名企大厦结构设计原则选型及要点

腾讯滨海大厦结构设计原则、选型及分析要点主讲：卢宝威

先生

吴晖

博士艾奕康咨询（深圳）有限公司AECOM工程概况结构体系介绍设计原则和结构选型结构整体分析结果连体桁架的行为关键构件性能复核施工模拟分析温度应力分析小结工程概况深圳腾讯滨海项目：工程概况3F38F21F26F34F6F高区连体中区连体低区连体层数和楼高：南塔50层，主屋面高度243.7m，北塔39层，主屋面高度192.75m标准层层高：4.35米，地库深度：约20米。塔楼间三道连体分别位于3~6层、21~26层和34~38层。跨度在约为24~45米范围。15层楼面相连。图4.2.2-1广东省建科院风洞试验模型深圳腾讯滨海项目：风荷载图4.2.2-2RWDI院风洞试验模型地面设计参数（地安评）地面设计参数（规范）小震：

中震：

大震：

小震、中震和大震均使

用规范反应谱。深圳腾讯滨海项目：地震作用设防概率P63%(50年)10%(50年)2%(50年)水平向竖向水平向竖向水平向竖向地震影响系数最大值0.10880.07090.30680.19940.54810.3563特征周期0.420.420.550.550.850.85衰减系数1.0191.0191.0191.0191.0191.019图4.3.2-4小震规范反应谱和地震安评反应谱计算结构地震剪力比较结构体系介绍深圳腾讯滨海项目：结构体系型钢混凝土柱-钢筋混凝土核心筒混合结构体系钢梁和压型钢板钢筋混凝土组合楼盖（核心筒区域内采用现浇钢筋混凝土楼盖，连体层采用钢筋桁架板）加强层南塔1道：21层北塔不设加强层斜撑

边斜撑：南塔1~48层、

北塔1~38层连体桁架大悬挑桁架图7.1-1：塔楼结构3D示意图南塔核心筒中区连接体高区连接体北塔核心筒北塔大悬挑桁架低区连接体北塔边斜撑南塔边斜撑加强层北塔局部腰桁架深圳腾讯滨海项目：结构体系-主要位置结构布置连体结构布置大悬挑结构布置21层增设桁架连体桁架南塔腰桁架南塔伸臂图7.1.2-121层伸臂、腰桁架及连体桁架设置示意图7.2-1低区连接体结构布置示意图7.3-2南侧裙房大悬挑结构布置示意图7.2-3高区连体竖向构件和桁架斜杆布置示意深圳腾讯滨海项目：结构体系-低区连体深圳腾腾讯滨滨海项项目：结构构体系系-中区连连体深圳腾腾讯滨滨海项项目：结构构体系系-高区连连体深圳腾腾讯滨滨海项项目：结构构体系系-北侧裙裙房大大悬挑挑结构设设计原原则及及结构构选型型深圳腾腾讯滨滨海项项目：结构构设计计原则则设计原原则：：连体结结构当当成一一个结结构整整体：：两栋塔塔楼及及连体体可按按一个个结构构整体体考虑虑，按按结构构整体体验算算符合合规范范要求求。适当考考虑单单体刚刚度：：单栋塔塔楼参参数可可考虑虑不完完全满满足规规范要要求，，只需需满足足施工工阶段段要求求即可可，单单栋塔塔楼可可只考虑10年重现现期的的风荷荷载和和50年重现现期地地震作作用下位移移角满满足规规范要要求。可以防防止整体结结构过过刚：如单体也也完全全满足足规范范要球球，则则南塔塔需2~3个加强强层，，北塔塔均需需1个加强强层，，由连连体相相连后后，结结构Y向层间间位移移角为为1/1206，T1=4.2秒，抗抗侧刚刚度过过刚。。单塔满满足50年风荷荷载要求模模型深圳腾腾讯滨滨海项项目：结构构选型型-单塔塔刚度度选取取满足施施工阶阶段要要求：：荷载取取10年风荷荷载和和50年地震震作用用尽可能能使南南北塔塔单塔塔下的的抗侧侧刚度度接近近：水平荷荷载作作用下下位移移接近近。图9.4.2-1风荷载作用下单塔位移比较图9.4.2-2Y向地震作用下单塔位移比较深圳腾腾讯滨滨海项项目：结构构选型型-加强层层的研研究单体研研究：：南塔1道，北北塔不不需，，位于于21或34层。南塔稳稳定要要求需需4~5道伸臂臂，和和腰桁桁架。连体下下分析析21层可使使位移移比满满足要要求，，风作作用下下位移移接近近、对对桁架架内力力影响响小。。选择方方案：：南塔塔21层设5道伸臂臂和腰腰桁架架。高区(4道)伸臂+中区腰桁架

