大连东港G01地块项目超高层结构设计_胡玉海
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主体结构高度为 162. 65m，对照《高层建筑混凝 土结构技术规程》（ JGJ 3—2010） 和文献［5］，抗震 设防烈度为 7 度地区的框架-核心筒结构高度限制 A 级为 130m，B 级为 180m，故结构高度超限，为 B 级高度建筑［3］。6 层因层高为 5. 40m，存在刚度突 变。钢骨混凝土框架柱为适应建筑立面内收和外张 的斜柱（ 图 4） ，内收和外张角度为 6. 91°，顶部内收 角度为 12. 31°，结构计算模型见图 5，故该项目为复 杂高层超限工程［5］。 5. 2 抗震性能设防目标
结构设计采用基于性能化的设计方法［6］，抗震 性能设防目标如表 1 所示。
抗震性能设防目标
表1
地震烈度 层间位移角限值
小震 1 /760
中震 —
大震 1 /100
核 心 筒
底部加强部位 按 抗 震
及斜柱外张段 （ 13 ～ 22 层、 31 ～ 40 层）
要求设 计，弹性
截面抗剪承载 力按弹性设计， 偏拉、偏压承载 力不屈服
本项目结构设计基准期为 50 年，结构安全等级
作者简介： 胡 玉 海，高 级 工 程 师，一 级 注 册 结 构 工 程 师，Email： DLAＲC_7@ 126． com。
60
建筑结构
2015 年
为二级，抗震设防类别为标准设防，抗震设防烈度为 7 度，设计基本地震加速度为 0. 10g，设计地震分组为 第二组，框架及核心筒剪力墙的抗震等级为一级［1］。 4. 2 风荷载
层以上层高为 3. 30m。塔楼与裙房在地上共设三道
防震缝，将塔楼在地上与裙房分开，形成三个独立的 单塔。由于 3 个塔楼结构相似，本文以 3# 楼作为主
要分析对象。
2 结构选型
大连东港 G01 地块 项目 3# 楼 采 用 框 架-核
心 筒 结 构，高 宽 比 为
4. 4，核心筒高宽比 X 向
为 12. 2，Y 向 为 13. 3。
结构前 3 阶周期和振型如表 2 所示，结构具有 很好的抗扭刚度，且 X 向和 Y 向振型质量参与系数 均超过 90% 。
结构前 3 阶周期和振型
表2
阶数
周期 /s
振型
第一扭转周期与第一 平动周期的比值
SATWE ETABS SATWE ETABS SATWE ETABS
1 3. 465 3. 711 Y 向平动 Y 向平动
图 2 标准层平面结构布置图
图 3 结构剖面图
图 4 斜柱立面示意图 图 5 结构计算模型
第 45 卷 第 7 期
胡玉海，等． 大连东港 G01 地块项目超高层结构设计
61
虑了重力二阶效应； 位移计算采用 50 年一遇基本风 压，承载力设计采用 50 年一遇基本风压的 1. 1 倍。 6. 1. 1 结构周期和振型
9. 18 9. 16
SATWE 中震
68 801
1 /552 1 /549
— — 22 856 23 076 1. 84% 1. 73% 20. 06
20. 02
ETABS 风荷载 小震 中震 风荷载
69 110
1 /1 333 1 /1 141 1 /523 1 /1 273
1 /1 300 1 /1 096 1 /510 1 /1 234
［摘要］ 大连东港 G01 地块项目结构高度 162. 65m，采用框架-核心筒结构，框架柱采用适应建筑立面的内收和外 张的斜柱，内收和外张的角度为 6. 91°，顶部内收角度为 12. 31°。重点分析了斜柱外框架剪力分布特点。通过对结 构进行的性能化分析和大震下的动力弹塑性分析表明，结构具有良好的承载和变形能力。 ［关键词］ 超高层结构； 内收斜柱； 外张斜柱； 抗震性能目标； 动力弹塑性分析 中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号： 1002-848X（ 2015） 07-0059-05
94
108
—
98
97
111
— 100
Design on super high-rise structure for Donggang G01 project in Dalian Hu Yuhai1 ，Chen Bo1 ，Sun Ming1 ，Zhu Shandong2 ，Zuo Qinglin1
（ 1 Dalian Architectural Design ＆ Ｒesearch Institute Co．，Ltd．，Dalian 116021，China； 2 Zhejiang Joyon Ｒeal Estate Co．，Ltd．，Hangzhou 310013，China）
