上海中心大厦结构设计介绍精简学习教案

1、会计学1上海中心大厦结构设计介绍精简上海中心大厦结构设计介绍精简第一页，编辑于星期一：九点 七分。项目概况建筑设计简介塔楼结构体系简介结构设计中的主要弹性分析结果结构设计中的一些关键问题第1页/共153页第二页，编辑于星期一：九点 七分。第2页/共153页第三页，编辑于星期一：九点 七分。 上海中心大厦项目选址于中国上海陆家嘴CBD金融区Z3-1地块，位于东泰路以西、花园石桥路以南、银城路以东、陆家嘴环路以北，地块面积约3公顷。第3页/共153页第四页，编辑于星期一：九点 七分。 上海中心大厦与金茂大厦、环球金融中心用地相连，在区域总体布局中三者的主要朝向相互错开，避免了对视干扰，也有效保证了

2、各自展示形象的可能。上海中心金茂大厦环球金融中心第4页/共153页第五页，编辑于星期一：九点 七分。 第5页/共153页第六页，编辑于星期一：九点 七分。 第6页/共153页第七页，编辑于星期一：九点 七分。 n 项目定位 在满足使用功能的前提下，将“上海中心”设计成为满足公众审美层面与专业审美层面的标志性、地标性建筑，成为建筑、人、城市和谐共生的领袖之作n 功能目标 商务活动“中心” 商务交流休憩“中心” 市民休闲娱乐“中心”第7页/共153页第八页，编辑于星期一：九点 七分。 n 用地面积：30370m2n 容积率：12.51n 地上建筑面积：38万m2n 地下建筑面积：16万m2n 绿化

3、率：30n 建筑密度：45建筑总高度：632m第8页/共153页第九页，编辑于星期一：九点 七分。 n 建筑设计：Gensler 设计总包设计总包 n 合作设计：同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司 设计咨询及全部施工图设计设计咨询及全部施工图设计n 结构设计：Thornton Tomasetti 方案及初步设计阶段结构设计方案及初步设计阶段结构设计n 机电设计：Cosentini 方案及初步设计阶段机电设计方案及初步设计阶段机电设计第9页/共153页第十页，编辑于星期一：九点 七分。 n 景观设计：SWA （美国）n 风洞试验：RWDI、西安大略大学（加拿大）n 工料测量：利比工料测量师事

4、务所n 酒店咨询：HVS （酒店）咨询公司、大班（酒店）咨询公司n 市场咨询：高纬环球公司n 其他提供咨询的公司： 华东建筑设计研究院有限公司 I.DEA 誉德 上海建科院 柏诚（亚洲）有限公司 增德防火技术服务咨询公司 Koopx 第10页/共153页第十一页，编辑于星期一：九点 七分。 n 方案设计：2008.62008.11n 初步设计：2008.82009.11n 施工图设计：2008.92010.4n 精装饰设计：2009.12011.5n 施工：2008.11.282014.5n 低区办公及裙房部分试营业：2012.9.30n 全部营业：2014.12.18第11页/共153页第十

5、二页，编辑于星期一：九点 七分。第12页/共153页第十三页，编辑于星期一：九点 七分。2.1 世界超高层建筑比较第13页/共153页第十四页，编辑于星期一：九点 七分。2.2 几何特征Zone1Zone2Zone3Zone4Zone8Zone7Zone6Zone5第14页/共153页第十五页，编辑于星期一：九点 七分。2.2 几何特征第15页/共153页第十六页，编辑于星期一：九点 七分。第16页/共153页第十七页，编辑于星期一：九点 七分。概况n 建筑高度：632mn 结构高度：574mn 塔楼层数：地下5层，地上124层大楼竖向划分为9个区n 1个裙房商业区n 5个办公区n 2个酒店区

6、n 1个观景区每个区被2层高的设备层分隔n 空调设备n 电力设备n 逃生区域n 电梯设备n 维修保养设备1区:5层商业/会议4区:13层办公9区:3层观景/以上设备层5层地下商业/停车Zone1Zone2Zone3Zone4Zone5Zone6Zone7Zone8Zone92.3 竖向功能布置3区:13层办公5区:14层办公6区:14层办公7区:15层酒店8区:10层酒店+5层精品办公2区:12层办公第17页/共153页第十八页，编辑于星期一：九点 七分。2.3 竖向功能布置第18页/共153页第十九页，编辑于星期一：九点 七分。2.3 竖向功能布置第19页/共153页第二十页，编辑于星期一：

