Midasbuilding在超高层建筑结构设计中的应用

中信建筑设计研究总院有限公司Midasbuilding在超高层建筑结构设计中的应用目录一、北京中信大厦项目概况二、Midasbuilding在结构选型中的应用三、基于Midasbuilding的波谱分析及地震波的选择四、利用Midasbuilding对结构构件的优化分析五、Midasbuilding在其它工程中的应用六、结语世界著名中央商务区一、北京中信大厦项目概况一、北京中信大厦项目概况一、北京中信大厦项目概况

Z15地块项目位于北京CBD核心区，东至金和东路，南至景辉街，西至金和路，北至规划绿地，占地面积1.1478公顷，集甲级写字楼、会议、顶级酒店、服务式公寓、商业、观光等功能于一体。项目建设单位为中国中信集团公司，项目建成后中信集团总部将携中信银行总部入驻，同时将吸引国际金融机构、国际500强企业等公司进驻该项目。一、北京中信大厦项目概况Z15地块项目建筑高度528米，地下七层，地上108层，将成为北京最高建筑，南观中央公园，北见央视新址，西享北京古城、东望新CBD延伸区，不仅成为新地标建筑，亦完整了北京城市天际线。二、Midasbuilding在结构选型中的应用1.目前结构方案采用建筑方案4B几何尺寸2.嵌固端位于地下一层3.采用安评报告提供的小震反应谱4.场地的特征周期按Ⅲ类考虑，混合结构阻尼比取0.0355.巨柱采用4.2m，采用原始结构方案的定位方法6.斜撑位于巨柱之间连接的直线平面内，与次框架在两个平面结构方案采用的主要技术条件

方案CZ1-Z5区大斜撑+Z6-Z8区密柱

方案D1

全高巨柱方案D2全高巨柱+角部单斜撑

方案E1

Z1-Z4大斜撑+Z5八字形巨型斜柱过渡+Z6-Z8巨柱方案E2Z1-Z4大斜撑+Z5人字形巨型斜柱过渡+Z6-Z8巨柱

二、Midasbuilding在结构选型中的应用方案C：Z1-Z5大斜撑+Z6-Z8密柱模型结构平面模型轴测图模型正立图方案C：Z1-Z5大斜撑+Z6-Z8密柱（MIDAS计算结果）巨型斜撑巨型柱2200x22002200x22002200x22001800x900x1102700x27001800x900x1103000x30001800x900x1103400x34001800x900x1104000x40001800x900x1104200x4200墙厚含钢率外框剪力分配比例层间位移角（双向地震）ABC3003004%7.17%1/5104005004%3.27%1/5244005004%13.02%1/5534006004%55.84%1/6714007006%57.58%1/8134007006%54.98%1/9914008006%52.88%1/121270011006%28.44%1/1594方案C：Z1-Z5大斜撑+Z6-Z8密柱

MIDAS计算结果ETABS计算结果周期7.415s

7.648s总重量7154MN

7108MN基底剪力151279kN

143500kN

剪重比2.15%

2.0%

位移角1/5101/648方案D1：全高巨柱模型正立图模型结构平面模型轴测图方案D1：全高巨柱(MIDAS计算结果)巨型斜撑巨型柱2200x22002200x22002200x22002700x27003000x30003400x34004000x40004200x4200墙厚含钢率外框剪力分配比例层间位移角（双向地震）ABC3003004%3.52%1/5414005004%2.31%1/5404005004%10.59%1/5604006004%14.92%1/6384007006%18.24%1/6654007006%17.83%1/7594008006%15.09%1/108970011006%10.94%1/1256方案D1：全高巨柱

MIDAS计算结果ETABS计算结果周期8.100s

8.607s总重量7252MN

7432MN基底剪力139961kN143300kN

剪重比1.93%

1.9%

位移角1/5401/624方案D2：全高巨柱+角部单斜撑模型轴测图模型结构平面模型正立图方案D2：全高巨柱+角部单斜撑(MIDAS计算结果)巨型斜撑巨型柱2200x22002200x22002200x22002700x27003000x30003400x34004000x40004200x4200墙厚含钢率外框剪力分配比例层间位移角（双向地震）ABC3003004%11.5914.47%1/5244005004%16.70%1/5404006004%19.25%16174007006%20.59%1/6414007006%13.86%1/6824008006%15.40%1/105870011006%12.66%1/1223方案D2：全高巨柱+角部单斜撑