高区伸臂(4道)+腰桁架

高区伸臂+腰桁架（只有左右两侧）高区伸臂(4道)+中区腰桁架及伸臂（2道）高区伸臂(6道)+中区腰桁架高区伸臂（5道）+中区腰桁架中区伸臂（5道）+中区腰桁架限值X方向刚重比3.363.2353.163.3643.353.3323.3721.4y方向刚重比1.321.411.261.441.411.3721.4751.4深圳腾腾讯滨滨海项项目：结构构选型型-边撑的的选择择单体、、连体体研究究增强稳稳定及及外框框剪力力占比比。图9.4.4-1南、北塔边斜撑形式(a)南塔边斜撑形式(b)北塔边斜撑形式深圳腾腾讯滨滨海项项目：结构构选型型-框架架梁与与核心心筒连接楼面框框架梁梁与核核心筒筒铰接接、固固接敏敏感性性分析析单体和和连接接体下下均进进行分分析右表为为连体体下不不同连连接方方式对对比。。通过对对单体体及连连体情情形下下，框框架梁梁和核核心筒筒铰接接及固固接的的比较较可见见，改改为固固接对对结构构刚度度的贡贡献是是有限限的，，考虑虑铰接接的方方式方方便施施工，，且可可以减减小核核心筒筒和外外围柱柱位移移差的的影响响，本本结构构框架架梁和和核心心筒连接采用铰铰接的的方式式。模态周期主梁固接主梁铰接差别15.04765.22153.40%24.60544.66891.38%34.15554.2161.45%41.60091.63642.20%51.57611.60581.80%61.49881.52651.85%71.10991.12091%80.9080.91520.80%90.82850.84351.80%

主梁固接主梁铰接差别楼层最大层间位移1/6201/6372.90%深圳腾腾讯滨滨海项项目：结构构选型型-混合合结构构混合结结构与与钢筋筋混凝凝土结结构的的比较较

周期总质量（t)基底剪力(kN)最大位移角T1(S)T2(S)T3(S)南塔X向南塔Y向北塔X向北塔Y向钢筋混凝土结构5.6905.1584.6775363343011931417430098313871/510混合结构5.1904.6494.1934584112712428660271027286261/637相差9.6%10.9%11.5%17.0%11.0%9.6%11.1%9.6%24.9%

