上海中心大厦结构设计介绍(精简版)

1、上海中心大厦结构设计介绍 项目概况 建筑设计简介 塔楼结构体系简介 结构设计中的主要弹性分析结果 结构设计中的一些关键问题 上海中心大厦项目选址于中国上海陆家嘴CBD金融区Z3-1地块，位于东泰路以西、花园石桥路以南、银城路以东、陆家嘴环路以北，地块面积约3公顷。 上海中心大厦与金茂大厦、环球金融中心用地相连，在区域总体布局中三者的主要朝向相互错开，避免了对视干扰，也有效保证了各自展示形象的可能。上海中心金茂大厦环球金融中心 n 项目定位 在满足使用功能的前提下，将“上海中心”设计成为满足公众审美层面与专业审美层面的标志性、地标性建筑，成为建筑、人、城市和谐共生的领袖之作n 功能目标 商务活动

2、“中心” 商务交流休憩“中心” 市民休闲娱乐“中心” n 用地面积：30370m2n 容积率：12.51n 地上建筑面积：38万m2n 地下建筑面积：16万m2n 绿化率：30n 建筑密度：45建筑总高度：632m n 建筑设计：Gensler 设计总包设计总包 n 合作设计：同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司 设计咨询及全部施工图设计设计咨询及全部施工图设计n 结构设计：Thornton Tomasetti 方案及初步设计阶段结构设计方案及初步设计阶段结构设计n 机电设计：Cosentini 方案及初步设计阶段机电设计方案及初步设计阶段机电设计 n 景观设计：SWA （美国）n 风洞试验

3、：RWDI、西安大略大学（加拿大）n 工料测量：利比工料测量师事务所n 酒店咨询：HVS （酒店）咨询公司、大班（酒店）咨询公司n 市场咨询：高纬环球公司n 其他提供咨询的公司： 华东建筑设计研究院有限公司 I.DEA 誉德 上海建科院 柏诚（亚洲）有限公司 增德防火技术服务咨询公司 Koopx n 方案设计：2008.62008.11n 初步设计：2008.82009.11n 施工图设计：2008.92010.4n 精装饰设计：2009.12011.5n 施工：2008.11.282014.5n 低区办公及裙房部分试营业：2012.9.30n 全部营业：2014.12.182.1 世界超高层

4、建筑比较2.2 几何特征Zone1Zone2Zone3Zone4Zone8Zone7Zone6Zone52.2 几何特征概况n 建筑高度：632mn 结构高度：574mn 塔楼层数：地下5层，地上124层大楼竖向划分为9个区n 1个裙房商业区n 5个办公区n 2个酒店区n 1个观景区每个区被2层高的设备层分隔n 空调设备n 电力设备n 逃生区域n 电梯设备n 维修保养设备1区:5层商业/会议4区:13层办公9区:3层观景/以上设备层5层地下商业/停车Zone1Zone2Zone3Zone4Zone5Zone6Zone7Zone8Zone92.3 竖向功能布置3区:13层办公5区:14层办公6区

5、:14层办公7区:15层酒店8区:10层酒店+5层精品办公2区:12层办公2.3 竖向功能布置2.3 竖向功能布置2.3 竖向功能布置2.3 竖向功能布置2.3 竖向功能布置Zone1裙房商业区透视图 餐饮餐饮健身健身多功多功能厅能厅艺术艺术展厅展厅便便利利店店前台前台中庭悬挑近14米2.4 平面布置图3.1 抗侧力结构体系巨型框架- 核心筒 伸臂桁架（共6道）伸臂桁架伸臂桁架核心筒核心筒巨型柱巨型柱环带桁架环带桁架外伸臂外伸臂+ + 环带桁架环带桁架环带桁架环带桁架3.塔楼结构体系简介核心筒3.1 抗侧力结构体系3.塔楼结构体系简介核心筒+巨柱3.1 抗侧力结构体系3.塔楼结构体系简介核心筒