7、九点 七分。2.3 竖向功能布置第20页/共153页第二十一页，编辑于星期一：九点 七分。2.3 竖向功能布置第21页/共153页第二十二页，编辑于星期一：九点 七分。2.3 竖向功能布置第22页/共153页第二十三页，编辑于星期一：九点 七分。Zone1裙房商业区透视图 第23页/共153页第二十四页，编辑于星期一：九点 七分。餐饮餐饮健身健身多功能多功能厅厅艺术展艺术展厅厅便便利利店店前台前台中庭悬挑近14米2.4 平面布置图第24页/共153页第二十五页，编辑于星期一：九点 七分。第25页/共153页第二十六页，编辑于星期一：九点 七分。第26页/共153页第二十七页，编辑于星期一：九点

8、 七分。3.1 抗侧力结构体系巨型框架- 核心筒 伸臂桁架（共6道）伸臂桁架伸臂桁架核心筒核心筒巨型柱巨型柱环带桁架环带桁架外伸臂外伸臂+ + 环带桁架环带桁架环带桁架环带桁架3.塔楼结构体系简介第27页/共153页第二十八页，编辑于星期一：九点 七分。核心筒3.1 抗侧力结构体系3.塔楼结构体系简介第28页/共153页第二十九页，编辑于星期一：九点 七分。核心筒+巨柱3.1 抗侧力结构体系3.塔楼结构体系简介第29页/共153页第三十页，编辑于星期一：九点 七分。核心筒+巨柱+外伸臂3.1 抗侧力结构体系3.塔楼结构体系简介第30页/共153页第三十一页，编辑于星期一：九点 七分。核心筒+巨

9、柱+外伸臂+箱型空间桁架3.1 抗侧力结构体系3.塔楼结构体系简介第31页/共153页第三十二页，编辑于星期一：九点 七分。第32页/共153页第三十三页，编辑于星期一：九点 七分。结论：n巨柱的布置宜结合建筑布局及结构性能综合确定。主巨柱设置于核心筒内隔墙对应位置，通过伸臂桁架协同抗侧力，可获得相对较大的力臂。n次巨柱主要作用是减小环带桁架跨度，故不设伸臂桁架与核心筒连接，避免伸臂与核心筒角部连接构造的困难。n巨柱采用SRC组合柱，含钢率控制在47。可有效减小巨柱截面，并提高延性。经过多轮结构体系选型分析，并与建筑布局充分协调，确定以下巨柱布置方案3.2 巨型柱15区普通楼层加强层68区普通

10、楼层3.塔楼结构体系简介第33页/共153页第三十四页，编辑于星期一：九点 七分。ZONE68典型平面8根主巨柱ZONE15典型平面8层主巨柱+4根角柱3.2 巨型柱区区段段截面（截面（m）砼砼等级等级含钢率含钢率8主：1.9x2.4C504%7主：2.3x3.3C504%6主：2.5x4.0C604%5主：2.6x4.4C604%角：1.2x4.5C604%4主：2.8x4.6C604%角：1.5x4.8C604%3主：3.0 x4.8C704%角：1.8x4.8C704%2主：3.4x5.0C704%角：2.2x5.0C704%1主：3.7x5.3C705%角：2.4x5.5C704%第3

11、4页/共153页第三十五页，编辑于星期一：九点 七分。第35页/共153页第三十六页，编辑于星期一：九点 七分。ZONE68 ZONE9 ZONE14 ZONE56 ZONE78 n上部为十字形布置n中部为切角方形布置n底部为方形布置3.3 核心筒第36页/共153页第三十七页，编辑于星期一：九点 七分。3.3 核心筒3.塔楼结构体系简介第37页/共153页第三十八页，编辑于星期一：九点 七分。区段区段混凝土等级混凝土等级翼墙厚翼墙厚(mm)腹墙厚腹墙厚(mm)翼墙钢板翼墙钢板含钢率含钢率腹墙钢板腹墙钢板含钢率含钢率1C6012009004%(1F3F)3%(4F8F)2%(1F3F)1.5%