混合结构钢筋混凝土结构结构自重自重较轻，差别17%较大柱子截面尺寸影响较小，可以增加使用面积，混合结构比钢筋混凝土结构发现钢筋混凝土结构框架柱截面同比组合楼盖结构框架柱截面增大约16%。如混合结构首层柱截面尺寸1400x1400改为钢筋混凝土结构截面尺寸约为1400x1800。较大，建筑师认为方案二柱子太大，很不合适。梁截面高度影响结构高度约600mm，增加约300mm净空，能实现2800mm净空。部分结构高度为900mm，影响净空。连体结构与裙房大跨度悬挑适应性因大跨度连体与裙房大跨度悬挑将采用桁架方式处理，所以采用组合楼盖更有利于节点连接。不利塔楼施工进度标准层一般约需4-5天标准层一般约需7-8天抗震等级抗震性性能目目标深圳腾腾讯滨滨海项项目：抗震震等级级单体结构体系楼层抗震等级框架剪力墙南塔楼型钢混凝土框架-钢筋混凝土核心筒混合结构首层及以上各层一级（底部加强区特一级）特一级加强层及连体及上下各一层特一级特一级地下一层特一级特一级地下二层一级一级地下三层二级二级地下四层三级三级北塔楼型钢混凝土框架-钢筋混凝土核心筒混合结构首层及以上各层一级（底部加强区特一级）特一级加强层及连体及上下各一层特一级特一级地下一层特一级特一级地下二层一级一级地下三层二级二级地下四层三级三级地下室（非塔楼范围）三级深圳腾腾讯滨滨海项项目：抗震震性能能目标标本工程程的抗抗震性性能水水准如如下：：1）弹性性二：：多遇遇地震震及风风荷载载作用用下构构件的的性能能评估估2）弹性性一：：竖向向构件件及重重要桁桁架在在设防防烈度度下性能评评估比JGJ3-2010性能水水准3水准中中对关关键构构件及及普通通竖向向构件件的正正截面面强度度要求求略高高，对关键键构件件承载力力计算算使用构件承承载力力设计计值。3）不屈屈服：：大震下下关键键构件件4）部分分屈服服：中震、、大震震下耗耗能构件本工程程的抗抗震性性目标：：比C级目标标略高高部位构件构件所在部位小震及百年一遇风中震大震单体框架梁连接体及其上、下层外围框架梁，弹性二弹性一不屈服其余框架梁弹性二不屈服部分屈服框架柱底层及连接体处及其上、下层弹性二弹性一不屈服其余层弹性二弹性一不屈服剪力墙底部加强区及连接体处及其上、下层弹性二弹性一不屈服其余位置弹性二弹性一不屈服连梁全楼弹性二部分屈服部分屈服大悬挑桁架上、下弦杆弹性二弹性一不屈服斜向腹杆弹性二弹性一不屈服竖向腹杆弹性二弹性一不屈服结构整整体行行为深圳腾腾讯滨滨海项项目：结构构分析析主要要内容容结构分分析程程序选选用弹性分析及及弹性性动力时时程分分析：ETABS、MIDAS/GEN和SATWE。大震弹弹塑性性分析析采用用程序序：ABAQUS楼板应应力分分析采采用程程序：ETABS、MIDAS/GEN节点分分析采采用程程序：ABAQUS施工模模拟分分析、、温度度应力力分析析：MIDAS/GEN结构分分析主要内内容1.多遇地地震（（小震震）下下反应应谱分分析2.多遇地地震下下弹性性时程程分析析3.设防烈烈度地地震（中震震）分分析4.罕遇地地震（（大震震）下下动力力弹塑塑性时时程分分析5.复杂节节点分分析6.楼板应应力分分析7.施工模模拟分分析8.温度应应力分分析小震和和风作作用下下分析析主要要结果果深圳腾腾讯滨滨海项项目：周期期和振振型振型ETABSMIDASSATWE14.955915.04025.06024.358544.54144.60534.130914.21194.16541.562721.66041.61151.4921.56811.57861.410341.4771.49971.080211.12681.10680.869960.91450.90290.79650.81760.817三个软软件计计算所所得的的周期期值非非常接接近振型X-平移Y-平移Z-平移RX-旋转RY-旋转RZ-旋转质量％<总>质量％<总>质量％<总>质量％<总>质量％<总>质量％<总>10.05<0>62.97<63>0.00<0>90.08<90>0.03<0>2.42<2>251.16<51>0.41<63>0.00<0>0.55<91>72.25<72>21.51<24>322.40<74>2.10<65>0.00<0>2.62<93>24.45<97>46.31<70>160.27<93>0.00<87>21.36<50>0.11<95>0.01<97>0.13<89>240.05<99>0.05<98>12.01<95>0.01<95>0.01<97>0.04<89>ETABS振型质质量参参与系系数T1:ETABSMIDAS/GENSATWET2:ETABSMIDAS/GENSATWET3:ETABSMIDAS/GENSATWE深圳腾腾讯滨滨海项项目：层间间位移移角、、位移移比等等主要要参数数北塔Y轴方向向南塔Y轴方向北塔Y轴方向向南塔Y轴方向(1.57，层间间位移移角为为1/1625)1.46(该层层层间位位移角角为1/2031)连体层层下层层为薄薄弱层层连体层下层层为软弱层层深圳腾讯滨滨海项目：楼层地震剪剪力分布图10.2.11-2(1)连体楼层剪剪力对比弹性时程分分析校核深圳腾讯滨滨海项目：弹性时程分分析校核时程波的选选择

