中关村金融中心高层钢结构设计 - 图文-

1、 笙±毯金匿强屋建筑绮掬堂苤金遨谂塞2QQ璺玺中关村金融中心的建筑方案设计由美国KPF建筑事务所承担,施工图设计由中国建筑设计研究院负责。2结构体系与布置2.1结构平面布置塔楼建筑的南北立面由半径为750m、圆心距地冠高度50m的两个圆弧构成,建筑平面的南北侧边界由半径93100m的圆弧构成,随建筑高度而变化;东、西两侧为折线形,中间的筒体略里方形,建筑平面的规则性较差。首层及标准层的结构平面布置如图2和图3所示,建筑平面、立面的几何构形方法如图4所示,图5为诬立面实景照片。 图2酋层平面布置图图3标准层结构布置图地下部分采用现浇钢筋混凝士结构,地面以上13层为钢与混凝土组合结构,3

2、屡以上采用钢框架一支撑体系。周边框架粱主要采用热轧H型钢,粱高700ram。外框架至核心筒之间的主梁与外桂刚接,与核心筒之问铰接,采用700mm商变截丽焊接H型钢,在靠近简体的位置梁高变为400mm,以便通风管道能够顺利通过。框架梁与主粱的材质均为Q345C。次梁高度为350"-400嗍,主要采用热轧H型钢,材质为Q345B。周边框架柱采用焊接箱形构件,下部截面尺寸边长为600<6001,21"-28层截面尺寸为600x500mm,28层以上改为500×500mm,壁厚为2080mm。核心筒钢柱截面主要分为46l签土届全冒态星建氯缝拉耋丕金这纶塞2QQ垒釜5

3、00×500m与500×400rm两种,壁厚为2085ram。牲的钢板采用按冶金行业标准YB41042000生产的高层建筑结构用钢板Q345GJ-C,当钢板厚度340姗时,扳厚度方向的断面收缩率不小于Z15。粱柱节点全部采用带有短伸臂梁段的柱外连接接头,使得受力最大的柱边焊接在工厂完成,见图6、图7。 图4建筑平面、立面几何构形图图5西立面实景2.2抗侧力体系塔楼结构的抗侧力体系由核心筒支撑框架和周边框架组成。在核心筒中共设置了1l 道中心支撑,其中东西方向为KZCI'KZC5,南北方向为KZC6,-一KZCll,平面位置参见图3。支撑布置有单斜杆支撑、人字形支撑,

4、以及设在12层、24层局部的十字形交叉支撑等形式。图8所示分别为东西方向的KZCl、KZC2和南北方向的l(zC6、KZCll。支撑采用焊接H 形钢,材质为Q235C、Q345C,高度与翼缘宽度分为320w和370ram两种。支撵横梁截面在东西方向与南北方向的高度分别为400彻与600Im,以保证设备管道在梁底通行。支撑横梁、斜撑与柱的连接采用带伸臂段的接头。由于支撑框架节点的受力更为复杂,支撑框架柱在节点区的全熔透焊缝范围扩展至对应支撑喇叭臼的上下表面翼缘以外不少于600ram,避免箱形柱在地震力作用下壁板开裂,降低构件的承载能力。 图6柱外连接接头示意图图7带支撑的柱外连接接头示意图462

5、 土梁的钢筋很难在核心筒墙体中锚固。设计采用了沿核心筒四周设置钢筋混凝土环梁的办 法，将型钢混凝士梁的钢筋锚入环梁，同时也增加了首层楼板的整体刚度，参见图。 图首层环梁构造示意图 连廊的可滑动支座 连廊和塔楼属于完全不同的结构体系，为防止在地震作用时连廊摆动对塔楼造成损害， 设计只允许塔楼承担支承连廊一侧的竖向荷载。连廊在塔楼上的支座选用了北京北方交通 研究所研制的滑动支座，该支座允许水平方向滑动和小角度转动，平面尺寸为 ，最大承载能力。由于连廊外形的限制，要求滑动支座底面放置在层楼面以上 处。在确定支承滑动支座的结构体系时，采用了从框架柱向两侧伸出钢牛腿双托梁 的办法，传力直接可靠，构造简单

6、，如图所示。 滑动支座水平方向的最大滑移量为嘲，综合考虑了以下条件：）满足钢结构抗震 缝最小宽度要求：）满足弹塑性时程分析的计算结果；）按照大震时弹塑性层问位 移角限值估计。 图连廊可滑动支座的支撑结构 结构计算参数调整 刚性楼板和弹性楼板 结构整体计算主要采用了中国建筑科学研究院编制的多高层结构空间有限元分析与 一 楚土唇金量奁基建氢缝掬整盔金这论塞 垒她玺 设计软件，并采用美国伯克利大学开发的三维结构计算软件及大连阿依艾公 司推出的进行了校核计算。为了计算支撑框架横梁与折线形柱引起的内力 和层间位移角等，在结构整体分析时分别按刚性楼板模型和弹性楼板模型计算。 阻尼比 塔楼下部三层为钢一混凝

