复杂超高层结构设计创新与实践（PPT92页）

1、复杂超高层结构设计创新与实践 中南建筑设计院股份有限公司 2013年李 霆武汉保利文化广场1、工程概况主楼46层，大屋面标高209.9m；副楼20层，屋面标高101.0m ；主副楼在1620层通过钢结构连接为一个整体，连接体跨度为42.5m，立面呈“h”型。武汉保利广场是由两栋高度不同的塔体组成的大跨连体复杂高层建筑,总建筑面积为14.4万m2 。1、工程概况二八层建筑平面图1、工程概况九层建筑平面图1、工程概况十十五层建筑平面图1、工程概况十六二十层建筑平面图1、工程概况二十九层建筑平面图建筑剖面图2、基础与地下室设计基础平面布置图 2、基础与地下室设计2、基础与地下室设计2、基础与地下室设

2、计地下室“隔水-排水”抗浮设计3、上部结构体系本工程地下4层，地上分为主楼、副楼及裙楼，主楼和副楼在18层与裙楼连接为一个整体。该工程建筑抗震设防类别为乙类，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，场地类别为II类。二八层平面主楼、副楼均采用“圆钢管混凝土柱+H型钢梁或钢桁架+钢筋混凝土核心筒”混合结构体系。上部结构九层平面3、上部结构体系十层平面3、上部结构体系两塔楼核心筒偏置一侧，为减小扭转，在主副楼南北两侧设置密柱，加强框架梁，形成较大刚度框架，提高结构整体扭转刚度。 副楼主楼十一十五层平面3、上部结构体系副楼连接体主楼3、上部结构体系十六二十一层平面二十二层四十六层平面主楼

3、3、上部结构体系结构三维模型3、上部结构体系3、上部结构体系3、上部结构体系3、上部结构体系4、大跨减震连接体设计 主楼与副楼在1620层通过钢结构连体相连，采用刚接方式，主副楼之间的相互约束作用增大了结构自身的抗扭扭转。连接体采用“2榀主桁架+次桁架转换”的布置方案。沿42.5m跨度方向的连接体外侧边设置两榀主桁架，与主、副楼结构刚接。4、大跨减震连接体设计在15层设置与主桁架正交的四榀次桁架，两端与主钢桁架刚接；主桁架弦杆及斜撑均延伸至主、副楼尽端或与筒体相连。4、大跨减震连接体设计4、大跨减震连接体设计4、大跨减震连接体设计5、典型节点设计5、典型节点设计5、典型节点设计5、典型节点设计

4、城市大客厅屋盖滑动支座构造6、单层双向索网玻璃幕墙6、单层双向索网玻璃幕墙主体结构抗震性能目标7、混合减震设计7、混合减震设计两栋塔楼核心筒严重偏置，扭转较严重；两栋塔楼高度、质量相差很大，且连接体与高塔的一端端部（而非中部）相连，属严重不对称连体高层；连接体跨度大，达42.5m，共有五层，结构质量大。主体结构特点及减震措施主体结构的特点导致结构扭转耦连振动较复杂。为减小及控制主体结构的扭转，除在塔楼长向两端加密框架柱外，还设置了一批非线性粘滞阻尼器。7、混合减震设计主体结构特点及减震措施阻尼器的设计参数见下表。阻尼器相对速度与阻尼力关系通过计算得到粘滞阻尼器在大震下对结构的附加阻尼比在4%左

5、右。 粘滞阻尼器连接节点 7、混合减震设计阻尼器布置示意图7、混合减震设计通过计算分析发现，连接体主桁架的平面内刚度对整体结构的动力特性有显著影响。将主桁架中间跨作为调整段，对该段范围不设支撑或设支撑，以及采用不同刚度支撑的情况进行弹性分析。7、混合减震设计连接体中段不设支撑时整体扭转相对较小，而设置较强支撑时整体的扭转会相对较大。故可通过减小连接体中段的刚度来控制整体的扭转效应。同时在中、大震计算分析表明下，若连体结构在中部能上下错动，将显著减小主体结构的扭转。7、混合减震设计为实现上述目的，连接体主桁架中间跨腹杆采用屈曲约束支撑（BRB），BRB在正常使用及小震下不屈服，以保证正常使用阶段

6、的结构刚度，在中、大震作用下，BRB屈服耗能，连接体在中部可上下错动，以减小主体结构扭转，并耗能保护连体构件。BRB设计参数及布置位置。7、混合减震设计屈曲约束支撑连接节点 7、混合减震设计屈曲约束支撑布置示意图7、混合减震设计7、混合减震设计某屈曲约束支撑杆件和与其相邻的柱以及连体桁架某根斜撑的耗能滞回曲线对比如下图所示，BRB的耗能能力远远高于其他构件。屈曲约束支撑与其他杆件耗能对比非线性粘滞阻尼器（速度相关型阻尼器）与屈曲约束支撑BRB（位移相关性阻尼器）混合应用，形成混合减震体系，以实现减小及控制主体结构在中、大震作用下扭转的目的。7、混合减震设计混合减震体系的构成整体结构计算分析结果