序号波名称持续时间时间间距最大加速度（cm/s2）天然波1地震安评报告提供的天然波140S0.02S402地震安评报告提供的天然波240S0.02S403地震安评报告提供的天然波340S0.02S4041940，ElCentro波40S0.02S4951952，Taft波40S0.02S51人工波6地震安评报告提供的人工波140S0.02S407地震安评报告提供的人工波240S0.02S40深圳腾讯滨滨海项目：弹性时程分分析结果各时程波楼楼层剪力分分布曲线7条时程波剪剪力平均值值与规范CQC剪力对比北塔层间位位移角南塔层间位移移角中震结构分析主要结果深圳腾讯滨滨海项目：中震分析析主要结果果基底剪力项目偶遇地震V1多遇地震V2V1/V2底层地震力南塔X105289(KN)366002.88Y107145(KN)373002.87北塔X72112(KN)251002.87Y74088(KN)258002.87位移角满足足抗规性能能2的要求连体层楼板板退出工作作情形下统统计的位移移角大震结构分析主要结果地震波地震波的选选择：选择了三条条波进行大大震弹性反反应分析，，并选择其其中反应最最大的一条条波进行大大震下的弹弹塑性反应应分析，经对比采用用了拟合规规范反映谱谱的人工地地震波。深圳腾讯滨滨海项目：罕遇地震作作用下动力力弹塑性时时程分析地震波输入地震波方向南塔顶点位移X(mm)南塔顶点位移Y(mm)北塔顶点位移X(mm)北塔顶点位移Y(mm)基底剪力X(MN)基底剪力Y(MN)拟合规范波0度40369841751332622518度393682411504320220天然波10度35459939342025418518度356537407379243182天然波20度37059838341924521318度335506373314281189弹性计算结结果比较拟合规范波波0度弹塑性分分析结果基底剪力：最大基底剪剪力为246MN(X)，210MN(Y)。与本条波波的大震弹弹性分析结结果比较，，基底剪力力减少大24%(X)，7%(Y)。层间位移：南塔最大层间间位移角为为1/243(X)，1/195(Y)，北塔最大层层间位移角角为1/215(X)，1/233(Y)，层间位移移角小于1/100，满足规范范要求。深圳腾讯滨滨海项目：罕遇地震作作用下动力力弹塑性时时程分析连体桁架作作用深圳腾讯滨滨海项目：连体作用用分析连体对结构构Y向的加强作作用位移比较：：连体后两塔塔楼的X向位移增大大，Y向位移有所所减小。说说明连体的的存在使塔塔楼Y向刚度明显增大，但对塔楼X向刚度的贡贡献很小。北塔X轴方向北塔Y轴方向南塔X轴方向南塔Y轴方向深圳腾讯滨滨海项目：连体作用用分析连体桁架作作用：因类似双肢剪剪力墙中的的连梁(b)重力荷载在桁架中的力路径南塔剪力墙北塔剪力墙（a）重力荷载作用下桁架轴力图(c)水平荷载作用下桁架轴力图南塔剪力墙北塔剪力墙(d)水平荷载在桁架中传力路径桁架构件性性能复核深圳腾讯滨滨海项目：小震和风风-连体桁架构构件验算连体桁架应应力比：在多遇地震震效应组合合作用下，，斜杆设计计内力值再再乘以增大大系数1.5。图11.6-5底部连体层层桁架BL-PHJ4应力比图11.6-9中部连体层层桁架ML-PHJ3应力比图图11.6-21上部连体层层桁架TL-PHJ5应力比深圳腾讯滨滨海项目：小震和风风-连体桁架变变形验算底部桁架桁架编号桁架跨度L(m)恒载变形值(mm)活载变形值(mm)恒+活挠度活载挠度恒+活挠度限值[νT]活载挠度限值[νQ]BL-PHJ133.421.23.71/13411/90271/4001/500BL-PHJ231.419.33.21/13961/98131/4001/500BL-PHJ3423251/11351/84001/4001/500BL-PHJ451.547.38.11/9301/63581/4001/500中部桁架桁架编号桁架跨度L(m)恒载变形值(mm)活载变形值(mm)恒+活挠度活载挠度恒+活挠度限值[νT]活载挠度限值[νQ]ML-PHJ137.54310.21/7051/36761/4001/500ML-PHJ249.653.511.11/7681/44681/4001/500ML-PHJ325.838.891/5401/28671/4001/500ML-PHJ428.6348.21/6781/34881/4001/500ML-PHJ531.436.810.11/6701/31091/4001/500ML-PHJ634.242.4121/6291/28501/4001/500ML-PHJ736.950.111.31/6011/32651/4001/500深圳腾讯滨滨海项目：弹性时程分析析-连体桁架构构件验算连体桁架应应力比：弹性时程分分析的应力力比通常比比反应谱法法对应力比比小。图11.6-5底部连体层层桁架BL-PHJ4应力比图11.6-9中部连体层层桁架ML-PHJ3应力比图11.6-21上部连体层层桁架TL-PHJ5应力比深圳腾讯滨滨海项目：中震-连体桁架构构件验算连体桁架应应力比：考虑楼板退退出工作，，按弹性一性性能目标验验算应力比比。图12.5-4底部连体层层桁架BL-PHJ4应力比图12.5-7中部连体层层桁架ML-PHJ3~ML-PHJ7应力比拟合规范波波0度弹塑性分分析结果连体桁架的损损伤：连体和大悬挑桁架基本未出现塑塑性应变。深圳腾讯滨滨海项目：罕遇地震作作用下动力力弹塑性时时程分析图17.7-12上部连体桁桁架的损伤伤:塑性应变关键构件性性能验算ML-PHJ3Y向地震深圳腾讯滨滨海项目：小震和风风-核心筒墙体体验算核心筒墙体：：连体层核心心筒墙体应应力分析—桁架相连位位置有应力力集中TL-PHJ5Y向地震深圳腾讯滨滨海项目：中震-核心筒墙体体验算核心筒墙体：：中震下受拉拉墙体------两端暗柱中中增设钢骨骨（南塔底底部两层））图12.3-2受拉墙体增设钢骨示意图核心筒墙体：：NQ2在L34层在中震作作用下需加加配钢板方方可满足抗抗剪截面要要求拟合规范波波0度弹塑性分分析结果剪力墙的损损伤：大部分墙损损伤很小。。连体所在在楼层的墙墙损伤明显显大于普通通层，以上上部连体最最为明显。。但墙受压损伤最大值值小于0.2，属较轻的的损伤，满满足抗震性性能评价标标准。深圳腾讯滨滨海项目：罕遇地震作作用下动力力弹塑性时时程分析墙受压损伤伤墙受拉损伤伤拟合规范波波0度弹塑性分分析结果框架柱的损伤伤：框架柱的最大大压应变为为0.0018，应力未超超过混凝土土抗压强度度标准值。。柱内型钢钢未屈服，，大震下柱未屈服，，满足框架架柱抗震性性能评价标标准。深圳腾讯滨滨海项目：罕遇地震作作用下动力力弹塑性时时程分析图17.7-8柱混凝土压压应变图17.7-9柱内型钢屈屈服状态（（0表示未屈服服，1表示屈服））拟合规范波波0度弹塑性分分析结果连梁的损伤：连梁有较多屈屈服，特别别是下部楼楼层连梁屈屈服数量多多，屈服程程度大，但但不超过CP水平。大部分连梁屈屈服程度在在LS水平。框架梁的损损伤：框架梁，包包括外框梁梁和内框梁梁基本未出出现塑性应应变。深圳腾讯滨滨海项目：罕遇地震作作用下动力力弹塑性时时程分析图17.7-10连梁的损伤：塑性铰图17.7-11框架梁的损伤:塑性应变深圳腾讯滨滨海项目：关键节点有有限元分析析分析结果：：建议节点点ML-1，ML-2和TL-1需采用铸钢钢节点图16.4-22节点ML-2采用铸钢节节点做法时时应力节点应力可可以满足要要求图16.4-23节点ML-2采用非铸钢钢节点做法法时应力节点应力不不能满足要要求，不采采用。深圳腾讯滨滨海项目：关键节点有有限元分析析分析结果：：大震复核—桁架杆件架杆件逐级级加载直至至腹杆屈服服来考察节节点区的应应力。图16.4-27节点ML-2应力分析结果显显示，即使使桁架杆件件已经屈服服，节点区区应力水平平较低，均均小于250MPa,节点区不会会破坏小结：取最不利荷荷载组合工工况的1.3倍内力对节节点区杆件件施加荷载载加以分析析。结果显显示，节点点区应力约约在80MPa~200MPa之间，小于于杆件应力力且均小于于钢材的屈屈服强度，，并具有较较大的安全全储备，满满足“强节节点，弱杆杆件”的设设计要求。。