MIDAS计算结果ETABS计算结果周期8.356s

8.553s总重量7275MN

7449MN基底剪力141608kN143900kN

剪重比1.97%

1.9%

位移角1/5241/605方案E1：Z1-Z4大斜撑+Z5八字形巨型斜柱过渡+Z6-Z8巨柱模型正立图模型结构平面模型轴测图方案E1：Z1-Z4大斜撑+Z5八字形巨型斜柱过渡+Z6-Z8巨柱

（MIDAS计算结果）巨型斜撑巨型柱2200x22002200x22002200x22001800x900x1102700x27001800x900x1103000x30001800x900x1103400x34001800x900x1104000x40001800x900x1104200x4200墙厚含钢率外框剪力分配比例层间位移角（双向地震）ABC3003004%2.40%1/5334005004%3.38%1/5314005004%12.01%1/5494006004%22.07%1/6144007006%67.23%1/7894007006%56.31%1/9984008006%52.90%1/122370011006%28.49%1/1596方案E1：Z1-毅Z4大斜障撑+Z蜻5八字形巨型斜宏柱过渡+Z磁6-蛛Z8巨柱

MIDAS计算结果ETABS计算结果周期7.633s

7.961s总重量7182MN

7122MN基底剪力151898kN

143600kN

剪重比2.14%

2.0%

位移角1/5311/635方案E2：Z1仍-Z塔4大斜撑+Z唉5人字形巨型桥斜柱详过渡+Z6湾-Z8巨柱模型正学立图模型卧结构趴平面模型轴娇测图方案E2：Z1-战Z4大斜撑+Z狂5人字形巨型斜呆柱过渡+Z详6-疏Z8巨柱（MID土AS计算膏结果）巨型斜撑巨型柱2200x22002200x22002200x22001800x900x1102700x27001800x900x1103000x30001800x900x1103400x34001800x900x1104000x40001800x900x1104200x4200墙厚含钢率外框剪力分配比例层间位移角（双向地震）ABC3003004%2.47%1/5104005004%3.67%1/5084005004%8.02%1/5264006004%48.2%1/5794007006%63.80%1/8124007006%59.73%1/9824008006%60.59%1/124770011006%30.99%1/1633方案E2：Z1-见Z4大斜滤撑+Z5人字睁形巨型斜斗柱过渡+Z劲6-浇Z8巨柱

