天津高银117大厦结构体系设计研究
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塔楼结构 高 度 为 584m （ 至 主 要 屋 面 ） ，首 层 结 构宽度为 61. 24m （ 至 巨 型 柱 结 构 外 皮 ） ，高 宽 比 约 9. 5，如图 2 所示，大大超过 7 度区规范［1-3］对 B 级高 度高宽比限值 7 的 要 求，应 超 限 审 查 要 求［4］ 在 工 程 初步设计阶段进行了超限结构专家审查。
2
建筑结构
2012 年
构抗震设计面临 更 为 严 峻 的 技术要求和条件。
塔楼的结构 高 度及 高宽 比使得结构必须 抵 御 很 大 的 地震和 风 荷 载 的 水 平 作 用，对 于超限工程还需 满 足 一 系 列 超规范的更高标 准 和 工 程 技 术要 求。在 实 现 业 主 及 建 筑 师对建筑平立面要求的同时， 结构工 程 师 积 极 协 调 各 方，从 结构整 体 方 案 到 构 件 布 置，在 建筑方案及初步 设 计 过 程 中 进行了 不 断 的 探 索 和 优 化，以 期在满足结构整 体 刚 度 的 条 件下，兼 顾 工 程 经 济 性 与 合 理 性的要求。 3 结构体系布置与构件设计 演进 3. 1 平面布置
图 3 结构典型Байду номын сангаас面布置图
3. 2 外框筒（ 周边结构） 为实现建筑布 局 并 确 保 结 构 安 全，结 合 工 程 经
济性充分发挥钢与 混 凝 土 两 种 材 料 的 优 势，对 于 外 框筒依次考虑了几种不同的布置方案。
（ 1） 密柱结构（ 含伸臂桁架和腰桁架加强层） 该体系对于抗震区 400m 以上高层建筑主要的 问题是其刚度难以 满 足 要 求，同 时 在 中 国 规 范 对 于 外框架作为第二道防线需满足一定的刚度和强度要 求下，框架柱截面 尺 寸 较 大，柱 间 净 距 狭 小，难 以 满 足建筑对公共空间布局及视野的要求。柱总体含钢 量偏高，多道伸臂桁 架 也 增 加 了 与 核 心 筒 连 接 的 复 杂 程 度 和 造 价 ，并 产 生 刚 度 突 变 问 题 。 （ 2） 巨型框架和密柱（ 人字支撑或菱形撑） 此方案充分利 用 了 巨 型 框 架 刚 度 大 的 特 点，但 重 力 由 密 柱 传 递 至 地 面 层 ，其 截 面 仍 相 当 大 ，角 部 的 巨型柱所受的重力不能够平衡水平力产生的拉力， 仍未能达到建筑空间布置的要求。 （ 3） 巨型框架（ 含转换桁架和支撑） 本方案将边柱的重力通过机电层的巨型转换桁 架 传 递 到 两 端 的 巨 型 角 柱 ，边 柱 截 面 得 以 大 大 缩 小 ， 建筑空间较为开敞，结 构 也 可 以 获 得 更 大 的 抗 侧 刚 度。对于巨型斜撑 的 布 置 方 案，如 采 用 人 字 撑 及 菱 形 撑 ，其 与 水 平 面 夹 角 过 大 对 刚 度 贡 献 的 效 率 不 高 。 塔楼高宽比对结构整体刚度的要求迫使采用更 为高效的 支 撑 布 置 形 式。 经 过 与 业 主 及 建 筑 师 协 调，除底部节间考虑 建 筑 主 入 口 的 要 求 为 人 字 支 撑 外 ，其 余 节 间 采 用 交 叉 撑 的 形 式 ，明 显 提 高 了 结 构 整 体 刚 度 ，最 大 程 度 地 发 挥 了 构 件 效 率 ，从 而 满 足 了 结 构抗震及抗风的一系列技术要求。 由于外框架刚度的显著提高以至在大部分楼层 超 过 了 钢 筋 混 凝 土 内 筒 ，分 析 结 果 表 明 ，伸 臂 桁 架 对 于 提 高 结 构 整 体 刚 度 的 作 用 不 明 显 ，最 终 予 以 取 消 。 结构 最 终 采 用 多 重 结 构 抗 侧 力 体 系，如 图 4 所 示，分别由钢筋混 凝 土 核 心 筒，带 有 巨 型 支 撑 筒、巨 型框架构 成 的 周 边 结 构 构 成 了 多 道 设 防 的 结 构 体 系 ，提 供 了 强 大 的 侧 向 刚 度 ，共 同 抵 抗 水 平 地 震 及 风 荷载。 巨型支撑与节间次框架之间的关系也是一个较 为复杂的设计问题。由于建筑方面弱化交叉支撑的 视觉效果要求，避免 斜 支 撑 及 边 梁 柱 相 互 交 叉 导 致 的传力路径不清晰，设 计 中 采 取 了 将 斜 撑 与 周 边 次 框架在平面上错开的方案，两者相对独立，见图 5。 次框架各节间约为 15 层，其梁柱结构只承担重 力 作 用 ，与 支 撑 脱 开 并 只 与 巨 型 柱 铰 接 ，因 而 截 面 大 幅减小。针对可能 的 连 续 倒 塌 工 况，即 下 层 小 柱 一