由于本项目结构体型复杂，3 个塔楼在总平面 上呈三角形分布，风荷载下对相互影响比较敏感，故 委托中国建筑科学研究院建研科技股份有限公司进 行风洞试 验 和 风 振 效 应 分 析［2］。 风 洞 试 验 数 据 为 100 年重现期，阻尼比 5% ，并考虑了横风效应。按 《高层建筑混凝土结构技术规程》（ JGJ 3—2010） ［3］ 取值时，100 年一遇的基本风压取 0. 715kN / m2 ，体 型系数取 1. 4。 4. 3 地震作用
地震安全 性 评 价 报 告［4］ 提 供 的 多 遇 地 震 的 特 征周期为 0. 39s，水平地震影响系数最大值 αmax 为 0. 10。小震下结构计算按安评报告［4］提供的地震 参数，中震和 大 震 下 结 构 计 算 按 文 献［5］的 设 计 参 数取值。 5 结构超限类型及抗震性能设防目标 5. 1 结构超限类型
第 45 卷 第 7 期 2015 年 4 月上
建筑结构 Building Structure
Vol． 45 No． 7 Apr． 2015
大连东港 G01 地块项目超高层结构设计
胡玉海1 ， 陈 波1 ， 孙 明1 ， 朱善东2 ， 左清林1
（ 1 大连市建筑设计研究院有限公司，大连 116021； 2 浙江郡原地产股份有限公司，杭州 310013）
性 框 其上下各一层 计，弹性
能架
柱
按抗震
一般部位
要 求 设 不屈服
计，弹性
不屈服
允许部分进入 塑性
转折层及其上下各 一层框架梁
按抗震 要求设 计，弹性
拉弯承载力按 弹性设计
允许部分进入 塑 性，控 制 损 伤
框架梁（ 一般层）
按抗震 要求设 计，弹性
允许部分进入 塑性
允许部分进入 塑性
转折层及其上 按 抗 震
通高内置型钢暗柱的核
心筒 为 主 要 抗 侧 力 结
构，适 应 建 筑 立 面 的 内
收和外张的钢骨混凝土
框架斜柱和钢筋混凝土
框架梁 （ 斜柱转折层及
图 1 建筑效果图
其上下各一层内置工字型钢的钢骨梁） 组成的外框 架为次要抗侧力结构，典型结构平面布置见图 2。 核心筒剪力墙厚度由下至上为 600 ～ 400mm，混凝 土 强 度 等 级 由 下 至 上 为 C60 ～ C40，钢 材 采 用 Q345B。钢骨混凝土 框 架 柱 截 面 尺 寸 由 下 至 上 为 1 200 × 1 200 ～ 800 × 800，通高内置十字形钢骨，混 凝土强 度 等 级 由 下 至 上 为 C60 ～ C40，钢 材 采 用 Q345B。框架梁截面为 500 × 600，混凝土强度等级 为 C30，结构剖面见图 3。 3 地基基础设计
Abstract： The frame-corewall structure is applied in Donggang G01 project in Dalian with the structural height of 162. 65 meters． To coordinate with the building facade，the frame columns were designed inclined inward and outward with angles of 6. 91 degrees and the top inward angels of 12. 31 degrees． The shear distribution characteristics of the outer frame composed of inclined columns were focused in analysis． The structure shows good bearing capacity and deformation capacity in performance-based seismic design and dynamic elastic-plastic analysis under the rare earthquake． Keywords： super high-rise structure； inward-inclined column； outward-inclined column； seismic performance objectives； dynamic elastic-plastic analysis
两种程序弹性分析结果对比
表3
结构响应
总质量 （ 含地下室） /t 最大层 X 向 间位移角 Y 向 最大位 X 向 移 /mm Y 向 底部剪 X 向 力 /kN Y 向
X向 剪重比 Y 向 倾覆力 X 向 矩/（ ×105 kN·m） Y 向
小震
1 /1 260 1 /1 227
96 99 10 845 10 940
楼板 下各一层
要 求 设 不屈服 计，弹性
允许部分进入 塑 性，控 制 混 凝 土 损 伤，钢 筋不屈服
6 结构计算分析及超限加强措施 6. 1 整体弹性分析