MIDAS计算结果ETABS计算结果周期7.586s

7.867s总重量7218MN

7130MN基底剪力155051kN

143300kN

剪重比2.17%2.0%

位移角1/5081/634方案比推较项目方案C方案D1方案D2方案E1方案E2周期7.415s8.100s8.356s7.633s7.586s总重量7154MN7252MN7275MN7182MN7218MN基底剪力151279KN139961KN141608KN151898kN155051KN剪重比2.15%1.93%1.97%2.14%2.17%层间位移角1/5101/5401/5241/5311/508方案比呢较方案C方案D方案E1方案E2各方煤案的拳优点过和存眠在的费问题一、方门案C结构解在5区~6区存蚊在外鼻框剪课力分秧担突发变，绳且7、8区分沙担比号例较果低。二、龄方案D1结构周薯期大于8s，剪重韵比小于2.0路%，7、8区分担隆比例较广低。三、方驳案D2结构破周期指大于8s，剪重彼比小于2.零0%，外框架剪力分摇担比例致较合理炼。四、方女案E1有过渡参层，外死框剪力布分担变选化较均顾匀，7、8区分担私比例较系低。五、倡方案E2有过禁渡层耍，外欧框剪浑力分守担变株化较鼠均匀熟，7、8区分啊担比尚例较爆低。三、Mid屠as拉bui短ldi坝ng的波砍谱分随析及好地震隙波的误选择1规范反纲应谱与贱安评反荐应谱的盆比较分姿析2地震庙波的割波谱苹分析码及选朱择工程场踪蝶地设计最地震动衫加速度告反应谱孝按下式却确定：Am纳ax为设终计地怎震动席峰值概加速备度，β(喘T)为设计蒸地震动短加速度贿放大系渣数反应掏谱，αm州ax为地震唇影响系梦数最大透值。1规范反盏应谱与似安评反挪应谱的端比较分级析小震反户应谱曲所线比较遵（3.5析%阻尼己比）地表和（绝繁对标梢高38渣.0）处竖摊向地震林反应谱（50年超越怨概率63%阻尼逮比3.秋5%）地表（盏绝对标闸高38馆.0）处水茫平地震服反应谱（50年超共越概秆率63%阻尼繁比3.5听%）1规范袜反应却谱与寻安评跌反应炼谱的呢比较倦分析根据地迎表（绝困对标高38捐.0）处缝水平弓地震滔反应苏谱（50年超缎越概汤率63%阻尼评比3.悔5%）曲线脾可以看秃出周期听为3秒时就规范砍反应夜谱与园安评准反应浓谱相芝交，3秒之救后规令范地洗震影猪响系什数大毙于安兼评震陡影响共系数按，9.5秒时在闻次相交浑，计算梦时应充初分比较益规范反级应谱与尸安评反唇应谱的中计算结商果。1规范反伶应谱与泄安评反倡应谱的兄比较分群析地表数（绝承对标陷高38椒.0）处水尾平地震坟规范反童应谱比滤较（50年超越担概率63筐%）地表旅（绝捏对标着高38糟.0）处竖敢向地震友规范反袭应谱比夺较（50年超奥越概衰率63%）1规范反剖应谱与暮安评反仆应谱的武比较分重析中震反赠应谱曲拐线比较塔（3.5谋%阻尼比抚）地表配（绝孩对标风高38.部0）处蚂竖向苹地震鸭反应奖谱（50年超妄越概欺率10%阻尼患比3.蠢5%）地表姿（绝械对标桶高38碧.0）处歉水平冷地震姐反应夜谱（50年超欲越概骑率10脚%阻尼比3.献5%）1规范脾反应侵谱与生安评纷反应得谱的递比较膀分析大震反拼应谱曲宏线比较节（3.消5%阻尼比妈）地表斩（绝炸对标阀高38.载0）处竖礼向地震钓反应谱（50年超根越概赠率2%阻尼比3.辩5%）地表（回绝对标车高38屿.0）处读水平嘉地震精反应玩谱（50年超花越概体率2%阻尼芳比3.5院%）1规范反奇应谱与旷安评反由应谱的写比较分泡析反应谱柴计算操插作界面1规范反斯应谱与诸安评反江应谱的递比较分妙析不同反璃应谱计喝算结果划的比较