12、(4F8F)2C6012009002%(9F13F) 1.5%(9F13F)3C6010008004C608007005C607006506C606006007C606005008C606005003.3 核心筒3.塔楼结构体系简介第38页/共153页第三十九页，编辑于星期一：九点 七分。第39页/共153页第四十页，编辑于星期一：九点 七分。外伸臂+ 环带桁架环带桁架数量数量5 outriggers6 outriggers6 outriggers8 outriggers位置位置3/5/6/7/81/3/5/6/7/82/4/5/6/7/81/2/3/4/5/6/7/8第一阶周期第一阶周期(s

13、)(s)9.29.159.078.91最大层间位移角最大层间位移角h/501h/500h/496h/492 3.4 伸臂桁架 3.塔楼结构体系简介第40页/共153页第四十一页，编辑于星期一：九点 七分。876542 3.4 伸臂桁架 3.塔楼结构体系简介第41页/共153页第四十二页，编辑于星期一：九点 七分。伸臂桁架轴侧图区段区段构件规格（构件规格（mm）OT8H1000 x1000 x90 x90OT7H1000 x1000 x80 x80OT6H1000 x1000 x60 x60OT5H1000 x1600 x100 x100OT4H1000 x1000 x80 x80OT2H100

14、0 x1000 x90 x90OT2OT4OT5OT6OT7OT8伸臂桁架立面图塔楼剖面图 3.4 伸臂桁架 3.塔楼结构体系简介第42页/共153页第四十三页，编辑于星期一：九点 七分。第43页/共153页第四十四页，编辑于星期一：九点 七分。3.5 楼面体系标准层3.塔楼结构体系简介第44页/共153页第四十五页，编辑于星期一：九点 七分。径向桁架径向桁架3.5 楼面体系加强层3.塔楼结构体系简介第45页/共153页第四十六页，编辑于星期一：九点 七分。876542313.5 楼面体系3.塔楼结构体系简介第46页/共153页第四十七页，编辑于星期一：九点 七分。第47页/共153页第四十八

15、页，编辑于星期一：九点 七分。双层玻璃幕墙效果图内层玻璃幕墙外层玻璃幕墙中庭3.6 幕墙支撑体系3.塔楼结构体系简介第48页/共153页第四十九页，编辑于星期一：九点 七分。轮辐水平支撑楼板带水平支撑的轮辐结构在各个楼层将幕墙结构的水平风荷载传递到楼板。楼板轮辐结构幕墙体系轴侧图幕墙体系平面图3.6 幕墙支撑体系3.塔楼结构体系简介第49页/共153页第五十页，编辑于星期一：九点 七分。悬挑钢桁架悬挑钢桁架幕墙结构的自重通过吊杆传递到加强层内的悬挑钢桁架上。吊杆吊杆轮幅轮幅水平支撑水平支撑3.6 幕墙支撑体系3.塔楼结构体系简介第50页/共153页第五十一页，编辑于星期一：九点 七分。塔冠结构

16、整体轴侧图鳍状竖向桁架皇冠结构支承框架结构轮辐结构3.塔楼结构体系简介第51页/共153页第五十二页，编辑于星期一：九点 七分。第52页/共153页第五十三页，编辑于星期一：九点 七分。3.7 地基基础3.塔楼结构体系简介第53页/共153页第五十四页，编辑于星期一：九点 七分。3.7 地基基础3.塔楼结构体系简介第54页/共153页第五十五页，编辑于星期一：九点 七分。3.7 地基基础3.塔楼结构体系简介第55页/共153页第五十六页，编辑于星期一：九点 七分。第56页/共153页第五十七页，编辑于星期一：九点 七分。 结构设计使用年限1）承载力及正常使用情况下为50年；2）耐久性下重要构件

17、为100年，次要构件为50年。建筑安全等级1）塔楼重要构件一级，重要性系数1.1，包括：核心筒、巨型柱、伸臂桁架、环带桁架和径向桁架；2）塔楼次要构件二级，重要性系数1.0，包括：除重要性构件以外的其他构件，如楼面梁。建筑位移内容内容限值限值重现期为50年的风荷载下层间位移角h/500重现期为50年的风荷载下底层层间位移角h/2000h/2500多遇地震荷载下层间位移角h/500多遇地震荷载下底层层间位移角h/2000h/2500第57页/共153页第五十八页，编辑于星期一：九点 七分。 第58页/共153页第五十九页，编辑于星期一：九点 七分。 竖向荷载作用下基底反力（不含地下室B2及以下部

