大连绿地中心结构设计及若干问题探讨 - 华东建筑设计研究总院 包联进

2th伸臂桁架 F52‐F53
1th伸臂桁架 F37‐F38
5
巨柱
编号 MC06
7 结构体系
分布
面积 截面 含钢率 砼标 钢材等
（m2） 形状
%
号
级
F68 ~ ROOF 8
/
MC05
F53 ~ F68
10
/
MC04
F38M ~ F53 12
MC03
F23 ~ F38M 15
/
C70 Q345GJ /
大连 ∙ 绿地中心 结构设计及若干问题探讨
2015-08-12
主要内容
1. 工程概况 2. 设计依据 3. 设计准则 4. 荷载作用 5. 结构材料 6. 地基基础 7. 结构体系 8. 弹性分析结果 9. 结构构件设计
本工程总建筑面积29.6万m2，地上总建筑面积 22.7万 m2，地下总建筑面积6.9万 m2。
抗震措施： 周期折减系数：
0.16
7度
0.14
0.12
安评小震 规范小震
地震影响系数α
0.10g
0.10
0.08
第二组 0.06 0.04
第Ⅱ类 0.02
0.00
0.40s
0.0
2.0
4.0 周期(s) 6.0
8.0
10.0
0.035（弹性分析)
0.050（弹塑性分析）
8度
计算小震作用时，采用《抗规》与安
9% 19%
27%
45%
楼板 核心筒 巨型框架 次框架
楼层剪力与倾覆力矩
8 弹性分析结果
底部剪力
X向
(MN)
Y向
小震 63 61
反应谱 中震 105
99
大震 244 233
风荷载
89 100
底部力矩 (MN.m)
X向 （绕Y轴）
Y向 （绕X轴）
小震 13,987
13,863
反应谱 中震 22,029
4
体系优势
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
芯筒平面
结构楼层位移
8 弹性分析结果
最大层间位 移角
X向(1/) Y向(1/)
小震作用下 1064 2247
50年风 625 529
顶点位移
X向
(mm)
Y向
反应谱 286 128
50年风 495 576
高度 (m) 高度 (m)
高度(m)
结构楼层位移
7 结构体系
BASE～F08
F25～F38 F09～F24
F38M～F68
F69～F85
芯筒立面
7 结构体系
楼层
F68 ~ ROOF F53 ~ F68 F38M ~ F53 F23 ~ F38M F07 ~ F23 B04 ~ F07
墙厚（mm） WA WB WC
钢板厚 （mm）
WA
混凝 土
钢材
基本风压重现期：
塔楼整体位移控制：
50年
构件强度设计：
50年基本风压放大1.1倍
舒适度计算：
10年
阻尼比：
塔楼整体位移控制；构件强度设计：
0.020
舒适度计算：
0.015
初步风洞试验
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。
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。
5 结构材料
混凝土
部位
混凝土强度等级
钢筋
巨柱混凝土 剪力墙、连梁混凝土
梁、板混凝土 基础混凝土
C70 C60 C35 C50（90天强度）
－HPB300； －HRB335； －HRB400(优先采用)
钢材
巨柱/角柱/连梁/墙内的钢骨、次框架柱及框架梁采用Q345B或Q345GJB
楼盖体系
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
7 结构体系
顶部滑动连接节点
次框架
组合楼盖示意图
典型楼层结构平面
6
塔冠结构
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。
塔冠三维示意图
wk.baidu.com
鳍状竖向桁架
三向桁架体系
楼板采用膜单元模拟楼板
Y X
结构周期和振型
8 弹性分析结果
振型 周期(s)
T1
T2
T3
7.45
7.05
4.52
T3/T1＝0.61 < 0.85
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
构件 楼板 核心筒 巨型框架 次框架 总结构构件自重 楼面梁及结构附加恒载 0.5*活载 地震总质量
相对薄弱区
3
天然地基
6 地基与基础
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。
结构高度与高宽比
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 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
MC02
F07 ~ F23
18
/
MC01
B04 ~ F07
21
/
环形桁架
环形桁架作用
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
② 加强巨柱约束；减小巨柱的计算长度 协调巨柱变形
③ 在非伸臂层起虚拟伸臂作用 ④ 将次框架的竖向荷载传递给巨柱， 减小楼面悬挑跨度，改善楼面舒适度。
环形桁架高度
规范要求 (kN/m2)
2.0 7.0 3.5 2.5 3.5 2.5 0.5
实际选用 (kN/m2)
3.0 7.0 3.5 2.5 3.5 2.5 0.5
风荷载
4 荷载与作用
基本参数：
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 :
w0=0.65 kN/m2 w0=1.1 x 0.65 = 0.715 kN/m2 A类
7 结构体系
办公
公寓 典型楼层平面图
酒店
塔楼结构体系
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
类似结构体系的工程
整体结构
混 凝土核芯筒+伸臂桁架
巨型框架+次框架
香港IFC
7 结构体系
建筑名称 香港IFC 香港环球贸易广场 广州东塔 上海中心
高度(m) 420 480 518 636