结构的整体弹性计算采用 SATWE 和 ETABS 程 序进行对比分析。嵌固端为地下 1 层顶板，并采用 刚性楼板假定。分析时采用考虑扭转耦联的振型分 解反应谱法，考虑了竖向地震、双向地震和偶然偏心 的影响，附加了 45°方向和 135°方向的地震作用，考
地下室结构埋深 12. 35m，根据地质勘查资料， 1#楼采用桩筏基础，2#，3# 楼采用筏板基础，裙房基 础采用独立柱基加构造防水底板，桩基持力层为中 风化板岩，独立柱基持力层为强风化板岩或中风化 板岩。由于抗浮水位较高（ 抗浮设计水位取绝对标 高 3. 00m） ，在裙房部分抗浮不满足要求处设置抗浮 锚杆，锚杆直径 133mm，锚杆的抗拔承载力特征值 由抗拔试验确定。 4 结构设计条件 4. 1 基本设计参数
2 3. 408 3. 647 X 向平动 X 向平动 0. 53
0. 46
3 1. 869 1. 712 扭转
扭转
6. 1. 2 整体弹性分析结果 结构在地震和风荷载作用下的整体弹性分析结
果见表 3。从表中可以看出，SATWE 和 ETABS 程序 计算 结 果 吻 合 较 好。原 方 案 的 结 构 5 层 层 高 为 6. 35m，其上一层的设备层的层高为 2. 15m，致使 5 层与相邻楼层的 侧 向 刚 度 比 为 0. 57，此 层 为 软 弱 层，且 5 层与相邻楼层的受剪承载力比值为 0. 77， 虽然不是薄弱层，但较接近规范 0. 75 的限值要求。 根据抗 震 设 防 专 项 审 查 专 家 组 的 建 议，将 层 高 2. 15m 的设备层与 6 层合并为一层，即 6 层层高由 原 3. 3m 改为 5. 4m，5 层层高由 6. 35m 改为 4. 25m。 通过复核计算可知，6 层为薄弱层但不是软弱层，且 层刚度和受剪承载力与其相邻上一层的比值较原方 案改善较多。
1 工程概况
大连东港 G01 地块项目位于大连市中山区东 港地块，总建筑面积为 172 221m2 ，建筑效果图见图
1。地下 2 层，均为车库，地上共 46 层，其中 4 层裙
房为商业及配套设施，上部三个塔楼为高级公寓，塔
楼结构高度为 162. 65m，裙房层高 5. 4m，塔楼 1 ～ 4
层层高 5. 4m，5 层层高 4. 25m，6 层层高 5. 40m，6
允许部分进入 塑 性，抗 剪源自文库截 面 不 屈 服，满 足截面控制条
件
墙 肢
一般部位
按抗震
截面抗剪承载 力按不屈服设
允许部分进入
要求设 计，弹性
计，偏 拉、偏 压 承载力不屈服
塑性
核心筒连梁
按抗震 要 求 设 允许进入塑性 计，弹性
允许部分进入 塑性
底部加强部 按抗震
构 件
位、转 折 层 及 要 求 设 保持弹性
结构设计采用基于性能化的设计方法［6］，抗震 性能设防目标如表 1 所示。
抗震性能设防目标
表1
地震烈度 层间位移角限值
小震 1 /760
中震 —
大震 1 /100
核 心 筒
底部加强部位 按 抗 震
及斜柱外张段 （ 13 ～ 22 层、 31 ～ 40 层）
要求设 计，弹性
截面抗剪承载 力按弹性设计， 偏拉、偏压承载 力不屈服
本项目结构设计基准期为 50 年，结构安全等级
作者简介： 胡 玉 海，高 级 工 程 师，一 级 注 册 结 构 工 程 师，Email： DLAＲC_7@ 126． com。
60
建筑结构
2015 年
为二级，抗震设防类别为标准设防，抗震设防烈度为 7 度，设计基本地震加速度为 0. 10g，设计地震分组为 第二组，框架及核心筒剪力墙的抗震等级为一级［1］。 4. 2 风荷载
层以上层高为 3. 30m。塔楼与裙房在地上共设三道
防震缝，将塔楼在地上与裙房分开，形成三个独立的 单塔。由于 3 个塔楼结构相似，本文以 3# 楼作为主
要分析对象。
2 结构选型
大连东港 G01 地块 项目 3# 楼 采 用 框 架-核
心 筒 结 构，高 宽 比 为
4. 4，核心筒高宽比 X 向
为 12. 2，Y 向 为 13. 3。
结构前 3 阶周期和振型如表 2 所示，结构具有 很好的抗扭刚度，且 X 向和 Y 向振型质量参与系数 均超过 90% 。
结构前 3 阶周期和振型
表2
阶数
周期 /s
振型
第一扭转周期与第一 平动周期的比值
SATWE ETABS SATWE ETABS SATWE ETABS
1 3. 465 3. 711 Y 向平动 Y 向平动
图 2 标准层平面结构布置图
图 3 结构剖面图
图 4 斜柱立面示意图 图 5 结构计算模型
第 45 卷 第 7 期
胡玉海，等． 大连东港 G01 地块项目超高层结构设计
61
虑了重力二阶效应； 位移计算采用 50 年一遇基本风 压，承载力设计采用 50 年一遇基本风压的 1. 1 倍。 6. 1. 1 结构周期和振型
9. 18 9. 16
SATWE 中震
68 801
1 /552 1 /549