7、采用ANSYS进行动力弹塑性分析，对加阻尼器和不加阻尼器的结构进行了对比，以了解阻尼器对结构减震效果。在罕遇地震激励下的对比如下图表所示。7、混合减震设计设置阻尼器之后结构的地震反应明显降低，其中，加阻尼器后结构Y方向最大加速度反应降低了36.4%；结构最大位移减小了11.9%；层间位移角减小了约10%。 各层位移包络图层间位移角包络图7、混合减震设计重点部位结构计算分析结果对于连体桁架钢结构，进行了设置BRB和不设置BRB的对比分析。不设置BRB时，两榀钢结构主桁架有少部分杆件发生屈服，其余大部分杆件尚处于弹性。在连接体中部设置BRB后，BRB首先发生屈服，进入塑性状态，其附近的杆件应力有一

8、定的降低。7、混合减震设计连体主桁架典型时刻应力云图 结构模型振动台试验本次模型试验的模拟重点在保证结构刚度相似，并兼顾强度相似。考虑振动台的承载能力、结构重量等因素，确定模型与原型的相似关系见下表。原结构设计的阻尼器在单层间布置，但由于阻尼器最小加工尺寸的限制，无法在缩尺模型的单层间安装阻尼器，因此采取了跨层布置的方法。保证阻尼的相似比关系。 7、混合减震设计试验按照小震、中震、大震的顺序加载。输入的地震波同弹塑性动力分析用地震波，分别进行X向、Y向的单向输入，再进行X+Y双向输入。每个工况又分为安装阻尼器（有控）和不安装阻尼器（无控）两种情况。 阻尼器布置侧立面示意图 制作完成后的型试验模

9、7、混合减震设计结构模型振动台试验在小震和中震下，结构未发现开裂破坏现象，可认为结构仍处于弹性状态。在大震后出现裂缝，主要出现在主楼筒体连梁端部，层数集中在2539层之间，可见上部结构比较薄弱,但整体结构仍保持良好的整体性。较之不安装阻尼器，安装阻尼器后结构柱应变减小10.6%13.6%，底部剪力墙应变减小14.6%16.8%，主楼水平位移最大值减小11.3%，副楼水平位移最大值减小8%。 7、混合减震设计8、楼板应力分析9、结论本工程塔楼核心筒严重偏置，刚心与质心偏差较大；两栋塔楼高度与质量差异较大等特点导致结构振动非常复杂，扭转振动较大。为此本工程选用了延性较好的圆钢管混凝土柱，并在长向两

10、端加密柱距以减小扭转；同时设置了非线性粘滞阻尼器和屈曲约束支撑（BRB），通过混合减震控制结构扭转振动。在连体主桁架中部斜腹杆采用屈曲约束支撑（BRB）可以既可保证正常使用下的刚度，便于整体提升，又可使在中、大震下连体中部上、下错动耗能，减小主体结构的扭转，并保护连接体其他构件，起到“保险丝”的作用。9、结论动力弹塑性时程分析结果及振动台模型对比试验表明，混合减震可以发挥其耗能减震作用，在降低结构位移、改善构件受力状况、提高结构整体抗震性能以及降低非结构构件的地震反应等方面都可发挥有效作用，减震效果明显。合肥滨湖时代广场56工程概况1.结 构 设 计57办公楼层建筑及结构布置图 1.结 构 设

11、 计58酒店层建筑及结构布置图 1.结 构 设 计59空中花园层建筑及结构布置图 1.结 构 设 计60上部结构的解决方案1.结 构 设 计611.结 构 设 计62采用一般框架核心筒，下部有较多楼层扭转位移比超过1.4 。采用巨型框架+框架-核心筒后，结构的各层扭转位移比均满足规范要求。采用巨型框架+框架-核心筒后，结构未出现两肢的局部振型。 1.结 构 设 计631.结 构 设 计641.结 构 设 计楼面梁支承于“连梁”设计651.结 构 设 计地震作用及参数选用661.结 构 设 计地震波选用及时程分析671.结 构 设 计2层中风化砂质泥岩：fa=800kPa，压缩性微小。1层强风化

12、砂质泥岩：fak=380kPa，Es=20.0MPa； 层粉土夹粉质粘土：fak=300kPa，Es=15.0MPa； 土层分布681.结 构 设 计C1栋桩基布置 桩长41米，最大桩身直径3.7米，最大扩底直径5.3米。69结构超限内容 1.结 构 设 计70结构抗震性能目标 2.抗震性能化分析性能目标71有效质量系数及基底地震作用效应2.抗震性能化分析静力弹性分析72周期与振型2.抗震性能化分析静力弹性分析73结构扭转位移比2.抗震性能化分析静力弹性分析74框架及剪力墙的剪力分担百分比2.抗震性能化分析静力弹性分析75层间位移角比较2.抗震性能化分析静力弹性分析76剪重比统计2.抗震性能化

13、分析静力弹性分析77层剪力比较2.抗震性能化分析弹性时程分析78层间位移角比较2.抗震性能化分析弹性时程分析79楼梯性能目标2.抗震性能化分析等效弹性分析（中/大震不屈服设计）80中震作用下受拉墙肢验算2.抗震性能化分析等效弹性分析（中/大震不屈服设计）81大震作用下墙肢截面验算2.抗震性能化分析等效弹性分析（中/大震不屈服设计）82整体结构计算结果层剪力 2.抗震性能化分析大震弹塑性时程分析83整体结构计算结果层间位移角 2.抗震性能化分析大震弹塑性时程分析84整体结构计算结果基底剪力时程2.抗震性能化分析大震弹塑性时程分析85整体结构计算结果顶层位移时程2.抗震性能化分析大震弹塑性时程分析86整体结构计算结果2.抗震性能化分析大震弹塑性时程分析87整体结