7、土组合结构，上部为钢框架一支撑结构。对于上部钢框架一 支撑结构，按建筑抗震设计规范（）和高层民用钢结构设计规程 （） 的相关规定，在常遇地震作用下阻尼比可取为；对于下部三层缀合结 构，按照高层建筑混凝土结构技术规程和型钢混凝土组合结果技术规程（） 的相关规定，阻尼比可取为。考虑到钢框架一支撑体系的楼层数占地面以上楼层的 ，故在进行结构整体计算时，结构阻尼比取为。在进行罕遇地震下的弹塑性时程分 析时，阻尼比采用。 层间位移角限值 根据建筑抗震设计规范（）和高层建筑混凝土结构技术规程 （），对于标高以下的组合结构楼层，控制在常遇地震下的最大层间位移 角不超过，标高以上的钢框架一支撑楼层，控制最大层

8、闻位移角不超过。 在罕遇地震作用下，标高以下组合结构的层问位移角不大于，标高 以上的钢框架支撑楼层不大于。 计算结果表明，风荷载在组合中不起控制作用。塔楼在小震时最大顶点位移为姗； 最火层问位移角，出现在第层。计算结果表明，各楼层层间位移角呈现出上下两 头小、中间大的特点。在标高处组 合结构与钢框架一支撑位置的转换部位，结 构抗侧移刚度差异明显，因此在下层墙体采 取了增加洞口、改变连梁高度等措施，尽量 调整结构楼层上下的刚度比。主要计算结果 参见右表。 楼层剪力调整 我国现行建筑抗震设计规范中规定，对于钢框架一支撑结构体系，框架部分承担 的地震剪力不小予结构底部总地震剪力的和框架部分地震剪力最

9、大值倍二者的较 小者，而高层民用钢结构设计规程（）中规定，总框架任一楼层所承担的地震 剪力不得小予结构底部总剪力的。经过认真分析研究与广泛征求意见，最终在计算澜 整时采用了各层框架分别承担不小于各楼层总地震剪力的。弹塑性时程分析结果显示， 塑性铰全部出现在框架梁端部。 振型方向 周期 方向 方向 ， 扭转 最大层间位移角 用钢量与优化 塔楼部分计算模型的总用钢量为吨，单位面积用钢量约为，其中钢柱 占用钢量的，钢粱占，支撑占。另外，加劲肋、连接板、吊耳等各种辅材 及滑动支座托梁、水平桁架等附加结构，使得实际用钢量比计算模型有所增加。 由于塔楼的立面为弧形，每层建筑平面均不相同，主梁的长度逐层变化

10、，规律性著， 是影响到用钢量优化效率的一个原因；钢梁主要采用热轧型钢，而热轧型钢价的供货 规格受到一定限制，也对用钢量的优化有一定影响。由于建筑在方案阶段确定的柱截面尺 寸很小，建筑师只允许对箱形柱的壁厚进行调整，是造成用钢量偏高的一个主要因素。 在钢结构设计时，不应过分强调减小钢梁、钢柱等构件的截面尺寸。构件的截面小， 截面抵抗矩随之减小，需要采用更厚的钢板，从而导致用钢量增加。钢板越厚，钢材的单 价越贵，当钢板厚度大于时，还需要增加向性能要求，致使造价进一步上升，对此 应在设计时引起足够的重视。为了有效地控制钢材用量，结构工程师在方案阶段就庶参与 设计工作，争取结构体系比较合理，尽量提高钢

11、构件的标准化程度，达到降低用钢量的目 的。 致谢：参加中关村金融中心塔楼高层钢结构设计工作的还有朱丙寅、谈敏、周炜、施泓、王树乐、刘巍、 袁轶、孙晓令和胡天兵、刘岩、张跃峰、董庆园等同志，吴学敏、蔡益燕、张运团同志作为项臼组颐问， 也提出了许多宝贵意见，在此谨表示衷心感谢！ 参考文献 陈富生，匠区国桦，范重，高层建筑钢结构设计，中国建筑工业；版社，年月 崔玲，徐国彬，万向承载、万向转动、抗震、减振球形钢支座的研制，第九届空间结构学术会议论文 集，年月 中关村金融中心高层钢结构设计 作者： 作者单位： 胡纯炀， 范重， 陈富生， 申林， 郁银泉 中国建筑设计研究院,北京,100044 相似文献(