— — 22 856 23 076 1. 84% 1. 73% 20. 06
20. 02
ETABS 风荷载 小震 中震 风荷载
69 110
1 /1 333 1 /1 141 1 /523 1 /1 273
1 /1 300 1 /1 096 1 /510 1 /1 234
［摘要］ 大连东港 G01 地块项目结构高度 162. 65m，采用框架-核心筒结构，框架柱采用适应建筑立面的内收和外 张的斜柱，内收和外张的角度为 6. 91°，顶部内收角度为 12. 31°。重点分析了斜柱外框架剪力分布特点。通过对结 构进行的性能化分析和大震下的动力弹塑性分析表明，结构具有良好的承载和变形能力。 ［关键词］ 超高层结构； 内收斜柱； 外张斜柱； 抗震性能目标； 动力弹塑性分析 中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号： 1002-848X（ 2015） 07-0059-05
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108
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98
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111
— 100
Design on super high-rise structure for Donggang G01 project in Dalian Hu Yuhai1 ，Chen Bo1 ，Sun Ming1 ，Zhu Shandong2 ，Zuo Qinglin1
（ 1 Dalian Architectural Design ＆ Ｒesearch Institute Co．，Ltd．，Dalian 116021，China； 2 Zhejiang Joyon Ｒeal Estate Co．，Ltd．，Hangzhou 310013，China）
由于本项目结构体型复杂，3 个塔楼在总平面 上呈三角形分布，风荷载下对相互影响比较敏感，故 委托中国建筑科学研究院建研科技股份有限公司进 行风洞试 验 和 风 振 效 应 分 析［2］。 风 洞 试 验 数 据 为 100 年重现期，阻尼比 5% ，并考虑了横风效应。按 《高层建筑混凝土结构技术规程》（ JGJ 3—2010） ［3］ 取值时，100 年一遇的基本风压取 0. 715kN / m2 ，体 型系数取 1. 4。 4. 3 地震作用
地震安全 性 评 价 报 告［4］ 提 供 的 多 遇 地 震 的 特 征周期为 0. 39s，水平地震影响系数最大值 αmax 为 0. 10。小震下结构计算按安评报告［4］提供的地震 参数，中震和 大 震 下 结 构 计 算 按 文 献［5］的 设 计 参 数取值。 5 结构超限类型及抗震性能设防目标 5. 1 结构超限类型
第 45 卷 第 7 期 2015 年 4 月上
建筑结构 Building Structure
Vol． 45 No． 7 Apr． 2015
大连东港 G01 地块项目超高层结构设计
胡玉海1 ， 陈 波1 ， 孙 明1 ， 朱善东2 ， 左清林1
（ 1 大连市建筑设计研究院有限公司，大连 116021； 2 浙江郡原地产股份有限公司，杭州 310013）
性 框 其上下各一层 计，弹性
能架
柱
按抗震
一般部位
要 求 设 不屈服
计，弹性
不屈服
允许部分进入 塑性
转折层及其上下各 一层框架梁
按抗震 要求设 计，弹性
拉弯承载力按 弹性设计
允许部分进入 塑 性，控 制 损 伤
框架梁（ 一般层）
按抗震 要求设 计，弹性
允许部分进入 塑性
允许部分进入 塑性
转折层及其上 按 抗 震
通高内置型钢暗柱的核
心筒 为 主 要 抗 侧 力 结
构，适 应 建 筑 立 面 的 内
收和外张的钢骨混凝土
框架斜柱和钢筋混凝土
框架梁 （ 斜柱转折层及
图 1 建筑效果图
其上下各一层内置工字型钢的钢骨梁） 组成的外框 架为次要抗侧力结构，典型结构平面布置见图 2。 核心筒剪力墙厚度由下至上为 600 ～ 400mm，混凝 土 强 度 等 级 由 下 至 上 为 C60 ～ C40，钢 材 采 用 Q345B。钢骨混凝土 框 架 柱 截 面 尺 寸 由 下 至 上 为 1 200 × 1 200 ～ 800 × 800，通高内置十字形钢骨，混 凝土强 度 等 级 由 下 至 上 为 C60 ～ C40，钢 材 采 用 Q345B。框架梁截面为 500 × 600，混凝土强度等级 为 C30，结构剖面见图 3。 3 地基基础设计
