大连中心裕景公建巨型组合柱结构设计

1、大连中心大连中心裕景裕景( (公建公建) ) 巨型组合柱结构设计巨型组合柱结构设计中国建筑东北设计研究院有限公司中国建筑东北设计研究院有限公司一一. 工程概况工程概况超塔超塔ST1ST1： 地上地上8080层层 建筑总高建筑总高383383米米 超塔超塔ST2ST2： 地上地上6262层层 建筑总高建筑总高279279米米 商业裙楼：地上商业裙楼：地上6 6层层整体地下室：整体地下室：4 4层层总建筑面积：总建筑面积：47.5947.59万平米万平米 大连中心大连中心裕景裕景( (公建公建) ) 超塔超塔ST1效果图效果图中庭中庭空中花园空中花园中庭外观中庭外观裙楼中部裙楼中部Podium C

2、enterPodium Center裙楼西部裙楼西部Podium WestPodium West裙楼东部裙楼东部Podium EastPodium East超塔超塔ST1ST1超塔超塔ST2ST2防震缝防震缝Seismic JointsSeismic Joints大连中心大连中心裕景裕景( (公建公建) )总平面图示意总平面图示意整体地下室最长：整体地下室最长：340340米米裙楼设缝后最长：裙楼设缝后最长：141141米米二二. . 结构体系结构体系超塔超塔ST1ST1结构体系结构体系巨型支撑框架巨型支撑框架- -混凝土内筒混凝土内筒混合结构。混合结构。 采用内、外筒双重抗侧力采用内、外筒双

3、重抗侧力结构体系。结构体系。内筒：钢筋混凝土核心筒内筒：钢筋混凝土核心筒外筒：巨型支撑框架外筒：巨型支撑框架 角部的角部的5 5个巨型个巨型SRCSRC柱柱 每每1515层设层设1 1道转换桁架道转换桁架 跨跨1515层的大支撑层的大支撑外筒在中庭处用龙骨柱封闭，外筒在中庭处用龙骨柱封闭，加强整体刚度。加强整体刚度。RC CoreRC Core钢筋混凝土核心筒钢筋混凝土核心筒Transfer Transfer TrussesTrusses转换桁架转换桁架Hypo-FrameHypo-Frame次框架次框架Mega BracesMega Braces大支撑大支撑Mega ColumnsMega

4、Columns巨型巨型SRCSRC柱柱Dragon ColumnDragon Column龙骨柱龙骨柱K BracesK Braces龙骨支撑龙骨支撑ST1ST1标准层平面布置图标准层平面布置图130层层3160层层6180层层巨柱截面巨柱截面：3200X32002500X25003200X32002500X2500混凝土强度：混凝土强度：C60C60ST1ST1外筒展开图外筒展开图ST1ST1核心筒平面核心筒平面主要墙肢厚：主要墙肢厚：14006001400600混凝土强度：混凝土强度：C60/C50 C60/C50 1-71-7层核心筒层核心筒8-308-30层核心筒层核心筒31-6031

5、-60层核心筒层核心筒61-8061-80层核心筒层核心筒超塔超塔ST2ST2结构体系结构体系 Transfer Transfer TrussesTrusses转换桁架转换桁架Hypo-FrameHypo-Frame次框架次框架Mega BracesMega Braces大支撑大支撑Mega ColumnsMega Columns巨型巨型SRCSRC柱柱RC CoreRC Core钢筋混凝土核心钢筋混凝土核心筒筒巨型支撑框架巨型支撑框架- -混凝土内筒混凝土内筒混合结构混合结构采用内、外筒双重抗侧力采用内、外筒双重抗侧力结构体系。结构体系。内筒：钢筋混凝土核心筒内筒：钢筋混凝土核心筒外筒：巨型

6、支撑框架外筒：巨型支撑框架 角部的角部的5 5个巨型个巨型SRCSRC柱柱 每每1515层设层设1 1道转换桁架道转换桁架 跨跨1515层的大支撑层的大支撑外筒刚度已足够，在角部不设外筒刚度已足够，在角部不设封闭支撑。封闭支撑。ST2ST2标准层平面布置图标准层平面布置图主要墙肢厚：主要墙肢厚：11006001100600混凝土强度：混凝土强度：C60/C50C60/C50巨柱截面巨柱截面: :2800X2800,2500X25002800X2800,2500X2500混凝土强度：混凝土强度：C60 C60 130层层3162层层ST1ST1核心筒承担的倾覆弯矩核心筒承担的倾覆弯矩风荷载作用风

7、荷载作用小震作用小震作用在在1515层以上，外筒承担了超过层以上，外筒承担了超过一半的倾覆弯矩。一半的倾覆弯矩。风荷载作用风荷载作用小震作用小震作用ST1ST1核心筒核心筒大支撑大支撑承担的楼层剪力承担的楼层剪力在在1515层以上，外筒承担了接近一半的楼层剪力。层以上，外筒承担了接近一半的楼层剪力。其中，大支撑是外筒主要的抗剪构件。其中，大支撑是外筒主要的抗剪构件。ST1ST1中震作用下的中震作用下的剪力调整剪力调整根据抗震设防专项审查意见：“巨型支撑框架承担的中震地震剪力应适当放大，并且不宜小于总地震剪力25”。在60层以上部分楼层需要进行剪力调整。以满足结构抗震设防二道防线的要求。 三三.