18、分）荷载荷载重量重量恒载恒载62.5万吨活载活载12.3 万吨总计总计74.8 万吨基底反力分配基底反力分配 巨型框架承担巨型框架承担 40.4 万吨（54） 核心筒承担核心筒承担 34.4 万吨（46）4.3 自重下基底反力第59页/共153页第六十页，编辑于星期一：九点 七分。 超高层建筑自重比较4.3 自重下基底反力建筑名称建筑名称建筑高度建筑高度（m）总重（总重（t）塔楼建筑面积塔楼建筑面积（m2）每平米重量每平米重量（t/m2)金茂大厦金茂大厦42130104201041. 50环球金融中心环球金融中心4924410425.31041.74台北台北101大楼大楼5087010441.

19、251041.70广州西塔广州西塔43242.510424.71041.72上海中心上海中心63274.810437.91041.97第60页/共153页第六十一页，编辑于星期一：九点 七分。 4.4 风载和地震作用下基底反力基底剪力基底剪力(kN)倾覆力矩倾覆力矩(kN.m)X向Y向X向Y向数值数值比例比例数值数值比例比例数值数值比例比例数值数值比例比例风荷载风荷载8042718234613.04e713.14e71小震小震883951.10888221.081.90e70.6251.88e70.60中震中震2229212.772239732.725.11e71.685.06e71.61基底

20、反力分配基底反力分配巨型框架巨型框架57%79%核心筒核心筒43%21%注：1）风荷载取值为基于100年重现期，2%阻尼比；2）小震作用取上海规范反应谱与场地反应谱的包络值，4%阻尼比；3）中震作用取上海规范反应谱，4%阻尼比。第61页/共153页第六十二页，编辑于星期一：九点 七分。 4.5 风荷载下巨型框架与核心筒的剪力和倾覆力矩分配楼层剪力倾覆力矩核心筒巨型框架总剪力核心筒巨型框架总倾覆力矩第62页/共153页第六十三页，编辑于星期一：九点 七分。 4.6 地震作用下巨型框架与核心筒的剪力和倾覆力矩分配楼层剪力倾覆力矩核心筒巨型框架总剪力核心筒巨型框架总倾覆力矩第63页/共153页第六十

21、四页，编辑于星期一：九点 七分。 4.7 风载与多遇地震作用下塔楼变形风荷载风荷载小震小震中震中震X向Y向X向Y向X向Y向单向层间单向层间位移角位移角h/580h/612h/623h/644h/234h/242位置（层数）位置（层数）124F113F94F105F94FL94F合成层间合成层间位移角位移角h/505限值限值h/500h/500h/200顶点位移比顶点位移比H/933H/954H/1152H/1173H/428H/434注：1）风荷载取值为基于50年重现期，4%阻尼比；2）小震作用取上海规范反应谱与场地反应谱的包络值，4%阻尼比；3）中震作用取上海规范反应谱，4%阻尼比。第64页

22、/共153页第六十五页，编辑于星期一：九点 七分。 4.8 风载与多遇地震作用下楼层层间位移角X向Y向1/500限值风荷载下多遇地震作用下Y向X向1/500限值第65页/共153页第六十六页，编辑于星期一：九点 七分。第66页/共153页第六十七页，编辑于星期一：九点 七分。第67页/共153页第六十八页，编辑于星期一：九点 七分。第68页/共153页第六十九页，编辑于星期一：九点 七分。l风气候研究风气候研究l根据气象资料，确定设计风速和风向分布。根据气象资料，确定设计风速和风向分布。l空气动力学优化研究空气动力学优化研究l优化建筑形态，减小横风向动力响应。优化建筑形态，减小横风向动力响应。

23、l缩尺比为缩尺比为1:500为高频测力天平试验（为高频测力天平试验（HFFB）。）。l风洞试验研究风洞试验研究l进行进行缩尺比为缩尺比为1:500的的高频压力积分模型试验（高频压力积分模型试验（HFRI），考察），考察高阶模态响应高阶模态响应 的影响；的影响；l进行缩尺比为进行缩尺比为1:85的高雷诺数试验，考察高雷诺数的影响；的高雷诺数试验，考察高雷诺数的影响；l进行缩尺比为进行缩尺比为1:500的气动弹性模型试验，考察结构振动情况，校核高频测力的气动弹性模型试验，考察结构振动情况，校核高频测力天平试验及高频压力积分模型试验结果。天平试验及高频压力积分模型试验结果。第69页/共153页第七十