Structural system design and study of Tianjin Goldin 117 mega tower Liu Peng，Yin Chao，Kevin Lee，Liu Guanglei，Huang Xiaoyun，Goman Ho，Alexis Lee
（ Arup，Beijing 100020，China） Abstract： Tianjin Goldin 117 mega tower has an architectural height of 597m with total 117 storeies and the coronation of having the highest roof among all the buildings under construction in China． Structural height-width ratio is approximately 9. 5， exceeding the existing regulation codes significantly． In order to satisfy the earthquake and wind-resisting requirements，a structure consisting of a perimeter frame （ including mega composite column，mega brace and transfer trusses） and reinforced concrete core containing composite steel plate wall was adopted to form a mega frame steel concrete composite structural system． The tower keeps the records for structural height， height-width ratio and mega-column sectional dimensions among current Chinese engineering projects． Complemented by some of the new requirements in the latest Chinese building seismic design codes，design of the super high-rise building in high-intensity seismic area exhibits a number of new features and solutions to professional requirements in response spectrum selection，overall stiffness control， material and component type selection，seismic performance based design，mega-column design，anti-collapse and stability analysis as well as elastic-plastic time-history analysis． Keywords： Tianjin Goldin 117 mega tower； super high-rise building； mega frame； high intensity seismic zone； mega column； composite steel plate wall
结构平 面 布 局 呈 正 方 形， 典 型 平 面 见 图 3，其 尺 寸 由 65m 沿 竖 向 逐 渐 内 收 至 约 45m，结构平面长宽比为 1∶ 1。
设计过程中 通 过与 建筑 和机电 专 业 的 不 懈 协 调，最 终 图 2 整体立面图 实现了结构平面及核心筒几乎双轴对称的格局。钢 筋 混 凝 土 核 心 筒 位 于 结 构 正 中 ，整 体 结 构 布 置 规 则 、 对称，为结构整体 抗 震 及 抗 风 创 造 了 良 好 条 件。 同 时通过合理开设结 构 洞 口 在 双 方 向 形 成 连 梁，在 保 证刚度的条件下创造延性和耗能机制。
由于天 津 处 于 中 国 北 方 地 震 高 烈 度 区 （ 7 度 0. 15g） ，且所 在 场 地 覆 盖 层 较 厚，场 地 类 别 介 于 Ⅲ ～ Ⅳ类之间，特征 周 期 较 长，其 设 计 地 震 力 较 高，根 据规范要求必须采 取 更 为 严 格 的 控 制 标 准，因 此 结
作者简介： 刘鹏，博士，副总工程师，Email： peng． liu@ arup． com。
塔楼平面 为 正 方 形，外 形 随高度变化，各 层 周 边 建 筑 轮 图 1 整体效果图 廓随着斜外 立 面 逐 渐 变 小，塔 （ 巴马丹拿集团提供）