由于中高区区连体桁架架局部杆件件设计内力力比较大，，两桁架腹腹杆小角度度相交，且且杆件截面面尺寸厚度度大，采用用普通节点点构造做法法难于满足足设计要求求，故节点点ML-1，ML-2，TL-1采用铸钢节节点。抗连续倒塌塌分析桁架TL-PHJ2桁架TL-PHJ7深圳腾讯滨滨海项目：抗连续倒塌塌分析分析结果：：工况2：上部连体体桁架：拆拆除斜杆后后，应力超超出，用附附加荷载法法复核。图15.5-4ML-PHJ1桁架与拆除除斜杆连接接杆件应力力比图15.5-5ML-PHJ2桁架与拆除除斜杆连接接杆件应力力比拆除斜杆拆除斜杆图15.5-9TL-PHJ2桁架立面示示意图图15.5-10TL-PHJ7桁架立面示示意图图15.5-12TL-PHJ7桁架与拆除除斜杆连接接杆件应力力比深圳腾讯滨滨海项目：抗连续倒塌塌分析分析结果：：工况3：上部连体体桁架：附附加荷载法法，桁架可可以满足要要求。图15.5-5ML-PHJ2桁架与拆除除斜杆连接接杆件应力力比附加80KPa附加80KPa图15.5-14附加偶然荷荷载法桁架架TL-PHJ2应力比图15.5-15附加偶然荷荷载法桁架架TL-PHJ7应力比施工加载和和混凝土收收缩徐变影影响分析深圳腾讯滨滨海项目：施工加载和和混凝土收收缩徐变影影响施工顺序及及假定：核心筒超前前外框架5层施工，施施工时间为为每5天施工完一一个标准层层。第一步：安安装上部连连体的底部部钢桁架部部分。第二步：提提升中间部部位的桁架架片。第三步：顺顺序安装上上部的钢框框架.第四步：修正中部的连体体两侧待对对接的构件件。第五步：施工中间部位的的桁架片第六步：顺顺序安装中部连桥上的钢框架架第七步：最最后采用设设置临时钢钢桁架柱作作支撑，并并设置操作作平台，按按常规的钢钢结构安装装方法从下下至上顺序序安装下部部连体及悬悬挑结构。。深圳腾讯滨滨海项目：施工加载和和混凝土收收缩徐变影影响分析结果：节点竖向变变形差变形类型塔楼间竖向变形差（mm）南塔核心筒与柱竖向变形差（mm）点位5-149-1519-201-22-34-56-78-9弹性变形2.324.526.810.0630.9512.249.267.2收缩变形-0.16-0.17-0.357-2.68-2.68-1.56-2.85-1.53徐变变形0.452.342-8.76-4.94-6.93-8.89-4.11合计2.626.638.44-7.6324.68-8.07-3.173.16表中统计变变形差为最最大楼层处处竖向变形形差，不一一定在同一一楼层；楼层正值表表示同一塔塔楼内框架架柱竖向位位移大于剪剪力墙竖向向位移，塔塔楼间正值值表示南塔塔竖向位移移大于北塔塔竖位移。。构件内力影响：梁端端弯矩

6层

(连体层)14层20层

27层34层

(连体层)40层/Roof47层Roof1-2段梁收缩徐变43-9-14-21-181-22-30-101竖向合计1-360-658-418-728-655-731-723-1408竖向合计2-404-649-404-707-780-706-629-1307竖向合计333-644-390-700-778-646-611-11773-2段梁收缩徐变-10-24-38-35-62-33-43-39竖向合计1-603-339-503-455151-213-646-668竖向合计2-594-314-465-420213-180-603-629竖向合计3-590-305-435-337160-210-460-430竖向合计1为恒载和活工况况下考虑施工加加载和收缩徐变变20年后的弯矩，竖竖向合计2为在恒载和活载载工况下考虑施施工加载但不考考虑收缩徐变时时的弯矩，竖向向合计3为在恒载和活载载工况为一次性性加载时的弯矩矩。深圳腾讯滨海项项目：施工加载和混凝凝土收缩徐变影影响分析结果：构件内力影响：桁架内力力、伸臂内力深圳腾讯滨海项项目：施工加载和混凝凝土收缩徐变影影响小结及对策：通过考虑施工加加