24、页，编辑于星期一：九点 七分。l风气候模型风气候模型l上海的强风主要由台风控制，风气候模型应能反映台风的影响；上海的强风主要由台风控制，风气候模型应能反映台风的影响；l目前所采用的风气候统计模型是根据上海虹桥国际机场的近地风记录以及最目前所采用的风气候统计模型是根据上海虹桥国际机场的近地风记录以及最新的台风蒙特卡罗模拟结果得到的。台风模拟结果由美国的应用研究所新的台风蒙特卡罗模拟结果得到的。台风模拟结果由美国的应用研究所（ARA）提供。）提供。第70页/共153页第七十一页，编辑于星期一：九点 七分。l风气候模型风气候模型l根据美国应用研究所（根据美国应用研究所（ARA）提供的风气候模型，）提

25、供的风气候模型，10米高度处米高度处100年回年回归期归期10分钟平均风速为分钟平均风速为31m/s，500米高度处米高度处100年回归期年回归期10分钟平均风分钟平均风速为速为50m/s。l中国规范上海地区中国规范上海地区10米高度处米高度处100年回归期年回归期10分钟平均风速为分钟平均风速为31m/s， 500米米高度高度100年回归期年回归期10分钟平均风速为分钟平均风速为55m/s。高度（高度（m）100年回归期年回归期10分钟平均风速（分钟平均风速（m/s）RAR中国规范中国规范1031315005055第71页/共153页第七十二页，编辑于星期一：九点 七分。横风向响应无横风向涡

26、激振动有横风向涡激振动风速第72页/共153页第七十三页，编辑于星期一：九点 七分。圆弧倒角契形立面截面变化扰流翼立面开洞第73页/共153页第七十四页，编辑于星期一：九点 七分。高频测力天平试验 1:500第74页/共153页第七十五页，编辑于星期一：九点 七分。高雷诺数试验1:85第75页/共153页第七十六页，编辑于星期一：九点 七分。气弹试验1:500第76页/共153页第七十七页，编辑于星期一：九点 七分。风向风向基底反力基底反力荷载规范荷载规范风洞试验风洞试验比值比值顺风向基底剪力6.56e75.75e70.876基底倾覆力矩2.10e102.08e100.99横风向基底剪力1.9

27、e89.71e70.511基底倾覆力矩8.2e103.59e100.438合成向基底剪力2.08e81.03e80.495基底倾覆力矩8.65e103.8e100.439n荷载规范计算风荷载值在顺风向与风洞试验结果比较吻合；在横风向，荷载规范结果明显大于风洞试验结果。第77页/共153页第七十八页，编辑于星期一：九点 七分。25 cm/s2旅馆、办公楼15 cm/s2公寓加速度限值用途3.0 milli-rad/s10年重现期风荷载1.5 milli-rad/s1年重现期风荷载扭转速度限值荷载及作用类型第78页/共153页第七十九页，编辑于星期一：九点 七分。0 5 10 15 20 25 3

28、0 35 TOTAL ACCELERATION (milli-g)0.1 1 10 RETURN PERIOD (years)including typhoonsexcluding typhoonsOccupancyOfficeResidentialISO*RWDI* Open symbols are extrapolated5.1.6 舒适度验算第79页/共153页第八十页，编辑于星期一：九点 七分。第80页/共153页第八十一页，编辑于星期一：九点 七分。第81页/共153页第八十二页，编辑于星期一：九点 七分。第82页/共153页第八十三页，编辑于星期一：九点 七分。多遇地震包络谱规范谱

29、安评谱第83页/共153页第八十四页，编辑于星期一：九点 七分。基本地震第84页/共153页第八十五页，编辑于星期一：九点 七分。罕遇地震第85页/共153页第八十六页，编辑于星期一：九点 七分。地震烈度地震烈度阻尼比阻尼比多遇地震4.0%基本地震4.0%罕遇地震5.0%地震烈度地震烈度周期折减系数周期折减系数多遇地震0.90基本地震0.95罕遇地震1.00第86页/共153页第八十七页，编辑于星期一：九点 七分。地震作用地震作用抗震性能目标抗震性能目标7度小震结构完好，处于弹性状态7度中震结构基本完好，基本处于弹性状态。地震作用后的结构动力特性与弹性状态的动力特性基本一致，超级柱，型钢混凝土

