京基金融中心超高层结构设计

Goodisgood,butbettercarriesit.

精益求精，善益求善。Goodisgood,butbettercarriesit.

精益求精，善益求善。京基金融中心超高层结构设计“湾上六座花园”项目超限高层建筑工程“湾上六座花园”项目超限高层建筑工程PAGEPAGE7“湾上六座花园”项目超限高层建筑工程PAGE京基金融中心结构设计提纲工程概况：京基金融中心位于深圳市，地处金融文化区，总建筑面积约60万平方米，由A、B、C、D、E五栋塔楼组成，是集甲级写字楼、六星级豪华酒店、大型商业、高级公寓、住宅为一体的大型综合建筑群，将成为深圳市新的地标建筑。京基金融中心A座(下简称京基金融中心)约24万平方米，98层，楼高439米。大厦外形创意来源于喷泉和瀑布，建成后将成为华南第一高楼，也是目前世界上最高的超高层建筑之一。大厦共有4个功能分区。其中1～3层为通高大堂空间。4层设置酒店宴会厅、相关功能区和餐厅，可从大堂或同楼层的商场通道进入。5～74层是大厦主体，为甲级写字楼，顶部75～97层设六星级豪华酒店，约有250套房间以及与酒店相关的餐厅等服务用房，在大厦最顶部拱顶内设置蛋形特色餐厅。结构体系：主体结构体系分别采用钢筋混凝土核心筒、巨型斜支撑框架及三道伸臂桁架、五道腰桁架组成三重抗侧力结构体系，以抵抗水平荷载。结构体系构成简述如下：（1）钢筋混凝土核心筒。核心筒从承台面伸延至77层,该层以上取消核心筒体，仅保留左侧一片右侧两片竖向布置的剪力墙，使得酒店区可以设有开放式通高中空中庭（从77层~94层）。（2）巨型斜支撑框架。巨型斜支撑设置于大楼东西两侧的垂直立面上，采用X形交叉形式,水平倾角在50°~68°之间，斜撑材料为Q345GJC,采用箱型断面底部最大为1600x1400，钢板厚80（3）框架部分由矩形钢管混凝土柱及型钢组合梁组成，矩形钢管柱断面底部最大为2700x3900,钢板材料为Q345GJC、最大厚度为70mm。南北面的型钢混凝土柱从承台面～38层呈圆弧倾斜，自38层以上配合总体建筑布置呈圆弧向内倾斜。采用巨型钢管混凝土柱可增加框架的延性，方便结构主体施工，降低结构造价，同时亦可减少柱截面从而提高使用率。（4）五道腰桁架、三道伸臂桁架。腰桁架沿塔楼高度均匀分布，结合避难及设备层，可增加外框架的抗扭性能，从而减低扭转效应在地震作用下的不利影响；三道伸臂桁架则设于37～39层、55～57层、73～75层，同时在相连伸臂桁架的剪力墙中设置剪力墙暗桁架，加强了结构的整体性、增大了结构的抗侧刚度。超高层结构设计需要解决的关键技术：超高宽比结构的抗风设计首层竖向结构平面本工程平面最大处高宽比（中间）439/46=9.54,平面最小处高宽比（两端）439/40=10.98,平均高宽比439/43=10.2。深圳地区基本风压50年一遇为0.75KN/m2，100年一遇为0.9KN/m2，本工程初步风洞试验采用高频天平风洞试验，详细风洞试验采用高频压力积分风洞试验，峰值加速度10年会归期时90层处为0.244m/s2。为了控制峰值加速度，满足舒适度要求，本工程预留AMD减振控制措施。2.巨型柱截面形式选择外框柱角柱为2.7×3.9m,南北向8根边柱为2.6×3.2m，柱截面可选用的形式有：型钢混凝土柱、钢管混凝土叠合柱、圆钢管混凝土柱和方钢管混凝土柱等。设计通过详细分析和比较，结合外框柱的受力特点，充分考虑施工可行性、节点处理难易及结构经济性等要素，最终选择矩型钢管混凝土柱作为实施方案。3.巨型钢斜支撑、钢腰桁架及钢伸臂桁架敏感性分析京基金融中心属三重结构抗侧力体系的设计，主体结构包括核心筒、框架、腰桁架、伸臂桁架及巨型斜撑。