高层结构案例分析

1、江苏东方国际大酒店结构案例分析江苏东方国际大酒店结构案例分析土研1602662085213084项目概况o开工时间：2013年2月6日o竣工时间：2015年o建筑面积：25万平方米o建筑高度：280.1米o建筑层数：地下结构4层，地上部分包括65层主楼和6层裙房o结构形式：钢筋混凝土核心筒外框架结构o建筑造价：25亿元o建筑/结构设计单位： 上海华都建筑规划设计有限公司o总承包单位：江苏江都建设集团有限公司高层建筑结构案例分析江苏东方国际大酒店2主要内容1、结构设计参数2、结构体系简介3、结构体系分析3高层建筑结构案例分析江苏东方国际大酒店1、结构设计参数、结构设计参数该工程设计基准期为50

2、年，结构安全等级一级，基础设计等级为甲级。抗震设防烈度为 7 度，设计基本地震加速度值为0.15g，设计地震分组为第一组，结构抗震设防类别为乙类，场地类别类。场地基本风压0.45KN/（重现基准期为50年），地面粗糙度类别为 B类,阻尼比0.02。4高层建筑结构案例分析江苏东方国际大酒店2、结构体系简介、结构体系简介2.1结构体系布置结构体系布置混合框架柱- 核心筒 伸臂桁架5结构平面布置图钢管混凝土柱采Q435B钢管，内填C70混凝土；伸臂桁架采用Q390 钢材，焊接H 型钢梁及腰桁架采用 Q345B；核心筒混凝土强度等级从C60 渐变至C40；楼板采用压型钢板组合楼盖，混凝土强度等级C30

3、。高层建筑结构案例分析江苏东方国际大酒店2、结构体系简介、结构体系简介2.12.1结构体系布置结构体系布置结构加强结构加强层层为了提高整体结构抵抗地震和风荷载的能力，沿建筑高度分别在 18 层、38 层和 53 层设置了伸臂桁架和腰桁架，与框架-核心筒共同组成了结构的抗侧力体系，伸臂桁架的设置，大大提高了结构的抗震性能和抗倾覆能力，腰桁架的设置不仅提高了周边框架的抗侧刚度，同时也保证了周边框架在重力荷载作用下的协同工作能力，减小了角柱的受力负荷，增加了重力荷载的传力途径。结构竖向布置图高层建筑结构案例分析江苏东方国际大酒店2、结构体系简介、结构体系简介2.2抗侧力结构体系抗侧力结构体系伸臂伸臂

4、桁架桁架核心筒核心筒混凝土柱混凝土柱核心筒位于主楼中央，高宽比约为12.93，由混凝土连梁连接相邻的剪力墙，外墙封闭，从而提供结构大部分的扭转刚度，核心筒外墙截面尺寸1200mm，向上减小为600mm，内墙从下至上依次为500mm、400mm、300mm。高层建筑结构案例分析江苏东方国际大酒店2、结构体系简介、结构体系简介2.12.1抗侧力结构体系抗侧力结构体系外围框架柱柱距为9.8m，采用圆钢管混凝土柱，底层柱最大直径1300mm，向上逐渐减小至800mm。从上到下每层外围混凝土柱之间用外围框架平面内的钢梁刚性连接，同时每根钢管混凝土柱与混凝土核心筒用钢梁进行固-铰连接（柱端为固接，核心筒为

5、铰接），形成第二道抗侧力体系。为提高结构抗侧刚度，在建筑的19、20层，36、37层及53层的3个避难及设备层分别设了伸臂加强层，每个加强层X、Y 向分别设置4 道伸臂，伸臂采用高度等于2层高（其中53层为1层层高）的桁架连接核心筒和外围框架柱。同时为协调外围钢管混凝土柱在竖向荷载及混凝土收缩、徐变、沉降等影响下的变形差异，沿外围钢管混凝土柱间设置了腰桁架。高层建筑结构案例分析江苏东方国际大酒店2、结构体系简介、结构体系简介2.2竖向承重体系竖向承重体系主楼地下4层0.000层楼面采用普通的钢筋混凝土梁、板体系；0.000层以上采用钢梁和压型钢板上浇混凝土面层的组合楼面体系；核心筒内部均为钢筋

6、混凝土梁板体系。，钢梁顶部栓钉可使楼板与钢梁紧密结合，在地震作用下，这些措施可保证外框架与核心筒共同作用抵抗水平荷载，同时为框架柱提供侧向约束 。高层建筑结构案例分析江苏东方国际大酒店2、结构体系简介、结构体系简介2.3 结构超限情况结构超限情况 1) 高度超限当抗震设防烈度为7 度时，混合框架-钢筋混凝土核心筒结构体系的最大适用高度为190m，本工程塔楼高度为 26140m，超过规范限值。 2) 竖向刚度突变由于加强层的设置，导致结构竖向刚度突变，在加强层的相邻下一层形成薄弱层，结构竖向不规则。3) 其他不规则在( C 6) 轴、( C 9) 轴、( 3 F) 轴和( 3 H) 轴上的四根柱

