大连绿地中心钢混核心筒+伸臂桁架+巨型框架结构设计

主要内容大连∙

绿地中心结构设计及若干问题探讨1.工程概况2.

设计依据3.

设计准则4.

荷载作用.2015-08-126.

地基基础7.

结构体系8.

弹性分析结果9.

结构构件设计1工程概况结构参数3设计准则本工程总建筑面积29.6万m2，地上总建筑面积塔冠结构设计基准期：结构设计使用年限：建筑结构安全等级：50年22.7万

m2，地下总建筑面积6.9万

m2。建筑地上为82层，地下室5层，裙房3层。建筑高度518

m，结构高度为420.1

m。50年

(耐久性100年)L64～L82酒店塔楼重要构件为一级；次要构件为二级重要构件：核芯筒、巨柱、伸臂桁架、环形桁架次要构件：除重要构件外的其他构件如楼面次梁.。L37～L63公寓地上部分裙房与塔楼脱开，两者之间在二层通过连廊联系在一起。结构重要性系数：重要构件为1.1，次要构件为1.0建筑抗震设防分类：地基基础设计等级：乙类甲级L6～L36办公楼13设计准则4荷载与作用结构变形及舒适度要求

楼面活荷载

结构整体性能分析将依据《荷载规范》中的取值，并考虑活荷载的折减。

设计楼板及楼面梁等局部构件时，活荷载基于上表中的数值适当放大，如：核芯筒外3m宽范围内的活荷载取值由3..0N/m2放大至7.0kN/m2。荷载与作用变形或舒适度指标≤l/400桁架、主梁挠度楼面次梁挠度永久与可变荷载≤l/250规范要求(kN/m2)2.0实际选用(kN/m2)3.0功能分区楼面竖向加速度组合楼板挠度0.005g≤l/360办公设备间永久与可变荷载50年重现期7.07.0楼层最大层间位移≤h/500≤0.25m/s2≤h/500≤h/100风荷载避难区域卫生间3.53.510年重现期

建筑物顶点最大加速度2.52.5地震作用多遇地震罕遇地震楼层最大层间位移楼层最大层间位移楼梯间3.53.5电梯大堂不上人屋面2.52.50.50.54荷载与作用初步风洞试验4荷载与作用风荷载

基本参数：由于本工程为超高层建筑，

高度大于200m，且建筑形体较复杂，风荷载及响应的大小直接影响到建筑成本与舒适度。50年一遇的基本风压：承载力设计用基本风压：地面粗糙度类别

:

基本风压重现期：塔楼整体位移控制：构件强度设计：w0=0.65

kN/m2w0=1.1

x

0.65

=

0.715

kN/m2A类RWDI已进行初步风洞试验，风洞试验采用1:500的高频测力天平模型，在模拟的边界层风洞中进行吹风试验，模型包括大楼周围500米半径范围内所有建筑物。试验风向角间隔为10度，共模拟36个不同风向，如左图所示。50年50年基本风压放大1.1倍10年舒适度计算：阻尼比：塔楼整体位移控制；构件强度设计：舒适度计算：0.0200.01524荷载与作用地震作用4荷载与作用初步风洞试验0.160.140.120.100.080.060.040.020.00试验结果显示本项目空气动力学外形较好，极端风工况下设计荷载主要由顺风向控制，横风向效应不明显。由于建筑体型在三个角部有明显内凹，且从下到上不断增大，风荷载大于规范中截角三角形取值，250m以上区域风荷载综合体型系数可达1.4-2.0。抗震设防烈度：基本地震加速度峰值:设计地震分组：场地类别:7度安评小震规范小震0.10g第二组第Ⅱ类0.40s特征周期Tg:0.02.04.06.08.010.0周期(s)阻尼比:0.035（弹性分析)0.050（弹塑性分析）抗震措施：8度