6、+巨柱+外伸臂3.1 抗侧力结构体系3.塔楼结构体系简介核心筒+巨柱+外伸臂+箱型空间桁架3.1 抗侧力结构体系3.塔楼结构体系简介结论：n巨柱的布置宜结合建筑布局及结构性能综合确定。主巨柱设置于核心筒内隔墙对应位置，通过伸臂桁架协同抗侧力，可获得相对较大的力臂。n次巨柱主要作用是减小环带桁架跨度，故不设伸臂桁架与核心筒连接，避免伸臂与核心筒角部连接构造的困难。n巨柱采用SRC组合柱，含钢率控制在47。可有效减小巨柱截面，并提高延性。经过多轮结构体系选型分析，并与建筑布局充分协调，确定以下巨柱布置方案3.2 巨型柱15区普通楼层加强层68区普通楼层3.塔楼结构体系简介ZONE68典型平面8根主

7、巨柱ZONE15典型平面8层主巨柱+4根角柱3.2 巨型柱区区段段截面（截面（m）砼砼等级等级含钢率含钢率8主：1.9x2.4C504%7主：2.3x3.3C504%6主：2.5x4.0C604%5主：2.6x4.4C604%角：1.2x4.5C604%4主：2.8x4.6C604%角：1.5x4.8C604%3主：3.0 x4.8C704%角：1.8x4.8C704%2主：3.4x5.0C704%角：2.2x5.0C704%1主：3.7x5.3C705%角：2.4x5.5C704%ZONE68 ZONE9 ZONE14 ZONE56 ZONE78 n上部为十字形布置n中部为切角方形布置n底部

8、为方形布置3.3 核心筒3.3 核心筒3.塔楼结构体系简介区段区段混凝土等级混凝土等级翼墙厚翼墙厚(mm)腹墙厚腹墙厚(mm)翼墙钢板翼墙钢板含钢率含钢率腹墙钢板腹墙钢板含钢率含钢率1C6012009004%(1F3F)3%(4F8F)2%(1F3F)1.5%(4F8F)2C6012009002%(9F13F) 1.5%(9F13F)3C6010008004C608007005C607006506C606006007C606005008C606005003.3 核心筒3.塔楼结构体系简介外伸臂+ 环带桁架环带桁架数量数量5 outriggers6 outriggers6 outriggers8

9、 outriggers位置位置3/5/6/7/81/3/5/6/7/82/4/5/6/7/81/2/3/4/5/6/7/8第一阶周期第一阶周期(s)(s)9.29.159.078.91最大层间位移角最大层间位移角h/501h/500h/496h/492 3.4 伸臂桁架 3.塔楼结构体系简介 位于第位于第2、 4、5、6、7、8区区 外伸臂桁架贯穿核心筒腹墙外伸臂桁架贯穿核心筒腹墙876542 3.4 伸臂桁架 3.塔楼结构体系简介伸臂桁架轴侧图区段区段构件规格（构件规格（mm）OT8H1000 x1000 x90 x90OT7H1000 x1000 x80 x80OT6H1000 x1000

10、 x60 x60OT5H1000 x1600 x100 x100OT4H1000 x1000 x80 x80OT2H1000 x1000 x90 x90OT2OT4OT5OT6OT7OT8伸臂桁架立面图塔楼剖面图 3.4 伸臂桁架 3.塔楼结构体系简介155mm厚组合楼板79mm厚混凝土现浇板76mm厚压型钢板3.5 楼面体系标准层3.塔楼结构体系简介200mm至250mm厚组合楼板设置径向桁架径向桁架径向桁架3.5 楼面体系加强层3.塔楼结构体系简介 约束箱型桁架的扭转 承担悬挑楼层以及外玻璃幕墙荷载876542313.5 楼面体系3.塔楼结构体系简介l采用双层玻璃幕墙l外层玻璃幕墙支撑结构

11、采用轮辐式结构体系双层玻璃幕墙效果图内层玻璃幕墙外层玻璃幕墙中庭3.6 幕墙支撑体系3.塔楼结构体系简介轮辐水平支撑楼板带水平支撑的轮辐结构在各个楼层将幕墙结构的水平风荷载传递到楼板。楼板轮辐结构幕墙体系轴侧图幕墙体系平面图3.6 幕墙支撑体系3.塔楼结构体系简介悬挑钢桁架悬挑钢桁架幕墙结构的自重通过吊杆传递到加强层内的悬挑钢桁架上。吊杆吊杆轮幅轮幅水平支撑水平支撑3.6 幕墙支撑体系3.塔楼结构体系简介3.6 幕墙支撑体系塔冠结构整体轴侧图鳍状竖向桁架皇冠结构支承框架结构轮辐结构3.塔楼结构体系简介l 桩型:钻孔灌注桩（后注浆）l 桩径：1000mml 桩长：核心区56米，扩展区52米l 基

12、础持力层：9-2-1层粉砂l 单桩承载力：10000KN(1000吨)l 承载力取值依据：1）地质勘察报告提供参数计算：11267.41910000kN 2）试桩取得参数计算：1300010000kN3）建筑桩基技术规范计算：11661.610000 4）桩基础选型科技委专家意见3.7 地基基础3.塔楼结构体系简介l 总桩数：947根l 核心区：桩长56米，共247根l 扩展区：桩长52米，共700根l 长度依据：通过增加核心区桩长 度，减小核心区沉降l 核心区及巨柱下：梅花形布置l 其它部位：矩形布置l 布置依据：荷载大的位置桩位集 中布置3.7 地基基础3.塔楼结构体系简介有限元基床系数法

13、计算沉降：l 基床系数：核心区刚度80kN/mm 扩展区刚度100kN/mml 桩基最大沉降量：96mm规范公式计算沉降：l 最大沉降计算值120mm综合评价：l 对比上海中心与金茂大厦、环球金融中心的结构形式、桩型、持力层深度，综合分析预估上海中心桩基础沉降值约为120150m。3.7 地基基础3.塔楼结构体系简介 结构设计使用年限1）承载力及正常使用情况下为50年；2）耐久性下重要构件为100年，次要构件为50年。建筑安全等级1）塔楼重要构件一级，重要性系数1.1，包括：核心筒、巨型柱、伸臂桁架、环带桁架和径向桁架；2）塔楼次要构件二级，重要性系数1.0，包括：除重要性构件以外的其他构件，

14、如楼面梁。建筑位移内容内容限值限值重现期为50年的风荷载下层间位移角h/500重现期为50年的风荷载下底层层间位移角h/2000h/2500多遇地震荷载下层间位移角h/500多遇地震荷载下底层层间位移角h/2000h/2500 竖向荷载作用下基底反力（不含地下室B2及以下部分）荷载荷载重量重量恒载恒载62.5万吨活载活载12.3 万吨总计总计74.8 万吨基底反力分配基底反力分配 巨型框架承担巨型框架承担 40.4 万吨（54） 核心筒承担核心筒承担 34.4 万吨（46）4.3 自重下基底反力 超高层建筑自重比较4.3 自重下基底反力建筑名称建筑名称建筑高度建筑高度（m）总重（总重（t）塔楼

15、建筑面积塔楼建筑面积（m2）每平米重量每平米重量（t/m2)金茂大厦金茂大厦42130104201041. 50环球金融中心环球金融中心4924410425.31041.74台北台北101大楼大楼5087010441.251041.70广州西塔广州西塔43242.510424.71041.72上海中心上海中心63274.810437.91041.97 4.4 风载和地震作用下基底反力基底剪力基底剪力(kN)倾覆力矩倾覆力矩(kN.m)X向Y向X向Y向数值数值比例比例数值数值比例比例数值数值比例比例数值数值比例比例风荷载风荷载8042718234613.04e713.14e71小震小震88395