12、9条 1.会议论文 孙晓彦.徐珂 多层钢结构住宅设计 2002 本文着重介绍了北京华特钢结构设计研究中心设计的唐山钢结构试验住宅小区工程概况、结构体系、节点设计及其他技术指标。 2.期刊论文 任宝双.侯建群.郝亚民 钢框架-支撑体系多层学生公寓结构设计 -工程建设与设计2004(3 介绍了某6层全装配钢结构学生公寓的设计情况.结构主体采用钢框架-支撑体系,楼板采用SP预应力空心楼板,内外墙采用轻质墙板.本工程的实践表 明:这种体系受力可靠,施工速度快,经济指标合理. 3.期刊论文 管克俭.王新武.彭少民 钢框架支撑体系的应用和分析方法 -中国工程科学2003,5(5 介绍了三种常用的钢框架支撑

13、体系,总结了中心支撑体系、偏心支撑体系和偏离中心支撑体系的特点和应用范围,提出了钢框架中心支撑体系和偏心 支撑体系的设计计算原则和分析方法. 4.期刊论文 王长宁.王禄鹏.Wang Changning.Wang Lupeng 高层全钢框架支撑结构体系的优越性分析 -钢结构 2006,21(1 以南京地铁大厦工程为例,从全钢框架支撑结构体系的优点、必要性、合理性等方面全面论证了在高层建筑中采用这种结构的优越性,并从采用全钢 结构的必要性及其特点等方面对全钢结构与其他结构进行了分析与比较,对其他高层钢结构的选型具有一定的参考价值. 5.期刊论文 涂建维.瞿伟廉.Tu Jian-wei.Qu Wei

14、-lian 设置磁流变阻尼器的高层钢框架支撑体系的地震反应研究 -工程抗震与加固改造2006,28(2 磁流变(MR阻尼器是一种性能十分优秀的减振装置,具有构造简单、调节驱动容易和反应迅速等优点,能有效减小工程结构的地震反应和风振反应,具 有广阔的应用前景.本文研究了安装MR阻尼器的高层钢结构框架支撑体系的抗震性能.在介绍了MR阻尼器力学模型的基础上,推导了MR阻尼器-支撑框架系 统的地震反应基本方程,并且采用了基于最优主动控制力的"开关-耗能"半主动控制策略对MR阻尼器实施控制.应用本文方法对一栋20层的高层钢结构进行 了模拟计算,结果表明:安装了MR阻尼器的框架支撑体系

15、的抗震性能明显优于纯框架支撑体系,是一种简单、方便和有效的减振系统. 6.会议论文 魏亚.陈素文 多高层钢框架支撑体系抗震性能分析 2008 框架支撑体系是多高层钢结构广泛采用的一种结构形式，支撑体系的不同对结构的抗震性能有很大影响。本文主要介绍了中心支撑体系、偏心支撑 体系和屈曲约束支撑体系，通过有限元ANSYS建立了9层、20层的平面结构模型(中心支撑体系模型和偏心支撑体系模型，进行了时程分析，分别对比了 在9层和20层模型中中心支撑体系和偏心支撑体系在地震作用下的抗震性能，指出了中心支撑体系和偏心支撑体系的优点和缺点，并提出了改善中心支撑 体系和偏心支撑体系的抗震性能的设计，增强多高层钢

16、结构在地震作用下延性性能和耗能能力；同时，介绍了近年来获得较大发展的屈曲约束支撑框架 体系，分析了其在多高层钢结构中的抗震性能。最后，总结了不同支撑框架体系对多高层钢结构抗震性能的影响，并展望了其发展前景。 7.期刊论文 王啸.张鸿.王洪领.WANG Xiao.ZHANG Hong.WANG Hong-ling 北京饭店二期改扩建工程商业部分结构设 计 -工程建设与设计2009(7 北京饭店二期改扩建工程商业部分,结构平面和竖向均不规则.设计时,利用钢结构的优势,选择钢框架.支撑体系结合转换桁架的方案解决了设计中的 难点.文章系统介绍了工程的设计内容,包括结构体系的形成,整体计算分析,罕遇地震下结构变形验算等. 8.会议论文 吉小萍.董军 新型钢框架支撑体系特点及抗震性能分析 2007 偏心支撑框架、隅撑支撑框架和偏离中心支撑框架是高烈度地震区理想的抗侧力体系,介绍了这3类新型钢框架支撑体系的抗震