计算小震作用时，采用《抗规》与安由于塔冠高度较高，其风荷载效应较大；塔冠开洞率由25%增加到50%时，塔冠所受的风荷载减少达26%。周期折减系数：0.85评数据的包络值；计算中震与大震作用时，采用《抗规》的参数。6地基与基础5

结构材料

本工程设有5层地下室，地下室埋深28.7m。

主楼范围内的地下室部分采用框架-核心筒结构，裙房范围内的地下室采用钢筋混凝土框架结构。混凝土钢筋部位混凝土强度等级巨柱混凝土C70C60剪力墙、连梁混凝土梁、板混凝土基础混凝土C35

主楼基底为岩石，建议采用天然地基+筏板基础。C50（90天强度）主楼区域－HPB300；

－HRB335；

－HRB400(优先采用)钢材相对薄弱区相对薄弱区

巨柱/角柱/连梁/墙内的钢骨、次框架柱及框架梁采用Q345B或Q345GJB

楼面次梁主要采用Q235B。

关键节点如有必要，采用高强钢如Q390GJC。3

天然地基6地基与基础

结构高度与高宽比7结构体系建筑总高度为518m，结构高度为420.1m

主体结构的高宽比：

420.1/55=

7.6

塔楼建议采用天然地基+筏板基础（板厚暂定为5.0m）。绝对标高为-14m处已是中风化板岩，其承载力特征值为2500kPa塔楼区域最大基底反力约为2250kPa，小于地基承载力特征值。

核芯筒的高宽比：420.1/

32.4＝

13.0五层地下室，埋深：

-28.7m＝H/14.6办公公寓典型楼层平面图酒店塔楼结构体系7结构体系

类似结构体系的工程7结构体系双重抗侧力结构体系：钢筋混凝土核芯筒+伸臂桁架+巨型框架建筑名称高度(m)420香港IFC香港环球贸易广场广州东塔480518上海中心636整体结构混凝土核芯筒+伸臂桁架巨型框架+次框架香港IFC4

体系优势芯筒平面7结构体系7结构体系

实现建筑大空间柱网、立面景观视野等功能要求充分利用结构宽度，提高整体结构抗倾覆能力和空间受力性能

竖向荷载集中于巨柱，平衡倾覆力矩作用下巨大的上拔力

提高外框抗侧刚度，协调巨柱与芯筒变形，提高结构冗余度引入次框架结构，解决角部大悬挑梁引起的竖向振动F69～F85F38M～F68F25～F38F09～F24BASE～F08芯筒立面7结构体系伸臂桁架7结构体系4th伸臂桁架F83‐F84F83-F84F67-F68钢板厚（mm）墙厚（mm）混凝土楼层钢材WAWBWCWA3th伸臂桁架F67‐F68F68

~ROOFF53

~F68400750600600600600800800200200200200200200--thF52‐F53F38M

~

F53F23

~F38MF07

~F23900-C60

Q390GJ105012001400-F52-F53F37-F381th伸臂桁架F37‐F384060B04

~F075巨柱7结构体系环形桁架7结构体系面积（m2）

形状截面含钢率

砼标

钢材等编号MC06分布%号级

环形桁架作用6th环形桁架F83‐F84F68

~ROOF8/①形成巨型框架，加强外框的刚度提高外框第二道防线作用5th环形桁架F67‐F68MC05MC04MC03F53

~F68F38M

~F53F23

~F38M101215///②加强巨柱约束；减小巨柱的计算长度协调巨柱变形4th环形桁架F52‐F53③④在非伸臂层起虚拟伸臂作用将次框架的竖向荷载传递给巨柱，C70

Q345GJ3th环形桁架F37‐F38减小楼面悬挑跨度，改善楼面舒适度。MC02MC01F07

~F23B04

~F071821//

环形桁架高度2th环形桁架F21‐F225.4m/6.3m/8.45m/12m1th环形桁架F05‐F06

楼盖体系次框架7结构体系7结构体系次框架填充于巨型框架之内，主要承担楼层竖向荷载次框架柱通过环桁架将竖向荷载传递给两侧巨柱。上下端节点不同构造节点，提高冗余度芯筒外楼板厚度为