8 弹性分析结果
450 400 350 300 250 200 150 100
50 0
0
安评弹性小震 规范弹性中震 规范弹性大震 风荷载
50
100
150
200
250
楼 层 剪 力 （ MN)
楼层倾覆力矩
450
400
350
300
安评弹性小震
250
规范弹性中震
规范弹性大震
风荷载 200
150
100
50
楼面活荷载
4 荷载与作用
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。
功能分区
办公 设备间 避难区域 卫生间 楼梯间 电梯大堂 不上人屋面
400 600 200
-
750 600 200
-
900 600 200
-
C60 Q390GJ
1050 600 200
-
1200 800 200
40
1400 800 200
60
伸臂桁架
F83-F84 F67-F68 F52-F53 F37-F38
7 结构体系
4th伸臂桁架 F83‐F84
3th伸臂桁架 F67‐F68
8
高 度 (m )
剪重比
450
400
350
300
250
小震X向
小震Y向
限值0.0158 200
150
100
50
0 0.0000
0.0100
0.0200
0.0300 0.0400 0.0500 楼层剪重比
0.0600
0.0700
0.0800
8 弹性分析结果
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。
1
结构变形及舒适度要求
3 设计准则
荷载与作用
永久与可变荷载
永久与可变荷载
50年重现期 风荷载
10年重现期
地震作 用
多遇地震 罕遇地震
变形或舒适度
桁架、主梁挠度 楼面次梁挠度
楼面竖向加速度 组合楼板挠度
楼层最大层间位移 建筑物顶点最大加速度
楼层最大层间位移 楼层最大层间位移
指标 ≤l/400 ≤l/250 0.005g ≤l/360 ≤h/500 ≤0.25m/s2 ≤h/500 ≤h/100
质量(万吨) 6.6 15.6 9.2 3.0 34.3 8.2 4.1 46.5
自重百分比(%) 19.2% 45.4% 26.7% 8.7%
占总重百分比(%) 14.1% 33.4% 19.7% 6.4% 73.6% 17.6% 8.8%
重力荷载代表值比例
构件自重比例
9% 17%
74% 总结构构件自重 楼面梁及结构附加恒载 0.5*活载
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。
塔 楼标准层层高为4.5m。
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。
1 工程概况
塔冠 L64～L82
酒店
L37～L63 公寓
L6～L36 办公楼
结构参数
3 设计准则
结构设计基准期：
5.4m/6.3m/8.45m/12m
7 结构体系
6th环形桁架 F83‐F84
5th环形桁架 F67‐F68
4th环形桁架 F52‐F53
3th环形桁架 F37‐F38
2th环形桁架 F21‐F22
1th环形桁架 F05‐F06
次框架
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 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
楼面次梁主要采用Q235B。
关键节点如有必要，采用高强钢如Q390GJC。
6 地基与基础
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。 主楼基底为岩石，建议采用天然地基+筏板基础。
主楼区域
相对薄弱区
50年
结构设计使用年限：
50年 (耐久性100年)
建筑结构安全等级：
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
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：
乙类
地基基础设计等级：
甲级
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。
4 荷载与作用
2
初步风洞试验
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。
主楼地下室
7 结构体系
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
分析模型
8 弹性分析结果
计算分析软件采ETABS
主体结构按弹性计算分析，取地下室底 板作为上部结构的嵌固端
21,682
大震 51,740
51,193
风荷载 23,053 26,799
高 度 (m) 高 度 (m)
高 度 (m) 高 度 (m)
楼层剪力
450 400 350 300 250 200 150 100
50 0
0
安评弹性小震 规范弹性中震 规范弹性大震 风荷载
50
100
150
200
250
楼层剪力（ MN)
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。
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%。
4 荷载与作用
地震作用
4 荷载与作用
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: 特征周期Tg: 阻尼比:
0
0
10,000
20,000
30,000
40,000
50,000
60,000
倾 覆 力 矩 (MN.m )
8 弹性分析结果
450
400
350
300
安评弹性小震
250
规范弹性中震
规范弹性大震
风荷载 200
150
100
50
0
0
10,000
20,000
30,000
40,000
50,000
60,000
倾 覆 力 矩 (MN .m )