16、1.10888221.081.90e70.6251.88e70.60中震中震2229212.772239732.725.11e71.685.06e71.61基底反力分配基底反力分配巨型框架巨型框架57%79%核心筒核心筒43%21%注：1）风荷载取值为基于100年重现期，2%阻尼比；2）小震作用取上海规范反应谱与场地反应谱的包络值，4%阻尼比；3）中震作用取上海规范反应谱，4%阻尼比。 4.5 风荷载下巨型框架与核心筒的剪力和倾覆力矩分配楼层剪力倾覆力矩核心筒巨型框架总剪力核心筒巨型框架总倾覆力矩 4.6 地震作用下巨型框架与核心筒的剪力和倾覆力矩分配楼层剪力倾覆力矩核心筒巨型框架总剪力核心筒

17、巨型框架总倾覆力矩 4.7 风载与多遇地震作用下塔楼变形风荷载风荷载小震小震中震中震X向Y向X向Y向X向Y向单向层间单向层间位移角位移角h/580h/612h/623h/644h/234h/242位置（层数）位置（层数）124F113F94F105F94FL94F合成层间合成层间位移角位移角h/505限值限值h/500h/500h/200顶点位移比顶点位移比H/933H/954H/1152H/1173H/428H/434注：1）风荷载取值为基于50年重现期，4%阻尼比；2）小震作用取上海规范反应谱与场地反应谱的包络值，4%阻尼比；3）中震作用取上海规范反应谱，4%阻尼比。 4.8 风载与多遇地

18、震作用下楼层层间位移角X向Y向1/500限值风荷载下多遇地震作用下Y向X向1/500限值l 风气候研究风气候研究l 根据气象资料，确定设计风速和风向分布。根据气象资料，确定设计风速和风向分布。l 空气动力学优化研究空气动力学优化研究l 优化建筑形态，减小横风向动力响应。优化建筑形态，减小横风向动力响应。l 缩尺比为缩尺比为1:500为高频测力天平试验（为高频测力天平试验（HFFB）。）。l 风洞试验研究风洞试验研究l 进行进行缩尺比为缩尺比为1:500的的高频压力积分模型试验（高频压力积分模型试验（HFRI），考察），考察高阶模态高阶模态响应响应 的影响；的影响；l 进行缩尺比为进行缩尺比为1

19、:85的高雷诺数试验，考察高雷诺数的影响；的高雷诺数试验，考察高雷诺数的影响；l 进行缩尺比为进行缩尺比为1:500的气动弹性模型试验，考察结构振动情况，校核高频的气动弹性模型试验，考察结构振动情况，校核高频测力天平试验及高频压力积分模型试验结果。测力天平试验及高频压力积分模型试验结果。l 风气候模型风气候模型l 上海的强风主要由台风控制，风气候模型应能反映台风的影响；上海的强风主要由台风控制，风气候模型应能反映台风的影响；l 目前所采用的风气候统计模型是根据上海虹桥国际机场的近地风目前所采用的风气候统计模型是根据上海虹桥国际机场的近地风记录以及最新的台风蒙特卡罗模拟结果得到的。台风模拟结果由

20、记录以及最新的台风蒙特卡罗模拟结果得到的。台风模拟结果由美国的应用研究所（美国的应用研究所（ARA）提供。）提供。l 风气候模型风气候模型l 根据美国应用研究所（根据美国应用研究所（ARA）提供的风气候模型，）提供的风气候模型，10米高度处米高度处100年回归期年回归期10分钟平均风速为分钟平均风速为31m/s，500米高度处米高度处100年回归年回归期期10分钟平均风速为分钟平均风速为50m/s。l 中国规范上海地区中国规范上海地区10米高度处米高度处100年回归期年回归期10分钟平均风速为分钟平均风速为31m/s， 500米米高度高度100年回归期年回归期10分钟平均风速为分钟平均风速为5