30、角柱、核心筒墙体及外伸臂桁架等主要结构构件和节点基本完好，框架梁、连梁等次要构件轻微开裂7度大震结构严重破坏但主要节点不发生断裂，结构不发生局部或整体倒塌，主要抗侧力构件超级柱，型钢混凝土角柱和核心筒墙体不发生剪切破坏第87页/共153页第八十八页，编辑于星期一：九点 七分。地震作用地震作用设计控制指标设计控制指标7度小震最大层间位移角不大于1/500，底层层间位移角不大于1/20007度中震最大层间位移角不大于1/200；取不考虑构件内力调整和风荷载的中震组合内力设计值及材料强度设计值对超级柱、型钢混凝土角柱、核心筒墙体及外伸桁架等主要结构构件和节点的抗震承载力进行验算；框架梁、连梁等次要构

31、件中的钢筋（钢材）应力不超过屈服强度（80%以下）。第88页/共153页第八十九页，编辑于星期一：九点 七分。地震作用地震作用设计控制指标设计控制指标7度大震最大层间位移角不大于1/100；框架梁、连梁等次要构件可出现塑性铰，但塑性铰的转角不大于1/50。主要节点中钢筋（钢材）应力可以超过屈服强度，但不能超过极限强度。地震剪力取大震时的弹性地震作用力标准值，材料强度取标准值，不考虑抗震承载力调整系数，验算受剪截面控制条件（ ）；验算作为主要抗侧力构件的超级柱和核心筒的极限抗剪承载力。00.15kckVf bh第89页/共153页第九十页，编辑于星期一：九点 七分。第90页/共153页第九十一页

32、，编辑于星期一：九点 七分。根据安评报告提供的场地特性生成360条地震波时程地震动典型样本(84)地震动典型样本(105)第91页/共153页第九十二页，编辑于星期一：九点 七分。随机地震动样本均值及标准差随机地震动样本均值随机地震动样本标准差第92页/共153页第九十三页，编辑于星期一：九点 七分。进行了360条地震波的时程分析，获得了抗震可靠度分析结果。 塔楼各层位移可靠度的分布情况分析表明，上海中心在小震作用下的整体抗震可靠度达到0.99379。第93页/共153页第九十四页，编辑于星期一：九点 七分。第94页/共153页第九十五页，编辑于星期一：九点 七分。建筑名称高度楼层数结构体系高

33、宽比材料地上总面积（m2）总用钢量（钢材+钢筋）备注总用量（T）单位面积用量（kg/ m2）世界贸易中心（纽约）417110框筒6.6钢结构42000078000185.7不包括钢筋重量约翰汉考克中心344100支撑筒6.6钢结构26012637700145不包括钢筋重量西尔斯大厦442110束筒6.4钢结构41806476000181.8不包括钢筋重量马来西亚石油双塔大厦45288筒中筒9.7钢筋混凝土结构18040036900204.6不包括钢材重量金茂大厦42188巨型柱+核心筒+伸臂桁架8混合结构28000032200115香港国际金融中心二期42088巨型柱+核心筒+伸臂桁架8.7混

34、合结构18600046000247台北101508101巨型框架+核心筒+伸臂桁架8.2钢结构374220135200361环球金融中心492101支撑外筒+核心筒+伸臂桁架8.5混合结构31668662000245第95页/共153页第九十六页，编辑于星期一：九点 七分。塔楼范围内，地上及地下部分钢结构总用钢量为99796T。第96页/共153页第九十七页，编辑于星期一：九点 七分。塔楼范围内，地上及地下部分钢筋总用钢量为48388.14T第97页/共153页第九十八页，编辑于星期一：九点 七分。塔楼各部分型钢用钢量统计第98页/共153页第九十九页，编辑于星期一：九点 七分。塔楼各部分钢筋

35、用钢量统计第99页/共153页第一百页，编辑于星期一：九点 七分。第100页/共153页第一百零一页，编辑于星期一：九点 七分。第101页/共153页第一百零二页，编辑于星期一：九点 七分。第102页/共153页第一百零三页，编辑于星期一：九点 七分。第103页/共153页第一百零四页，编辑于星期一：九点 七分。项目项目钢筋（吨）钢筋（吨）钢骨及钢板（吨）钢骨及钢板（吨）优化前优化后优化量优化前优化后优化量筏板1143110290-1141-巨柱和角柱91958087-11084160733363-8244核心筒和翼墙1457915125+5461148910612-877外伸臂及环带桁架13