楼首层建筑平面 尺 寸 约 65m × 65m （ 幕 墙 边 ） ，渐 变 至顶层时平面尺寸约 45m × 45m。中央混凝土核心 筒为矩形，平面尺寸约 37m × 37m，主 要 用 作 高 速 电 梯 、设 备 用 房 和 服 务 用 房 。 2 设计挑战
1 工程概况 高银 117 大厦（ 图 1） 位于天津市高新区地块发
展项目的中 央 商 务 区，是 一 幢 以写字 楼 为 主 附 有 酒 店 及 相 关设施的大 型 超 高 层 建 筑，总 建筑面积 约 37 万 m2 ，建 筑 高 度 约 为 597m （ 至 顶 部 停 机 坪） ，共 117 层 （ 包 括 避 难 层、 设备 层 地 上 总 结 构 层 为 126 层） 。该项目由天津海泰新星 房地产 开 发 有 限 公 司 投 资 开 发，是中国在 建 的 屋 顶 高 度 最 高的建筑物。
第 42 卷 第 3 期 2012 年 3 月
建筑结构 Building Structure
Vol． 42 No． 3 Mar． 2012
天津高银 117 大厦结构体系设计研究
刘 鹏， 殷 超， 李旭宇， 刘光磊， 黄晓芸， 何伟明， 李志铨
（ 奥雅纳工程顾问，北京 100020）
［摘要］ 天津高银 117 大厦建筑高度 597m，共 117 层，是 中 国 在 建 的 屋 顶 高 度 最 高 的 建 筑 物 ，结 构 高 宽 比 达 到 约 9. 5，均大大超过现行规范限值。为满足结构抗震与 抗 风 的 技 术 要 求，结 构 采 用 含 有 巨 型 组 合 柱、巨 型 支 撑 及 转 换 桁架组成的外框架以及含有组合钢板剪力墙的钢筋混凝土核 心 筒 形 成 的 巨 型 框 架 钢 -混 凝 土 混 合 结 构 体 系。 塔 楼 的结构高度、高宽比、巨型柱截面尺寸等均创造了中国现有建筑物的工程记录。结 合 新 抗 震 规 范 的 部 分 要 求 ，作 为 在高震区设计建造的超高层建筑，在反应谱选取、整 体 刚 度 控 制、材 料 与 构 件 选 型、性 能 化 设 计、巨 型 柱 设 计、防 倒 塌 及 稳 健 性 分 析 、弹 塑 性 动 力 时 程 分 析 等 方 面 均 体 现 了 许 多 新 的 特 点 和 设 计 要 求 。 ［关键词］ 天津 117 大厦； 超高层； 巨型框架； 高震区； 巨型柱； 组合钢板剪力墙 中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号： 1002-848X（ 2012） 03-0001-09
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建筑结构
2012 年
构抗震设计面临 更 为 严 峻 的 技术要求和条件。
塔楼的结构 高 度及 高宽 比使得结构必须 抵 御 很 大 的 地震和 风 荷 载 的 水 平 作 用，对 于超限工程还需 满 足 一 系 列 超规范的更高标 准 和 工 程 技 术要 求。在 实 现 业 主 及 建 筑 师对建筑平立面要求的同时， 结构工 程 师 积 极 协 调 各 方，从 结构整 体 方 案 到 构 件 布 置，在 建筑方案及初步 设 计 过 程 中 进行了 不 断 的 探 索 和 优 化，以 期在满足结构整 体 刚 度 的 条 件下，兼 顾 工 程 经 济 性 与 合 理 性的要求。 3 结构体系布置与构件设计 演进 3. 1 平面布置
图 3 结构典型Байду номын сангаас面布置图
3. 2 外框筒（ 周边结构） 为实现建筑布 局 并 确 保 结 构 安 全，结 合 工 程 经
济性充分发挥钢与 混 凝 土 两 种 材 料 的 优 势，对 于 外 框筒依次考虑了几种不同的布置方案。
（ 1） 密柱结构（ 含伸臂桁架和腰桁架加强层） 该体系对于抗震区 400m 以上高层建筑主要的 问题是其刚度难以 满 足 要 求，同 时 在 中 国 规 范 对 于 外框架作为第二道防线需满足一定的刚度和强度要 求下，框架柱截面 尺 寸 较 大，柱 间 净 距 狭 小，难 以 满 足建筑对公共空间布局及视野的要求。柱总体含钢 量偏高，多道伸臂桁 架 也 增 加 了 与 核 心 筒 连 接 的 复 杂 程 度 和 造 价 ，并 产 生 刚 度 突 变 问 题 。 （ 2） 巨型框架和密柱（ 人字支撑或菱形撑） 此方案充分利 用 了 巨 型 框 架 刚 度 大 的 特 点，但 重 力 由 密 柱 传 递 至 地 面 层 ，其 截 面 仍 相 当 大 ，角 部 的 巨型柱所受的重力不能够平衡水平力产生的拉力， 仍未能达到建筑空间布置的要求。 （ 3） 巨型框架（ 含转换桁架和支撑） 本方案将边柱的重力通过机电层的巨型转换桁 架 传 递 到 两 端 的 巨 型 角 柱 ，边 柱 截 面 得 以 大 大 缩 小 ， 建筑空间较为开敞，结 构 也 可 以 获 得 更 大 的 抗 侧 刚 度。对于巨型斜撑 的 布 置 方 案，如 采 用 人 字 撑 及 菱 形 撑 ，其 与 水 平 面 夹 角 过 大 对 刚 度 贡 献 的 效 率 不 高 。 塔楼高宽比对结构整体刚度的要求迫使采用更 为高效的 支 撑 布 置 形 式。 经 过 与 业 主 及 建 筑 师 协 调，除底部节间考虑 建 筑 主 入 口 的 要 求 为 人 字 支 撑 外 ，其 余 节 间 采 用 交 叉 撑 的 形 式 ，明 显 提 高 了 结 构 整 体 刚 度 ，最 大 程 度 地 发 挥 了 构 件 效 率 ，从 而 满 足 了 结 构抗震及抗风的一系列技术要求。 由于外框架刚度的显著提高以至在大部分楼层 超 过 了 钢 筋 混 凝 土 内 筒 ，分 析 结 果 表 明 ，伸 臂 桁 架 对 于 提 高 结 构 整 体 刚 度 的 作 用 不 明 显 ，最 终 予 以 取 消 。 结构 最 终 采 用 多 重 结 构 抗 侧 力 体 系，如 图 4 所 示，分别由钢筋混 凝 土 核 心 筒，带 有 巨 型 支 撑 筒、巨 型框架构 成 的 周 边 结 构 构 成 了 多 道 设 防 的 结 构 体 系 ，提 供 了 强 大 的 侧 向 刚 度 ，共 同 抵 抗 水 平 地 震 及 风 荷载。 巨型支撑与节间次框架之间的关系也是一个较 为复杂的设计问题。由于建筑方面弱化交叉支撑的 视觉效果要求，避免 斜 支 撑 及 边 梁 柱 相 互 交 叉 导 致 的传力路径不清晰，设 计 中 采 取 了 将 斜 撑 与 周 边 次 框架在平面上错开的方案，两者相对独立，见图 5。 次框架各节间约为 15 层，其梁柱结构只承担重 力 作 用 ，与 支 撑 脱 开 并 只 与 巨 型 柱 铰 接 ，因 而 截 面 大 幅减小。针对可能 的 连 续 倒 塌 工 况，即 下 层 小 柱 一
Structural system design and study of Tianjin Goldin 117 mega tower Liu Peng，Yin Chao，Kevin Lee，Liu Guanglei，Huang Xiaoyun，Goman Ho，Alexis Lee
（ Arup，Beijing 100020，China） Abstract： Tianjin Goldin 117 mega tower has an architectural height of 597m with total 117 storeies and the coronation of having the highest roof among all the buildings under construction in China． Structural height-width ratio is approximately 9. 5， exceeding the existing regulation codes significantly． In order to satisfy the earthquake and wind-resisting requirements，a structure consisting of a perimeter frame （ including mega composite column，mega brace and transfer trusses） and reinforced concrete core containing composite steel plate wall was adopted to form a mega frame steel concrete composite structural system． The tower keeps the records for structural height， height-width ratio and mega-column sectional dimensions among current Chinese engineering projects． Complemented by some of the new requirements in the latest Chinese building seismic design codes，design of the super high-rise building in high-intensity seismic area exhibits a number of new features and solutions to professional