充分了解各体系及构件对整体结构刚度和稳定性的贡献是非常必要的，所以在大楼设计时，对腰桁架、伸臂桁架及巨型斜支撑布置的位置和数量都进行了充分比较和论证，以了解其在主体结构中敏感性，从而确定结构最优组合的布置方案。超厚钢骨混凝土墙构件设计本工程南北侧核心筒下部最大墙厚达到1.9m；东西侧核心筒下部最大墙厚达到1.2m。为了增加结构的抗侧刚度及构造加强需要墙内设置型钢，对这种超厚剪力墙的设计国内没有多少可参照的经验，设计必须充分考虑各种因素，特别是从构造及施工角度，甚至要考虑到施工时钢筋绑扎顺序。结构弹塑性动时程分析为了了解结构在地震作用下的破坏性质，考察结构整体变形和最大层间位移角，验证结构是否满足“小震不坏，中震可修，大震不倒”及本工程重要构件大震弹性的抗震设防目标，判断主要抗侧力体系的损伤原因及损伤程度，从而对整体结构抗震性能进行评估。本工程采用LS-DYNA和PERFORM-3D两个不同的软件进行罕遇地震作用下的弹塑性动力时程分析。节点设计和节点的三维有限元分析超高层建筑由于竖向构件支撑及伸臂桁架的构件断面一般都超大，同时由于构件不同受力要求会采用不同材料或材料组合，这样节点设计就显得非常关键，不仅要保证强节点弱构件的抗震设计理念，同时要考虑其经济性和施工的方便性。本工程中主要节点有：矩形钢管（最大尺寸1.6×1.4m，80mm厚）斜支撑和矩形钢管混凝土柱的连接节点；钢伸臂桁架与矩形钢管混凝土柱及核心筒的连接节点；腰桁架与矩形钢管混凝土柱的连接节点；顶部钢顶拱和下部楼层的连接节点；57米跨入口大雨蓬与矩形钢管混凝土柱的连接；矩形钢管混凝土的柱脚。结构抗连续倒塌分析抗连续倒塌分析技术在重要工程中正日益受到重视，但具体进行分析设计仍然有不小的困难，本工程进行了极为有益的探索。基于数学的优化方法在结构设计过程中，经常需要对结构的质量，用钢量或结构造价进行优化。此外在方案或初步设计阶段，对于超高层建筑及体型复杂的结构一些宏观指标，如层间位移角，扭转位移比或平动周期与扭转周期比等有时需要反复调整构件截面尺寸才能满足规范要求。对于上面两种情况，在传统的结构设计中设计者往往是凭自身的经验对构件进行反复调整，这种“手工调整”的方法带有很大的随意性，而且每次调整都要通过对模型重新计算来复核，这样不仅耗时多而且还不一定取得理想结果，特别是对一些构件数量极其庞大的超高层和复杂结构，有时对哪类构件进行调整效益较高很难正确判断。京基金融中心对采用有限元软件进行优化，进行尝试，从而为构件设计和优化指明方向。非荷载作用下的变形分析京基金融中心是带巨型斜撑的框筒结构，在施工过程中，由于结构钢筋混凝土核心筒和外框架材料的不同层次、轴向力应力水平的差异及施工程序先后等影响，都会产生不同的轴向压缩量，对于这种超高层结构来说，核心筒和外框柱的不平均压缩，不论是弹性的或者是非弹性的（包括混凝土的收缩及徐变），其影响在设计和施工中均要专门考虑。特别是对巨型斜撑及伸臂桁架的连接方式和连接时间在设计时也应给予充分考虑。有限元程序控制台【FEMConsole】本工程结构分析比较复杂，需要有一个整合目前主要的大型有限元程序等分析计算手段、并提供前后处理数据支持计算平台，采用模块化、图形化表格化等最新技术、历经多年终于基本完成了有限元程序控制台--FEMConsole的主要模块的开发,并在本工程设计中得到应用，极大地提高效率和设计的准确性，这对于复杂结构设计和分析具有重要的指导意义和推广价值。结构优化：施工图设计阶段分别对桩基及底板、外框柱、楼面梁、巨型斜撑及腰桁架、核心筒墙体内型钢、顶拱钢结构、