8、 . 构造特点构造特点转换桁架转换桁架次框架柱顶与桁架的连接次框架柱顶与桁架的连接次框架局部次框架局部次框架柱穿大支撑节点次框架柱穿大支撑节点次框架柱与大支撑和桁架脱开，可避免次框架柱与大支撑和桁架脱开，可避免大支撑进入塑性对次框架承载力的影响。大支撑进入塑性对次框架承载力的影响。巨柱的钢骨在节点区采用巨柱的钢骨在节点区采用K K型钢板型钢板与大支撑和桁架连接与大支撑和桁架连接A A型巨柱型巨柱与圆形龙骨柱接连与圆形龙骨柱接连B B型巨柱型巨柱与箱形大支撑连接与箱形大支撑连接四四. . 弹性计算弹性计算 分别采用分别采用ETABSETABSSATWESATWE程序进行了计算，程序进行了计算，结

9、果非常接近。结果非常接近。ST1ST1超塔，超塔，ETABSETABS程序计算结果：程序计算结果：自振周期（秒）自振周期（秒） T1=6.80 XT1=6.80 X向向 T2=6.35 YT2=6.35 Y向向 T3=3.18 T3=3.18 扭转扭转最大层间位移角最大层间位移角地震地震 X X向向 1/1242 Y1/1242 Y向向 1/12741/1274 风风 X X向向 1/551 1/551 Y Y向向 1/5641/564ST1ST1地震荷载层间位移角地震荷载层间位移角 ST1ST1风荷载层间位移角风荷载层间位移角 五五. . 抗震性能化设计抗震性能化设计根据抗震设防专项审查意见

10、根据抗震设防专项审查意见设计设计地震动参数：地震动参数： 小震按小震按“安评安评”和规范的较大值，中、大震仍按和规范的较大值，中、大震仍按规范采用。规范采用。结构抗震性能目标：结构抗震性能目标： 内筒主要墙肢（包括斜向墙肢）的偏压、偏拉、内筒主要墙肢（包括斜向墙肢）的偏压、偏拉、受剪承载力按中震弹性复核，并满足大震下的截面剪受剪承载力按中震弹性复核，并满足大震下的截面剪应力控制要求。应力控制要求。 外框柱和大支撑的承载力按中震弹性复核。外框柱和大支撑的承载力按中震弹性复核。 转换桁架构件承载力按大震不屈服复核。转换桁架构件承载力按大震不屈服复核。 ST1ST1动力弹塑性分析动力弹塑性分析 根据

11、超限抗震审查要求，根据超限抗震审查要求，ST1ST1结构高度超过结构高度超过300m300m，应由两个不同单位进行独立的动力弹塑性计算校核。应由两个不同单位进行独立的动力弹塑性计算校核。 中建东北设计院与建研科技股份公司合作，以构件中建东北设计院与建研科技股份公司合作，以构件实际配筋和截面为基础，采用实际配筋和截面为基础，采用ABAQUSABAQUS程序对程序对ST1ST1进行了进行了动力弹塑性分析。动力弹塑性分析。 经校核，与初步设计采用的经校核，与初步设计采用的LS-DYNALS-DYNA程序的计算结程序的计算结果基本一致。果基本一致。ST1动力弹塑性最大层间位移角动力弹塑性最大层间位移角

12、 ST1动力弹塑性最大位移动力弹塑性最大位移 超塔超塔ST1ST1动力弹塑性分析结果：动力弹塑性分析结果： 最大层间位移角为最大层间位移角为1/1831/183； 顶点最大位移为顶点最大位移为1415mm1415mm； 最大层间位移角出现在最上面两个桁架最大层间位移角出现在最上面两个桁架层之间第层之间第64-7264-72层。层。 核心筒四周的主要剪力墙破坏较轻，只有底部个别墙肢出核心筒四周的主要剪力墙破坏较轻，只有底部个别墙肢出现少量塑性应变。现少量塑性应变。 巨型柱内的钢骨和钢筋均处于弹性状态，混凝土压应力未巨型柱内的钢骨和钢筋均处于弹性状态，混凝土压应力未达到峰值。达到峰值。 大支撑的钢

13、管处于弹性状态。大支撑的钢管处于弹性状态。 转换桁架最大应力为转换桁架最大应力为173MPa173MPa，未进入塑性。未进入塑性。 龙骨柱最大应力为龙骨柱最大应力为307MPa307MPa，龙骨支撑最大应力为，龙骨支撑最大应力为203MPa203MPa，均未进入塑性。均未进入塑性。 大部分连梁内钢筋屈服，混凝土开裂，连梁破坏区域集中大部分连梁内钢筋屈服，混凝土开裂，连梁破坏区域集中于梁端。于梁端。 大震作用下结构仅有轻度损坏，大震作用下结构仅有轻度损坏， ST1ST1超塔满超塔满足足“大震不倒大震不倒”的抗震设防要求的抗震设防要求。ST1ST1施工图加强措施：施工图加强措施： 根据结构计算和抗