21、5m/s。高度（高度（m）100年回归期年回归期10分钟平均风速（分钟平均风速（m/s）RAR中国规范中国规范1031315005055l超高层建筑横风向风荷载及效应明显。当风速达到临界风速时，超高层建筑超高层建筑横风向风荷载及效应明显。当风速达到临界风速时，超高层建筑易产生横风向涡激振动，从而导致横风向响应增加。易产生横风向涡激振动，从而导致横风向响应增加。横风向响应无横风向涡激振动有横风向涡激振动风速l超高层建筑横风向荷载较大，横风向效应明显。对建筑形态进行优化可以有效减小结构的横风向荷载及效应。常用的可以有效减小风荷载的形态优化方法包括：l上海中心大厦建筑形态采用了“圆弧倒角”、“契形立

22、面”、“截面变化”等三种形态优化方法。圆弧倒角契形立面截面变化扰流翼立面开洞高频测力天平试验 1:500高雷诺数试验1:85气弹试验1:500风向风向基底反力基底反力荷载规范荷载规范风洞试验风洞试验比值比值顺风向基底剪力6.56e75.75e70.876基底倾覆力矩2.10e102.08e100.99横风向基底剪力1.9e89.71e70.511基底倾覆力矩8.2e103.59e100.438合成向基底剪力2.08e81.03e80.495基底倾覆力矩8.65e103.8e100.439n 荷载规范计算风荷载值在顺风向与风洞试验结果比较吻合；在横风向，荷载规范结果明显大于风洞试验结果。l上海中

23、心大厦高度较高，周期较长，且上部楼层设有高档酒店公寓，对舒适上海中心大厦高度较高，周期较长，且上部楼层设有高档酒店公寓，对舒适度要求较高。根据上海市高层建筑钢结构设计规程的规定，十年重现期风荷度要求较高。根据上海市高层建筑钢结构设计规程的规定，十年重现期风荷载作用下的顺风向和横风向建筑顶点最大加速度限值可按下表取值：载作用下的顺风向和横风向建筑顶点最大加速度限值可按下表取值：l根据根据CTBUHCTBUH的建议，风荷载作用下的最大扭转速度限值可按下表取值的建议，风荷载作用下的最大扭转速度限值可按下表取值 25 cm/s2旅馆、办公楼15 cm/s2公寓加速度限值用途3.0 milli-rad/

24、s10年重现期风荷载1.5 milli-rad/s1年重现期风荷载扭转速度限值荷载及作用类型l根据RWDI最近的风洞试验结果（下图），结构顶点在10年一遇风荷载作用下的顶点最大加速度约为8gal，可以满足舒适度的要求。0 5 10 15 20 25 30 35 TOTAL ACCELERATION (milli-g)0.1 1 10 RETURN PERIOD (years)including typhoonsexcluding typhoonsOccupancyOfficeResidentialISO*RWDI* Open symbols are extrapolated5.1.6 舒适度验

25、算l尽管根据初步的风洞试验结果，在不进行结构控制的情况下结构的舒适度是尽管根据初步的风洞试验结果，在不进行结构控制的情况下结构的舒适度是可以满足的。为了进一步提高塔楼的使用品质，目前设计中考虑了将来设置可以满足的。为了进一步提高塔楼的使用品质，目前设计中考虑了将来设置TMD的可能性。的可能性。n 多遇地震： 按以下两个反应谱取包络：上海市建筑抗震设计规程50年63%超越概率的反应谱。50年10超越概率的地震动参数乘以本工程地震影响系数C，地震影响系数C可取为0.35。n 基本地震：上海市建筑抗震设计规程50年10超越概率的地震动。l罕遇地震：上海市建筑抗震设计规程50年超越概率2的地震动。02

26、4681012141600.020.040.060.080.10.120.140.16T (s)Frequent earthquake spectrum comparison with 3.5% damping ratiocode-based spectrum (50 yrs, 63%)site-specific spectrum (50 yrs, 10%, C=0.35)Tongji spectrum for frequent earthquake多遇地震包络谱规范谱安评谱基本地震024681012141600.050.10.150.20.250.30.350.4T (s)Basic ear