requirements in response spectrum selection，overall stiffness control， material and component type selection，seismic performance based design，mega-column design，anti-collapse and stability analysis as well as elastic-plastic time-history analysis． Keywords： Tianjin Goldin 117 mega tower； super high-rise building； mega frame； high intensity seismic zone； mega column； composite steel plate wall
结构平 面 布 局 呈 正 方 形， 典 型 平 面 见 图 3，其 尺 寸 由 65m 沿 竖 向 逐 渐 内 收 至 约 45m，结构平面长宽比为 1∶ 1。
设计过程中 通 过与 建筑 和机电 专 业 的 不 懈 协 调，最 终 图 2 整体立面图 实现了结构平面及核心筒几乎双轴对称的格局。钢 筋 混 凝 土 核 心 筒 位 于 结 构 正 中 ，整 体 结 构 布 置 规 则 、 对称，为结构整体 抗 震 及 抗 风 创 造 了 良 好 条 件。 同 时通过合理开设结 构 洞 口 在 双 方 向 形 成 连 梁，在 保 证刚度的条件下创造延性和耗能机制。
由于天 津 处 于 中 国 北 方 地 震 高 烈 度 区 （ 7 度 0. 15g） ，且所 在 场 地 覆 盖 层 较 厚，场 地 类 别 介 于 Ⅲ ～ Ⅳ类之间，特征 周 期 较 长，其 设 计 地 震 力 较 高，根 据规范要求必须采 取 更 为 严 格 的 控 制 标 准，因 此 结
作者简介： 刘鹏，博士，副总工程师，Email： peng． liu@ arup． com。
塔楼平面 为 正 方 形，外 形 随高度变化，各 层 周 边 建 筑 轮 图 1 整体效果图 廓随着斜外 立 面 逐 渐 变 小，塔 （ 巴马丹拿集团提供）
楼首层建筑平面 尺 寸 约 65m × 65m （ 幕 墙 边 ） ，渐 变 至顶层时平面尺寸约 45m × 45m。中央混凝土核心 筒为矩形，平面尺寸约 37m × 37m，主 要 用 作 高 速 电 梯 、设 备 用 房 和 服 务 用 房 。 2 设计挑战
1 工程概况 高银 117 大厦（ 图 1） 位于天津市高新区地块发
展项目的中 央 商 务 区，是 一 幢 以写字 楼 为 主 附 有 酒 店 及 相 关设施的大 型 超 高 层 建 筑，总 建筑面积 约 37 万 m2 ，建 筑 高 度 约 为 597m （ 至 顶 部 停 机 坪） ，共 117 层 （ 包 括 避 难 层、 设备 层 地 上 总 结 构 层 为 126 层） 。该项目由天津海泰新星 房地产 开 发 有 限 公 司 投 资 开 发，是中国在 建 的 屋 顶 高 度 最 高的建筑物。
第 42 卷 第 3 期 2012 年 3 月
建筑结构 Building Structure
Vol． 42 No． 3 Mar． 2012
天津高银 117 大厦结构体系设计研究
刘 鹏， 殷 超， 李旭宇， 刘光磊， 黄晓芸， 何伟明， 李志铨
（ 奥雅纳工程顾问，北京 100020）
［摘要］ 天津高银 117 大厦建筑高度 597m，共 117 层，是 中 国 在 建 的 屋 顶 高 度 最 高 的 建 筑 物 ，结 构 高 宽 比 达 到 约 9. 5，均大大超过现行规范限值。为满足结构抗震与 抗 风 的 技 术 要 求，结 构 采 用 含 有 巨 型 组 合 柱、巨 型 支 撑 及 转 换 桁架组成的外框架以及含有组合钢板剪力墙的钢筋混凝土核 心 筒 形 成 的 巨 型 框 架 钢 -混 凝 土 混 合 结 构 体 系。 塔 楼 的结构高度、高宽比、巨型柱截面尺寸等均创造了中国现有建筑物的工程记录。结 合 新 抗 震 规 范 的 部 分 要 求 ，作 为 在高震区设计建造的超高层建筑，在反应谱选取、整 体 刚 度 控 制、材 料 与 构 件 选 型、性 能 化 设 计、巨 型 柱 设 计、防 倒 塌 及 稳 健 性 分 析 、弹 塑 性 动 力 时 程 分 析 等 方 面 均 体 现 了 许 多 新 的 特 点 和 设 计 要 求 。 ［关键词］ 天津 117 大厦； 超高层； 巨型框架； 高震区； 巨型柱； 组合钢板剪力墙 中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号： 1002-848X（ 2012） 03-0001-09