优势 首先提供了系统内的额外强度 其次柱子间更加均衡的轴向荷载分布减少了混凝土核心筒与周边柱之间的徐变和收缩带来的影响 可编辑 87 外伸桁架及带状桁架的利用 可编辑 88 8 关键构件设计验算 可编辑 89 组合柱设计验算 可编辑 90 组合柱设计验算 可编辑 91 组合柱1设计验算 可编辑 92 组合柱2设计验算 可编辑 93 组合柱3设计验算 可编辑 94 组合柱4设计验算 可编辑 95 组合柱5设计验算 可编辑 96 组合柱6设计验算 可编辑 97 9 动力弹塑性分析 办公塔楼酒店A塔楼 可编辑 98 办公塔楼弹塑性分析 三维结构弹塑性分析软件Perform 3D在每个楼层采用集中质量的方法 同时应用于平移及转动方向 集中质量是从ETABS分析模型档案中办公塔楼中获得的 如设计依据中所述 地震质量采用1 0DL静载 1 0SDL外加静载 0 5LL活载 可编辑 99 办公塔楼弹塑性分析 可编辑 100 钢梁模型 钢梁采用旋转构件模型 该模型假定了钢梁中跨处的一个曲率变化点 是一种合理的钢梁假定 在附件B中显示了该模型数据的推导 FEMA356表5 6中 提供了用于钢梁的塑性旋转量参数 在这个设计阶段 采用以下三种尺寸的钢构件 周边边梁W24x117 616 325 14 21 6 楼层拐角处的钢梁W18x106 476 284 15 23 9 中心梁W21x50 529 166 9 7 13 6 可编辑 101 钢梁模型 可编辑 102 用于塑造弯矩 旋转曲线的弹性材质特性及塑性旋转数据 可编辑 103 钢筋混凝土连梁分析模型 根据FEMA356表6 18 剪力墙连接梁配有斜向对角钢筋的构件具有一个塑性铰链旋转弧度0 03 根据Paulay和Priestley被广泛接受的理论以及附件D中的模拟计算 弹性刚度的材质特性被调整减小 有效剪切面积在断面的两个轴向均取总断面面积的25 抗弯矩模量在断面的两个轴向均取其总断面抗弯矩模量的50 可编辑 104 钢筋混凝土连梁分析模型 可编辑 105 钢筋混凝土连梁在弹塑性分析中的表现 可编辑 106 典型混凝土应力 应变 可