36、29312293-1000径向桁架5001.94601.9-400塔冠钢结构42003200-1000楼面结构16528165280次结构201620160幕墙610061000总计3520533502-170310023588714-11521比例比例-5%-11%第104页/共153页第一百零五页，编辑于星期一：九点 七分。第105页/共153页第一百零六页，编辑于星期一：九点 七分。5.4.1 相关工程调研环球金融中心巨柱平面布置巨柱巨柱A A巨柱巨柱B B建造中的环球金融中心第106页/共153页第一百零七页，编辑于星期一：九点 七分。巨柱B构造巨柱A构造n大楼中有A和B两种类型的巨型

37、柱。A型巨柱由两根边缘柱与连接两柱的腹墙体组成。n最小含钢量为巨型柱截面面积的4。n纵向钢筋的配筋率为0.8%。n抗震等级“特一级”考虑，抗剪箍筋沿巨型柱的全长紧密的配置，其体积配箍率为0.8%至1.2%。5.4.1 相关工程调研第107页/共153页第一百零八页，编辑于星期一：九点 七分。环球金融中心巨柱平面布置 巨柱巨柱 巨柱巨柱金茂大厦巨柱平面布置 巨柱巨柱 巨柱巨柱5.4.1 相关工程调研第108页/共153页第一百零九页，编辑于星期一：九点 七分。构件楼层底部17层1731层3153层5364层6487层巨柱1500mm5000mm1500mm4500mm1000mm3000mm材料

38、C60C50C40金茂大厦型钢混凝土巨柱构造5.4.1 相关工程调研第109页/共153页第一百一十页，编辑于星期一：九点 七分。台北101巨柱平面布置 巨柱5.4.1 相关工程调研第110页/共153页第一百一十一页，编辑于星期一：九点 七分。台北101钢管混凝土巨柱构造n巨柱截面2.4mX3.0m，内灌C70混凝土n含钢率10左右5.4.1 相关工程调研第111页/共153页第一百一十二页，编辑于星期一：九点 七分。CCTV巨柱端面形式n新台址CCTV主楼工程结构外筒柱采用了SRC柱，截面1900mm1250mm，部分SRC柱构件的有效截面含钢率达到了28.6%，远大于型钢混凝土组合结构技

39、术规程（JGJ138-2001）中的相关规定。内填C60混凝土n钢板最大厚度达110mm5.4.1 相关工程调研第112页/共153页第一百一十三页，编辑于星期一：九点 七分。5.4.2 设计指标第113页/共153页第一百一十四页，编辑于星期一：九点 七分。5.4.3 截面优化设计第一阶段：九肢格构式钢骨l九肢型钢分散布置，需通过缀板连接以协调抗力。但型钢肢数越多，传力越不直接，各肢协同工作的难度越大。l伸臂只和中间三肢型钢直接连接，需要通过大量的缀板连接后才能把力传递给其他六肢，传力途径不直接。l型钢间联系很弱，依靠缀板传力在节点区应力集中处，易产生纵向劈裂破坏和剪切破坏。l抗震性能不好。

40、第114页/共153页第一百一十五页，编辑于星期一：九点 七分。第二阶段：王字形实腹式钢骨改进： l 可有效解决协同抗力和剪切破坏两个关键问题。l钢骨内部形成约束混凝土，提高巨型柱的抗压能力和延性。l在节点区域与伸臂和环带桁架的连接较方便，伸臂和环带的力可直传递给整个钢骨。l钢骨可在工厂焊接完成，现场可整体吊装，减少了现场焊接量。5.4.3 截面优化设计第115页/共153页第一百一十六页，编辑于星期一：九点 七分。第三阶段：16区王字形实腹式钢骨78区日字形实腹式钢骨改进：l在78区，将中间大腹板和两侧翼缘合二为一，形成“日”字型钢骨，整体性更好，相同含钢率前提下，钢骨抗弯承载力更好。l“日