规范反应谱安评反应谱采用安评最大系数的规范反应谱周期7.414s

7.414s

7.414s总重量7108MN

7108MN

7108MN基底剪力145602kN

151270kN

168521kN

剪重比2.08%2.16%

2.24%

1规范反吸应谱与汇安评反裤应谱的探比较分边析1规范村反应佳谱与隔安评座反应勒谱的雹比较氏分析规范谱值与安评脆谱层剪嘱力曲线烧比较规范谱课与安评流谱倾覆姜弯矩曲笨线比较从层剪力粒曲线中尊可以看梳出，根条据安评蛾反应谱史计算的抢基底剪傅力比规喜范反应娱谱计算亩的剪力抱要大，劈燕但15层至90层规范迹反应谱降计算的乓层剪力结要大。从倾覆弯厚矩曲线吊中可以凶看出，慰根据规段范反应显谱计算度的倾覆舰弯矩比柔安评反大应谱计滩算的倾渣覆弯矩讽要大，昆但75层以喷上安该评反何应谱田计算辆的倾抓覆弯奖矩要还大。建议宏计算玻时应妹该采箱用规决范反遮应谱尘和安斥评反春应谱狂同时载计算传，取六大值渣进行更设计闲。1规范反瓣应谱与状安评反阿应谱的票比较分约析2地震将波的怎波谱返分析况及选股择正确选惩择输入创的地震槽加速度裤时程曲晓线，要牢满足地旗震动三哄要素的斤要求，驼即频谱标特性访、有奸效峰咳值和持续沈时间要符合焦规定。频谱特吉性可用托地震影粪响系数事曲线表燥征，依清据所处吗的场地嫩类别和未设计地仔震分组印确定，样也就是递选择的云实际地兵震波所请处场地榆的设计真分组(震中距粪离、震真级大小)和场矛地类恢别(场地毅条件)应与盯要分用析的漆结构招物所奸处场带地的柏相同辽，简戴单的烈说地让震波迈反应絮谱的泉特征曾周期否与场畏地的煤特征宴周期Tg值应受接近练或相阅同。掀输辜入的京地震肿加速毯度时荐程曲我线的扁有效黑持续未时间益，一宾般从猪首次月达到改该时东程曲羽线最愧大峰半值的10累%那一廉点算望起，南到最描后一叶点达铜到最慕大峰患值的10%为止，沈有效持阔续时间锦取结构铸基本周侮期的5～10倍。地震遵波波领谱分过析操阿作界事面2地震波充的波谱很分析及仆选择A1天然波摔反应谱望和规范劈燕安评反尼应谱比慈较曲线A1天然困波加奥速度命时程巴曲线2地震筒波的却波谱毯分析露及选胶择A2天然锡波加杆速度谢时程炼曲线A2天然浸波反意应谱唱和规办范安峰评反纽奉应谱栽比较摘曲线2地震柏波的知波谱互分析肯及选惰择A9天然波盼加速度洗时程曲辞线A9天然愁波反咸应谱陵和规满范安惧评反盲应谱踏比较躁曲线2地震冷波的雪波谱讨分析吊及选泄择天然抄地震风波特双征参陵数从上钟表中禽可知A9天然波旧特征周持期与规亚范安评成场地特肌征周期秩相差较拐大；A1和A2波持情时较加短；赖根纱据抗棒震规盾范时孙程分凭析用踪蝶加速缎度最诊大值改为70（cm/弃s2）,三条波厕基本满矛足要求船。2地震波鸦的波谱校分析及预选择多组抗时程悔波的听平均阿地震赖影响异系数听曲线巾与振供型分影解反滩应谱姥所用析的地宝震影监响系浊数曲挎线相绝比，服在对骡于结旗构主多要振础型的应周期商点上臂相关羡不大续于20俩%结构周阁期对应退地震影面响系数俘比较从上表藏中可以泥看出，呜结构第关六周期洗天然波邪所对应仗的地震懂影响系摧数平均酒值与安冲评相比其相差较俩大。2地震皂波的油波谱宇分析邮及选央择根据敞建筑拒抗震牛规范而（GB5鸡001幼1-2驰010）第团条规土定每筹条时晕程曲针线计料算所妻得结董构底荣部剪响力不盟小于伞振型榴分解颂反应康谱法(C博QC法)计算所锡得结果气的65勺%，同叮时三剪条时土程曲诵线计顶算所长得结防构底搂部剪舟力的傅平均元值不绢小于低振型浆分解笛反应浩谱法(C蝇QC法)计算养所得寒结果够的80铺%。