14、震性能化设计需要，采取了下列根据结构计算和抗震性能化设计需要，采取了下列加强措施。加强措施。 改进巨柱截面构造，并调整巨柱的含钢率；改进巨柱截面构造，并调整巨柱的含钢率； 增加底部加强区的主要墙肢厚度并在墙中增设型钢增加底部加强区的主要墙肢厚度并在墙中增设型钢暗柱；暗柱； 在剪力墙平面布置突变部位增设暗梁和型钢暗柱；在剪力墙平面布置突变部位增设暗梁和型钢暗柱； 在最大层间位移角楼层附近提高巨型柱的含钢率、在最大层间位移角楼层附近提高巨型柱的含钢率、增设剪力墙中的型钢暗柱、提高竖向构件配筋（箍）增设剪力墙中的型钢暗柱、提高竖向构件配筋（箍）率。率。 六六. . 组合巨柱截面优化组合巨柱截面优化巨

15、型柱受力特点：巨型柱受力特点： 非节点区柱段非节点区柱段 以轴力为主以轴力为主 节点区有较大节点区有较大 的弯矩和剪力的弯矩和剪力 巨柱在节点区同巨柱在节点区同时承受双向的剪时承受双向的剪力和弯矩力和弯矩剪力图剪力图弯矩图弯矩图轴力图轴力图巨型柱截面优化巨型组合柱截面特点：巨型组合柱截面特点：1 1。尺寸较大，底层。尺寸较大，底层3.2mX3.2m3.2mX3.2m；2 2。截面非双轴对称；。截面非双轴对称；3 3。含钢率较高，初步设计最大含钢率为。含钢率较高，初步设计最大含钢率为9.2%9.2%；4 4。初步设计为。初步设计为3 3个型钢分散布置。个型钢分散布置。根据根据抗震设防专项审查抗震

16、设防专项审查意见：意见： “ “改进巨型柱中多肢型钢间的连接构造，并通改进巨型柱中多肢型钢间的连接构造，并通过模型试验复核在轴向和双向偏心支撑荷载下巨型过模型试验复核在轴向和双向偏心支撑荷载下巨型柱的承载力。柱的承载力。” 业主委托建研科技股份公司进行了巨型组合柱业主委托建研科技股份公司进行了巨型组合柱的模型试验。的模型试验。 试验柱截面初步设计截面对比试验的有连接板截面A A型柱型柱B B型柱型柱B B型柱型柱A A型柱型柱试验模型试验模型钢筋绑扎型钢型钢上端试件下端试验加载试验加载考察构件的轴心受压和偏心受压承载力考察构件的轴心受压和偏心受压承载力轴压加载一定轴力作用下、施加往复侧向荷载

17、无连接板的试件比有连接板的试件先出现裂缝，且裂缝开展较快。无连接板的试件比有连接板的试件先出现裂缝，且裂缝开展较快。 A A、B B型柱设置连接板后，构件屈服后的延性有明显改善，破坏状态型柱设置连接板后，构件屈服后的延性有明显改善，破坏状态较轻。较轻。 B B型柱的角部先出现竖向裂缝；型柱的角部先出现竖向裂缝； 无连接板的无连接板的B B型柱，当轴压比较大（接近型柱，当轴压比较大（接近0.80.8）时延性较差，破坏时）时延性较差，破坏时出现较大的竖向裂缝。出现较大的竖向裂缝。 无连接板B型柱裂缝分布有连接板B型柱裂缝分布 根据模型试验和构件验算的结果，根据模型试验和构件验算的结果，综合考虑了加

18、工、运输和安综合考虑了加工、运输和安装的可行性，装的可行性，优化和改进了巨型柱中型钢间的连接构造。优化和改进了巨型柱中型钢间的连接构造。 增加约束混凝土的面积，尤其是在受力最大的角部；增加约束混凝土的面积，尤其是在受力最大的角部； 确保巨柱在双向荷载作用下能够整体共同工作；确保巨柱在双向荷载作用下能够整体共同工作； 避免独立多肢型钢间难以施工的钢筋布置。避免独立多肢型钢间难以施工的钢筋布置。 B B型柱型柱A A型柱型柱型钢采用型钢采用Q345GJCQ345GJC最厚钢板为最厚钢板为100mm100mm非节点区最大含钢率非节点区最大含钢率10.9%10.9%巨型组合柱施工图截面B B型柱型柱A A型柱型柱巨型组合柱截面验算 根据巨型柱试验结果：根据巨型柱试验结果：1 1。构件截面未屈服时，基本满足平截面假定。构件截面未屈服时，基本满足平截面假定。2 2。构件轴心受压和偏心受压承载力，可以用有限元分析求。构件轴心受压和偏心受压承载力，可以用有限元分析求 得，也可采用截面特性分析软件求得的结果乘以一定的得，也可采用截面特性分析软件求得的