41、”字型钢骨焊接量减少。l78区的巨柱尺寸减小，即使将腹板拉开到两侧，也能方便实现与伸臂的连接。5.4.3 截面优化设计第116页/共153页第一百一十七页，编辑于星期一：九点 七分。5.4.4 承载力分析巨型柱纤维单元巨型柱承载力校核第117页/共153页第一百一十八页，编辑于星期一：九点 七分。5.4.5 延性分析混凝土巨型柱钢骨钢筋笼第118页/共153页第一百一十九页，编辑于星期一：九点 七分。巨型柱断面图5.4.5 延性分析第119页/共153页第一百二十页，编辑于星期一：九点 七分。一区巨型柱在小震组合下的延性曲线混凝土开裂钢骨及钢筋强化5.4.5 延性分析第120页/共153页第一

42、百二十一页，编辑于星期一：九点 七分。巨型柱极限状态下应力分布混凝土应力分布钢骨应力分布钢筋应力分布箍筋应力分布5.4.5 延性分析第121页/共153页第一百二十二页，编辑于星期一：九点 七分。5.4.6 节点分析巨柱-伸臂-环带整体模型 型钢构件混凝土钢筋笼第122页/共153页第一百二十三页，编辑于星期一：九点 七分。大震作用下钢骨Mises应力各杆件除应力集中处外均未进入屈服阶段 5.4.6 节点分析第123页/共153页第一百二十四页，编辑于星期一：九点 七分。大震作用下混凝土应力已超过混凝土的抗拉强度 ，混凝土开裂。5.4.6 节点分析第124页/共153页第一百二十五页，编辑于星

43、期一：九点 七分。大震作用下钢筋应力纵筋和箍筋在伸臂下弦节点区以及在环带直段部应力达到320 N/mm2，未达到屈服。 5.4.6 节点分析第125页/共153页第一百二十六页，编辑于星期一：九点 七分。第126页/共153页第一百二十七页，编辑于星期一：九点 七分。5.5.1 应用程序1）ABAQUS2）ANSYS3）PERFORM-3D第127页/共153页第一百二十八页，编辑于星期一：九点 七分。5.5.2 三维模型的建立ABAQUS模型第128页/共153页第一百二十九页，编辑于星期一：九点 七分。l外伸臂桁架、内外环带桁架、加强区的径向桁架和各主要杆件： B31梁单元模拟l巨柱： S

44、4R壳单元 (混凝土部分) + B31梁单元 (钢骨) 耦合耦合点耦合点耦合点5.5.2 三维模型的建立ABAQUS模型第129页/共153页第一百三十页，编辑于星期一：九点 七分。l核心筒剪力墙、连梁： S4R壳单元一、二区的钢板剪力墙：采用分层的壳元模拟 剪力墙中内埋钢柱：采用 B31梁单元模拟，并耦合到壳单元中钢筋利用ABAQUS中的Rebar功能加入到混凝土剪力墙中分层壳单元示意图steelRCRC5.5.2 三维模型的建立ABAQUS模型第130页/共153页第一百三十一页，编辑于星期一：九点 七分。l钢材采用双线性动力硬化模型，并假定塑性段切向模量为弹性模量的1/100。该模型可考

45、虑包辛格效应，在循环过程中刚度无退化。复杂应力状态下的强度准则采用Mises屈服条件 5.5.3 材料模型第131页/共153页第一百三十二页，编辑于星期一：九点 七分。l混凝土混凝土骨架曲线关系采用 Stephen 简化模型。如右图示，其中fc为混凝土圆柱体轴心抗压强度标准值5.5.3 材料模型第132页/共153页第一百三十三页，编辑于星期一：九点 七分。在第一周期9s处的地震影响系数MEX006L7111S79010US725US1214US257US3355.5.4 地震波选取第133页/共153页第一百三十四页，编辑于星期一：九点 七分。5.5.5 自振特性分析振型振型ETABS模型

46、模型ABAQUS模型模型ANSYS模型模型PERFORM-3D模型模型周期周期差异（%）周期差异（%）周期差异（%）T1（s）9.049.131.09.070.339.302.8T2（s）8.909.041.559.011.249.203.3T3（s）5.564.50-19.04.6117.095.590.0T4（s）3.283.27-0.373.134.57T5（s）3.143.18-1.463.091.59T6（s）2.622.23-14.91.6835.88与弹性模型（ETABS）自振周期比较，以验证弹塑性模型的准确性。第134页/共153页第一百三十五页，编辑于星期一：九点 七分。5.5.5 自振特性分析ABAQUS结果第135页/共153页第一百三十六页，编辑于星期一：九点 七分。5.5.6 层