大连中心裕景公建巨型组合柱结构设计[详细]

1、大连中心裕景(公建) 巨型组合柱结构设计,中国建筑东北设计研究院有限公司,一. 工程概况,超塔ST1： 地上80层 建筑总高383米 超塔ST2： 地上62层 建筑总高279米 商业裙楼：地上6层 整体地下室：4层 总建筑面积：47.59万平米,大连中心裕景(公建),超塔ST1效果图,中庭,空中花园,中庭外观,大连中心裕景(公建)总平面图示意,整体地下室最长：340米 裙楼设缝后最长：141米,二. 结构体系,超塔ST1结构体系,巨型支撑框架-混凝土内筒 混合结构。 采用内、外筒双重抗侧力 结构体系。 内筒：钢筋混凝土核心筒 外筒：巨型支撑框架 角部的5个巨型SRC柱 每15层设1道转换桁架

2、跨15层的大支撑 外筒在中庭处用龙骨柱封闭， 加强整体刚度。,ST1标准层平面布置图,130层,3160层,6180层,巨柱截面： 3200X32002500X2500 混凝土强度：C60,ST1外筒展开图,ST1核心筒平面,主要墙肢厚： 1400600 混凝土强度： C60/C50,1-7层核心筒,8-30层核心筒,31-60层核心筒,61-80层核心筒,超塔ST2结构体系,RC Core 钢筋混凝土核心筒,巨型支撑框架-混凝土内筒 混合结构 采用内、外筒双重抗侧力 结构体系。 内筒：钢筋混凝土核心筒 外筒：巨型支撑框架 角部的5个巨型SRC柱 每15层设1道转换桁架 跨15层的大支撑 外筒

3、刚度已足够，在角部不设 封闭支撑。,ST2标准层平面布置图,主要墙肢厚： 1100600 混凝土强度： C60/C50 巨柱截面: 2800X2800,2500X2500 混凝土强度：C60,130层,3162层,ST1核心筒承担的倾覆弯矩,风荷载作用,小震作用,在15层以上，外筒承担了超过 一半的倾覆弯矩。,风荷载作用,小震作用,ST1核心筒大支撑承担的楼层剪力,在15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。,ST1中震作用下的剪力调整,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

4、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. 构造特点,转换桁架,次框架柱顶与桁架的连接,次框架局部,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K型钢板与大支撑和桁架连接,A型巨柱与圆形龙骨柱接连,B型巨柱与箱形大支撑连接,四. 弹性计算,分别采用ETABSSATWE程序进行了计算， 结果非常接近。 ST1超塔，ETABS程序计算结果： 自振周期（秒） T1=6.80 X向 T2=6.35 Y向 T3=3.18 扭转 最大层间位移角 地震 X向 1/1242 Y向 1/1274 风 X向 1/551 Y

5、向 1/564,ST1地震荷载层间位移角,ST1风荷载层间位移角,五. 抗震性能化设计,根据抗震设防专项审查意见 设计地震动参数： 小震按“安评”和规范的较大值，中、大震仍按 规范采用。 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、 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。 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。,ST1动力弹塑性分析,根据超限抗震审查要求，ST1结构高度超过300m， 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 实际配筋和截面为基础，采用ABAQUS

6、程序对ST1进行了 动力弹塑性分析。 经校核，与初步设计采用的LS-DYNA程序的计算结 果基本一致。,ST1动力弹塑性最大层间位移角,ST1动力弹塑性最大位移,超塔ST1动力弹塑性分析结果： 最大层间位移角为1/183； 顶点最大位移为1415mm； 最大层间位移角出现在最上面两个桁架 层之间第64-72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，混凝土压应力未达到峰值。 大支撑的钢管处于弹性状态。 转换桁架最大应力为173MPa，未进入塑性。 龙骨柱最大应力为307MPa，龙骨支撑最大应力为203MPa，均未进入塑性。 大部

7、分连梁内钢筋屈服，混凝土开裂，连梁破坏区域集中于梁端。,大震作用下结构仅有轻度损坏， ST1超塔满 足“大震不倒”的抗震设防要求。,ST1施工图加强措施： 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。 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 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、 增设剪力墙中的型钢暗柱、提高竖向构件配筋（箍） 率。,六. 组合巨柱截面优化,巨型柱受力特点：,非节点区柱段 以轴力为主 节点区有较大 的弯矩和剪力 巨柱在节点区同时承受双向的剪力和弯矩,剪力图,弯矩

8、图,轴力图,巨型柱截面优化,巨型组合柱截面特点： 1。尺寸较大，底层3.2mX3.2m； 2。截面非双轴对称； 3。含钢率较高，初步设计最大含钢率为9.2%； 4。初步设计为3个型钢分散布置。 根据抗震设防专项审查意见： “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型柱,B型柱,B型柱,A型柱,试验模型,钢筋绑扎,型钢,型钢上端,试件下端,试验加载,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,无连

9、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、B型柱设置连接板后，构件屈服后的延性有明显改善，破坏状态较轻。 B型柱的角部先出现竖向裂缝； 无连接板的B型柱，当轴压比较大（接近0.8）时延性较差，破坏时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，综合考虑了加工、运输和安装的可行性，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； 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。,B型柱,A型柱,型钢采用Q345GJC 最厚钢板为100mm 非节点区最大含钢率10.9%,巨型组合柱施工图截面,B型柱,A型柱,巨型组合柱截面验算,根据巨型柱试验结果： 1。构件截面未屈服时，基本满足平截面假定。 2。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 修正系数。 3。通过试验与计算结果对比，不考虑混凝土约束效应将得 到偏安全的计算结果。 采用截面特性分析软件计算，并不考虑混凝土的约束 效应，本工程巨型柱承载力可满足中震弹性要求。,B型柱CC1中震弹性承载力图,17-31层柱,1-16层柱,七. 钢结构制作与施工,ST1塔楼巨型柱中钢骨最大分节长度12米； 最大分节重量87吨； 采用了国内目前最大的塔