27、thquake with 4.0% damping ratioSite specific spectrum (50yrs, 10%)罕遇地震024681012141600.10.20.30.40.5T (s)Rare earthquake with 5.0% damping ratioCode-based spectrum (50yrs, 2%)n 建议的阻尼比取值如下：建议的阻尼比取值如下：n 建议的周期折减系数如下：建议的周期折减系数如下：地震烈度地震烈度阻尼比阻尼比多遇地震4.0%基本地震4.0%罕遇地震5.0%地震烈度地震烈度周期折减系数周期折减系数多遇地震0.90基本地震0.95罕遇

28、地震1.00地震作用地震作用抗震性能目标抗震性能目标7度小震结构完好，处于弹性状态7度中震结构基本完好，基本处于弹性状态。地震作用后的结构动力特性与弹性状态的动力特性基本一致，超级柱，型钢混凝土角柱、核心筒墙体及外伸臂桁架等主要结构构件和节点基本完好，框架梁、连梁等次要构件轻微开裂7度大震结构严重破坏但主要节点不发生断裂，结构不发生局部或整体倒塌，主要抗侧力构件超级柱，型钢混凝土角柱和核心筒墙体不发生剪切破坏地震作用地震作用设计控制指标设计控制指标7度小震最大层间位移角不大于1/500，底层层间位移角不大于1/20007度中震最大层间位移角不大于1/200；取不考虑构件内力调整和风荷载的中震组

29、合内力设计值及材料强度设计值对超级柱、型钢混凝土角柱、核心筒墙体及外伸桁架等主要结构构件和节点的抗震承载力进行验算；框架梁、连梁等次要构件中的钢筋（钢材）应力不超过屈服强度（80%以下）。地震作用地震作用设计控制指标设计控制指标7度大震最大层间位移角不大于1/100；框架梁、连梁等次要构件可出现塑性铰，但塑性铰的转角不大于1/50。主要节点中钢筋（钢材）应力可以超过屈服强度，但不能超过极限强度。地震剪力取大震时的弹性地震作用力标准值，材料强度取标准值，不考虑抗震承载力调整系数，验算受剪截面控制条件（ ）；验算作为主要抗侧力构件的超级柱和核心筒的极限抗剪承载力。00.15kckVf bhl上海中

30、心是核心筒-巨型框架组合的超高层建筑，结构体系复杂、环境荷载多样。配合结构初步设计及超限和抗震审查，有必要进行这一大型复杂结构体系的可靠性设计研究。l结合上海市地震危险性分析和地震动参数研究成果和工程场址的场地特性，进行考虑设定地震烈度和场地条件随机性的随机地震动研究。l在上述工作基础上，以弹性分析为基础，进行以满足“小震不坏”为准则的结构地震可靠度分析与评估。根据安评报告提供的场地特性生成360条地震波时程Time sec20181614121086420Acceleration cm/sec26040200-20-40-60Time sec20181614121086420Accelera

31、tion cm/sec23020100-10-20-30地震动典型样本(84)地震动典型样本(105)随机地震动样本均值及标准差随机地震动样本均值随机地震动样本标准差进行了360条地震波的时程分析，获得了抗震可靠度分析结果。 塔楼各层位移可靠度的分布情况分析表明，上海中心在小震作用下的整体抗震可靠度达到0.99379。建筑名称高度楼层数结构体系高宽比材料地上总面积（m2）总用钢量（钢材+钢筋）备注总用量（T）单位面积用量（kg/ m2）世界贸易中心（纽约）417110框筒6.6钢结构42000078000185.7不包括钢筋重量约翰汉考克中心344100支撑筒6.6钢结构26012637700