Abstract： The frame-corewall structure is applied in Donggang G01 project in Dalian with the structural height of 162. 65 meters． To coordinate with the building facade，the frame columns were designed inclined inward and outward with angles of 6. 91 degrees and the top inward angels of 12. 31 degrees． The shear distribution characteristics of the outer frame composed of inclined columns were focused in analysis． The structure shows good bearing capacity and deformation capacity in performance-based seismic design and dynamic elastic-plastic analysis under the rare earthquake． Keywords： super high-rise structure； inward-inclined column； outward-inclined column； seismic performance objectives； dynamic elastic-plastic analysis
两种程序弹性分析结果对比
表3
结构响应
总质量 （ 含地下室） /t 最大层 X 向 间位移角 Y 向 最大位 X 向 移 /mm Y 向 底部剪 X 向 力 /kN Y 向
X向 剪重比 Y 向 倾覆力 X 向 矩/（ ×105 kN·m） Y 向
小震
1 /1 260 1 /1 227
96 99 10 845 10 940
楼板 下各一层
要 求 设 不屈服 计，弹性
允许部分进入 塑 性，控 制 混 凝 土 损 伤，钢 筋不屈服
6 结构计算分析及超限加强措施 6. 1 整体弹性分析
结构的整体弹性计算采用 SATWE 和 ETABS 程 序进行对比分析。嵌固端为地下 1 层顶板，并采用 刚性楼板假定。分析时采用考虑扭转耦联的振型分 解反应谱法，考虑了竖向地震、双向地震和偶然偏心 的影响，附加了 45°方向和 135°方向的地震作用，考
地下室结构埋深 12. 35m，根据地质勘查资料， 1#楼采用桩筏基础，2#，3# 楼采用筏板基础，裙房基 础采用独立柱基加构造防水底板，桩基持力层为中 风化板岩，独立柱基持力层为强风化板岩或中风化 板岩。由于抗浮水位较高（ 抗浮设计水位取绝对标 高 3. 00m） ，在裙房部分抗浮不满足要求处设置抗浮 锚杆，锚杆直径 133mm，锚杆的抗拔承载力特征值 由抗拔试验确定。 4 结构设计条件 4. 1 基本设计参数
2 3. 408 3. 647 X 向平动 X 向平动 0. 53
0. 46
3 1. 869 1. 712 扭转
扭转
6. 1. 2 整体弹性分析结果 结构在地震和风荷载作用下的整体弹性分析结
果见表 3。从表中可以看出，SATWE 和 ETABS 程序 计算 结 果 吻 合 较 好。原 方 案 的 结 构 5 层 层 高 为 6. 35m，其上一层的设备层的层高为 2. 15m，致使 5 层与相邻楼层的 侧 向 刚 度 比 为 0. 57，此 层 为 软 弱 层，且 5 层与相邻楼层的受剪承载力比值为 0. 77， 虽然不是薄弱层，但较接近规范 0. 75 的限值要求。 根据抗 震 设 防 专 项 审 查 专 家 组 的 建 议，将 层 高 2. 15m 的设备层与 6 层合并为一层，即 6 层层高由 原 3. 3m 改为 5. 4m，5 层层高由 6. 35m 改为 4. 25m。 通过复核计算可知，6 层为薄弱层但不是软弱层，且 层刚度和受剪承载力与其相邻上一层的比值较原方 案改善较多。
1 工程概况
大连东港 G01 地块项目位于大连市中山区东 港地块，总建筑面积为 172 221m2 ，建筑效果图见图
1。地下 2 层，均为车库，地上共 46 层，其中 4 层裙
房为商业及配套设施，上部三个塔楼为高级公寓，塔
楼结构高度为 162. 65m，裙房层高 5. 4m，塔楼 1 ～ 4
层层高 5. 4m，5 层层高 4. 25m，6 层层高 5. 40m，6
允许部分进入 塑 性，抗 剪源自文库截 面 不 屈 服，满 足截面控制条
件
墙 肢
一般部位
按抗震
截面抗剪承载 力按不屈服设
允许部分进入
要求设 计，弹性
计，偏 拉、偏 压 承载力不屈服
塑性
核心筒连梁
按抗震 要 求 设 允许进入塑性 计，弹性
允许部分进入 塑性
底部加强部 按抗震
构 件
位、转 折 层 及 要 求 设 保持弹性