7、子在 1 3 层为 12m 高的穿层柱; 在屋顶构架中，存在局部较大的悬挑构件等。高层建筑结构案例分析江苏东方国际大酒店3 3、结构体系分析、结构体系分析3.1抗震性能设计抗震性能设计综合考虑建筑抗震设防类别、场地条件、建造费用、结构震后损坏程度以及破坏影响等因素，确定结构抗震性能目标。高层建筑结构案例分析江苏东方国际大酒店3 3、结构体系分析、结构体系分析3.2 3.2 结构弹性分析结果结构弹性分析结果采用通用有限元计算分析程序 ，分别采用振型分解反应谱法和动力时程分析法进行结构弹性阶段的分析计算。周期和阵型周期和阵型计算时采用振型分解反应谱法，同时考虑偶然偏心的影响，结构第 1 周期为 Y

8、 向平动周期，第 2 周期为 X 向平动周期，第 3 周期为扭转周期。高层建筑结构案例分析江苏东方国际大酒店3 3、结构体系分析、结构体系分析3.2 3.2 结构弹性分析结果结构弹性分析结果周期和阵型周期和阵型计算时采用振型分解反应谱法，同时考虑偶然偏心的影响，结构第 1 周期为 Y 向平动周期，第 2 周期为 X 向平动周期，第 3 周期为扭转周期。扭转周期与平动周期的比值小于规范0.85 的限值，说明该建筑不属于扭转不规则的建筑。高层建筑结构案例分析江苏东方国际大酒店3 3、结构体系分析、结构体系分析位移响应位移响应反应谱法及风荷载作用下计算得到的结构最大响应位移结果 。可以看出层间位移角

9、及位移比均满足规范要求，地震作用下的剪重比在正常范围内，且满足规范规定最小地震作用的要求。高层建筑结构案例分析江苏东方国际大酒店3 3、结构体系分析、结构体系分析结构基底剪力、倾覆力矩结构基底剪力、倾覆力矩风洞试验与按规范进行的结构整体计算所得结构基底剪力及基底倾覆弯矩的对比情况。除X向基底剪力风洞试验略偏大外，其余指标风洞试验结果均略偏小。高层建筑结构案例分析江苏东方国际大酒店3 3、结构体系分析、结构体系分析框架承担剪力比例框架承担剪力比例经计算，框架部分分配的楼层剪力标准值的最大值( 不 包 括 加 强 层 及 其 相 邻 上、下 层) X 向 为13. 5% ，Y 向为 18. 06%

10、 。各楼层 X 向基本在 8% 左右，Y 向基本在 10% 左右。结构相对抗侧刚度结构相对抗侧刚度结构本层塔侧移刚度与下一层相应塔侧移刚度的比值(剪切刚度)，沿结构竖向逐步增大，变化均匀，结构沿竖向抗侧刚度无突变，刚度比符合规范要求。高层建筑结构案例分析江苏东方国际大酒店3 3、结构体系分析结构体系分析结构稳定性验算及嵌固端计算结构稳定性验算及嵌固端计算经计算，该结构 X 、Y 向刚重比分别为2.56、2.08，满足整体稳定计算，但应考虑重力二阶效应。本工程嵌固端取首层楼板，为满足嵌固条件，首层楼面以下钢管混凝土柱截面增大至1 400mm，首层楼板板厚取 200mm，计算中考虑重力二阶效应。经

11、计算，结构X方向嵌固端上下刚度比为0.48790.5，Y方向嵌固端上下刚度比为0.45300.5，满足规范关于嵌固端的要求。高层建筑结构案例分析江苏东方国际大酒店3 3、结构体系分析、结构体系分析3.3 中震下关键构件验算中震下关键构件验算中震不屈服作用下，关键部位墙体(底部加强区、加强层及其上下层)及钢管混凝土柱的轴压比均低于规范限值，满足规范要求。钢管混凝土柱及核心筒剪力墙的抗弯及抗剪均能满足设定的性能目标。核心筒 X、Y 向外墙内力较大，拟在核心筒外筒四角墙肢内放置双十字工字型钢，使其承载力及延性能满足结构需求。关键部位墙体轴向应力和剪力绝大部分处于较小范围内。大部分墙体未出现拉应力，只

12、有局部(如边角部分和连梁)出现拉应力集中现象。底部加强层钢管混凝土柱在中震与恒活载组合作用下最大的轴向拉力约12 629kN，此时柱钢管内拉应力仅为105.6N/mm2(忽略混凝土抗拉强度)，处于较低应力水平，满足设定的性能目标。中震不屈服设计时，3道加强层的伸臂构件及腰桁架构件设计应力比均小于1.0，满足要求，能达到设定的性能目标。高层建筑结构案例分析江苏东方国际大酒店3 3、结构体系分析、结构体系分析弹塑性层剪力分析图3.4 3.4 动力弹塑性时程分析动力弹塑性时程分析层间位移角、层剪力分析结果见下图弹塑性层间位移角分析图3 3、结构体系分析、结构体系分析3.4 3.4 动力弹塑性时程分析动力弹塑性时程分析动力弹塑性时程分析得出结构在罕遇地震下的响应与小震和中震计算结果对比罕遇地震下的层间位移角最大为1/1301/100，结构满足规范要求，保证了“大震不倒”的性能目标要求高层建筑结构案例分析江苏东方国际大酒店3 3、结构体系分析、结构体系分析主要构件的塑性发展状况主要构件的塑性发展状况结构的破坏形态可描述为：核心筒剪力墙在加强层及其相邻层出现受拉裂缝，核心筒混凝土连梁逐步出现塑性铰，直至大部分进入塑性状态，随后核心筒墙体在受力最大部位（加强层及相邻层