32、145不包括钢筋重量西尔斯大厦442110束筒6.4钢结构41806476000181.8不包括钢筋重量马来西亚石油双塔大厦45288筒中筒9.7钢筋混凝土结构18040036900204.6不包括钢材重量金茂大厦42188巨型柱+核心筒+伸臂桁架8混合结构28000032200115香港国际金融中心二期42088巨型柱+核心筒+伸臂桁架8.7混合结构18600046000247台北101508101巨型框架+核心筒+伸臂桁架8.2钢结构374220135200361环球金融中心492101支撑外筒+核心筒+伸臂桁架8.5混合结构31668662000245塔楼范围内，地上及地下部分钢结构总用

33、钢量为99796T。塔楼范围内，地上及地下部分钢筋总用钢量为48388.14T塔楼各部分型钢用钢量统计塔楼各部分钢筋用钢量统计1、合理考虑上部结构刚度贡献：能使底板弯矩值较大程度的降低；2、配筋分区由三个区细化为六个区，从而降低总配筋量；3、筏板板底配筋由全拉通配筋改为基本配筋贯通，柱下局部加强的方式，有效减小了配筋量； 1、结构周期适当延长至9s。 2、适当降低巨柱最小含钢率。 1、优化措施一：组合钢板剪力墙最小钢板厚度调整；通过减小钢板的构造厚度，一方面降低了结构用钢量，另一方面减小了焊缝、节点板等用量，便于施工，综合效益明显。2、优化措施二：翼墙抗震等级调整；考虑到翼墙部分承担竖向荷载较

34、小，轴压比均值约0.2左右，设定地下室各层翼墙抗震等级比核心筒抗震等级低一级，从而减小了抗震构造所需的钢筋用量。3、优化措施三：钢筋及钢板抗剪承载力比例调整；通过提高钢筋的承载力比例，可以降低钢板用量，尽管钢筋用量有增加，但总费用降低。4、优化措施四：翼墙刚度折减。由于翼墙部分受力较大，考虑混凝土开裂及徐变影响对刚度进行折减（折减系数为0.8），从而降低构件内力，减小了用钢量。项目项目钢筋（吨）钢筋（吨）钢骨及钢板（吨）钢骨及钢板（吨）优化前优化后优化量优化前优化后优化量筏板1143110290-1141-巨柱和角柱91958087-11084160733363-8244核心筒和翼墙14579

35、15125+5461148910612-877外伸臂及环带桁架1329312293-1000径向桁架5001.94601.9-400塔冠钢结构42003200-1000楼面结构16528165280次结构201620160幕墙610061000总计3520533502-170310023588714-11521比例比例-5%-11%5.4.1 相关工程调研环球金融中心巨柱平面布置巨柱巨柱A A巨柱巨柱B B建造中的环球金融中心巨柱B构造巨柱A构造n大楼中有A和B两种类型的巨型柱。A型巨柱由两根边缘柱与连接两柱的腹墙体组成。n最小含钢量为巨型柱截面面积的4。n纵向钢筋的配筋率为0.8%。n抗震等

36、级“特一级”考虑，抗剪箍筋沿巨型柱的全长紧密的配置，其体积配箍率为0.8%至1.2%。5.4.1 相关工程调研环球金融中心巨柱平面布置 巨柱巨柱 巨柱巨柱金茂大厦巨柱平面布置 巨柱巨柱 巨柱巨柱5.4.1 相关工程调研构件楼层底部17层1731层3153层5364层6487层巨柱1500mm5000mm1500mm4500mm1000mm3000mm材料C60C50C40金茂大厦型钢混凝土巨柱构造5.4.1 相关工程调研台北101巨柱平面布置 巨柱5.4.1 相关工程调研台北101钢管混凝土巨柱构造n巨柱截面2.4mX3.0m，内灌C70混凝土n含钢率10左右5.4.1 相关工程调研CCTV巨