120mm芯筒内楼板厚度为

150mm伸臂桁架上下弦楼层为

200mm为避免环形桁架上部的竖向荷载传递给次框架柱，在次框架顶部与上部环形桁架设置长圆孔螺栓来实现典型楼层结构平面顶部滑动连接节点组合楼盖示意图次框架6塔冠结构7结构体系主楼地下室7结构体系大连绿地塔冠高98m，由6道鳍状竖向桁架与顶部的三向桁架体系组成。为满足地下一层与地上一层的刚度比大于2.0的要求，地下室核心筒外墙墙厚增大800mm至2200mm，巨柱周边结合建筑功能要求设置翼墙。翼墙翼墙翼墙地下室翼墙布置图塔冠三维示意图鳍状竖向桁架三向桁架体系8

弹性分析结果结构周期和振型8

弹性分析结果分析模型计算分析软件采ETABS振型T1T2T3主体结构按弹性计算分析，取地下室底周期(s)7.457.054.52板作为上部结构的嵌固端T

/T

＝0.61

<

0.85

楼板采用膜单元模拟楼板31YX第一振型第二振型第三振型7结构竖向荷载分布8

弹性分析结果楼层剪力与倾覆力矩8

弹性分析结果构

件质量(万吨)

自重百分比(%)占总重百分比(%)14.1%楼板6.615.69.219.2%45.4%26.7%8.7%反应谱核心筒巨型框架次框架33.4%19.7%6.4%风荷载小震中震10599大震2443.0底部剪力X向Y向636189总结构构件自重楼面梁及结构附加恒载0.5*活载34.38.24.173.6%17.6%8.8%(MN)233100地震总质量46.5反应谱中震重力荷载代表值比例构件自重比例风荷载23,05326,799小震大震9%9%X向19%45%13,98722,02921,68251,74017%（绕Y轴）底部力矩27%(MN.m)Y向13,86351,193（绕X轴）74%楼板总结构构件自重楼面梁及结构附加恒载0.5*活载核心筒巨型框架次框架楼层剪力8

弹性分析结果楼层倾覆力矩8

弹性分析结果8剪重比8

弹性分析结果结构楼层位移8

弹性分析结果小震作用下106450年风最大层间位移角X向(1/)Y向(1/)6255292247反应谱28650年风495顶点位移X向Y向最小剪重比出现在基底为0.0134，小于规范限值按加速度峰值放大后的结果，即0.012x46/35=0.158的要求，最小剪重比与限值的比值为0.851。(mm)128576结构楼层位移8

弹性分析结果整体稳定与刚重比8

弹性分析结果倒三角荷载方向XEJdG(103

kN)6.22E+066.22E+06EJd/(1.4G*H2)结论1.80E+121.77E+121.171.15>1.0,满足要求>1.0,满足要求Y9P-∆效应分析8

弹性分析结果楼层倾覆力矩分布8

弹性分析结果04504003503002502001501005045040035030025020015010050考虑考虑不考虑1/500不考虑1/5000000.00050.0010.00150.0020.002500.00050.0010.00150.0020.0025层间位移角层间位移角周期T26.897.052.3%顶点位移

(mm)最大层间位移角(1/)T1T3UX464UY536UX662UY558不考虑考虑增加百分比7.257.452.7%4.184.527.5%471548625529巨型框架承担了大部分的倾覆弯矩，大部分楼层内其承担比例超过了50％1.4%2.2%5.9%5.5%8

弹性分析结果

外框承担的剪力比8

弹性分析结果楼层剪力分布1.

核心筒承担了大部分的楼层剪力，除加强层等部分楼层外，部分楼层内框架承担的剪力大于基底剪力的10%。2.

设计时将任一层框架部分承担的地震剪力调整至结构底部总地震剪力的20％与框架部分楼层剪力最大值的1.5