37、柱端面形式n新台址CCTV主楼工程结构外筒柱采用了SRC柱，截面1900mm1250mm，部分SRC柱构件的有效截面含钢率达到了28.6%，远大于型钢混凝土组合结构技术规程（JGJ138-2001）中的相关规定。内填C60混凝土n钢板最大厚度达110mm5.4.1 相关工程调研5.4.2 设计指标5.4.3 截面优化设计第一阶段：九肢格构式钢骨l九肢型钢分散布置，需通过缀板连接以协调抗力。但型钢肢数越多，传力越不直接，各肢协同工作的难度越大。l伸臂只和中间三肢型钢直接连接，需要通过大量的缀板连接后才能把力传递给其他六肢，传力途径不直接。l型钢间联系很弱，依靠缀板传力在节点区应力集中处，易产生纵

38、向劈裂破坏和剪切破坏。l抗震性能不好。第二阶段：王字形实腹式钢骨改进： l 可有效解决协同抗力和剪切破坏两个关键问题。l钢骨内部形成约束混凝土，提高巨型柱的抗压能力和延性。l在节点区域与伸臂和环带桁架的连接较方便，伸臂和环带的力可直传递给整个钢骨。l钢骨可在工厂焊接完成，现场可整体吊装，减少了现场焊接量。5.4.3 截面优化设计第三阶段：16区王字形实腹式钢骨78区日字形实腹式钢骨改进：l在78区，将中间大腹板和两侧翼缘合二为一，形成“日”字型钢骨，整体性更好，相同含钢率前提下，钢骨抗弯承载力更好。l“日”字型钢骨焊接量减少。l78区的巨柱尺寸减小，即使将腹板拉开到两侧，也能方便实现与伸臂的连

39、接。5.4.3 截面优化设计5.4.4 承载力分析-600-3000300600-600-30003006009001200-600-3000300600 PMM相关曲线 小震组合 中震组合 大震组合P(MN)Myy(MN.m)Mxx(MN.m)巨型柱纤维单元巨型柱承载力校核5.4.5 延性分析混凝土巨型柱钢骨钢筋笼巨型柱断面图5.4.5 延性分析一区巨型柱在小震组合下的延性曲线混凝土开裂钢骨及钢筋强化5.4.5 延性分析巨型柱极限状态下应力分布混凝土应力分布钢骨应力分布钢筋应力分布箍筋应力分布5.4.5 延性分析5.4.6 节点分析巨柱-伸臂-环带整体模型 型钢构件混凝土钢筋笼大震作用下钢骨

40、Mises应力 各杆件除应力集中处外均未进入屈服阶段 5.4.6 节点分析大震作用下混凝土应力已超过混凝土的抗拉强度 ，混凝土开裂。5.4.6 节点分析大震作用下钢筋应力纵筋和箍筋在伸臂下弦节点区以及在环带直段部应力达到320 N/mm2，未达到屈服。 5.4.6 节点分析5.5.1 应用程序1）ABAQUS2）ANSYS3）PERFORM-3D5.5.2 三维模型的建立ABAQUS模型l外伸臂桁架、内外环带桁架、加强区的径向桁架和各主要杆件： B31梁单元模拟l巨柱： S4R壳单元 (混凝土部分) + B31梁单元 (钢骨) 耦合耦合点耦合点耦合点5.5.2 三维模型的建立ABAQUS模型l

41、核心筒剪力墙、连梁： S4R壳单元一、二区的钢板剪力墙：采用分层的壳元模拟 剪力墙中内埋钢柱：采用 B31梁单元模拟，并耦合到壳单元中钢筋利用ABAQUS中的Rebar功能加入到混凝土剪力墙中分层壳单元示意图steelRCRC5.5.2 三维模型的建立ABAQUS模型l钢材采用双线性动力硬化模型，并假定塑性段切向模量为弹性模量的1/100。该模型可考虑包辛格效应，在循环过程中刚度无退化。复杂应力状态下的强度准则采用Mises屈服条件 5.5.3 材料模型l混凝土混凝土骨架曲线关系采用 Stephen 简化模型。如右图示，其中fc为混凝土圆柱体轴心抗压强度标准值5.5.3 材料模型在第一周期9s处的地