2地震波况的波谱抢分析及府选择地震波坦作用下管结构指多标比较2地震耀波的锈波谱衡分析未及选炸择地震波谣的波谱鸡分析及珠选择主真要结论条：1估A亩9天然距波特务征周果期与仪规范相安评舌场地森特征扇周期剖相差敏较大音，不碧合适混本场疼地；2抢A1和A2波持球时较谊短，鸭不合器适本骡结构齐；3根据建虹筑抗震隶规范（GB容50尾01沈1-麦20责10）时程嫂分析用供地震波舰加速度夫最大值皇为70（cm起/s暴2）争，三脑条波忙基本汉满足么要求连；4多组车时程引波的捷平均仇地震惹影响闻系数深曲线求与振迁型分言解反厉应谱劣所用璃的地让震影恶响系刊数曲撑线相箩比，件在对桨于结辫构主腿要振遵型的伍周期总点上站相关榨不大捉于20%，三条评波基本没满足要枪求；5根据凝建筑动抗震旺规范汗（GB5麻001促1-2氧010）第条攀规定每障条时程躁曲线计蔽算所得冬结构底棵部剪力奋不小于胀振型分宋解反应隶谱法(C抄QC法)计算裁所得卵结果麻的65%，同时绒三条时言程曲线嗽计算所筝得结构掠底部剪违力的平禁均值不则小于振患型分解某反应谱骄法(CQ饭C法)计算钻所得筛结果题的80推%，三条代波基本渣满足要约求。6建议安方评单位虏提供符翻合本场荣地和结河构特性斑的天然躺和人工壮三向地字震波。2地震波爬的波谱准分析及奶选择四、利费用Mid悦as款bui夹ldi邻ng对结构抽构件优享化分析1斜撑与蚕次框架愿同平面效和不同芳平面对茎结构的扣影响分宝析2斜撑截述面变化夺对结构围的影响历分析3巨柱截衫面变化畜对结构停的影响控分析4滑E方案顶轻部取消花次框架弄对结构垄的影响虹分析支撑不余跃层示功意支撑五跃层饥示意1斜撑与斯次框架采同平面涨和不同轿平面对巷结构的翁影响分折析斜撑与捏楼面梁捧相连接斜撑与系楼面梁奋不相连除接斜撑绘在不焦同平妹面内祝对方间案C（Z1龟-Z芳5大斜撑+Z豪6-便Z8密柱撕）的揪结构示影响俊分析1斜撑与爆次框架肠同平面棋和不同杆平面对厕结构的馋影响分透析斜撑如在不葛同平慌面内槐对方横案E1（Z1欺-Z挤4大斜撑+Z茄5八字形董巨型斜蹲柱过渡+Z槽6-途Z8巨柱叨）的缺结构库影响姐分析1斜撑与屠次框架办同平面蜻和不同成平面对枯结构的膀影响分章析斜撑堵在不密同平咱面内车对方令案E2（Z1-袋Z4大斜撑+Z5人字简形巨列型斜嫁柱过唉渡+Z6乏-Z8巨柱）逝的结构翠影响分站析1斜撑堤与次湖框架亏同平倒面和椒不同贩平面喇对结贤构的脚影响助分析斜撑在截不同平凉面内对谷结构影袄响主要匆结论：1大斜撑崖与框架羽梁柱连艇接后，个相比斜芹撑跃层题的结构已形式周仆期增加盼，但基越底剪力爬也增加聚，剪重标比增加恩。2环状桁奸架是否增跃层或盐者被楼拢层梁打简断对结撞构影响否不大。1斜撑与页次框架衡同平面屑和不同选平面对填结构的刻影响分掘析2大斜折撑截漠面变画化对阅结构米影响沾分析C方案大乳斜撑截秀面变化降的结构竹指标从上表亲可以看症出C1忽2方案和C11方案比膛较，总点质量增卧大，周太期减小协较多，特层间位萌移角略啄为增大斤，剪重芦比略为初增大，冠框架承拆担的剪辆力比例勿有所提纵高，大飘斜撑应字力减小擦，结构姨较合理。3巨柱惜截面须变化六对结资构影搅响分种析巨柱截面尺寸变

化方案巨柱添截面芬尺寸勒变化蚂结构甲指标桶比较巨柱截躬面尺寸旦变化对疮结构影撕响主要榆结论：1各方抚案巨籍柱截群面变沉化均寸能满躁足规赌范对值柱轴址压比衣的要盖求；苏随着筹柱子蒙截面感收进迹幅度耻增加摊，结句构刚顿度减妄小，王结构奴周期比相应脏增大纠；2方案3和方案4柱子幅截面腔尺寸赌收进忍较大爽，在薯顶层芹部分桐楼层字的位优移角月不满款足规德范要欲求；3综合系比较4个方背案，明方案2采用贸的截仍面尺斩寸既龄能在村减小浪建筑盖物重婶量的坊情况心下，胳又能白满足戒规范物对剪辰重比柔和层广间位炸移角价等各岂项指列标的彼要求奏，建请议采多用方喷案2的巨碧柱载开面形悄式。3巨柱冶截面恨变化隙对结丝式构影当响分肯析E11方案盖：（Z1-冒Z4大斜回撑+Z5八字摇形巨状型斜蜻柱过筋渡+Z6奸-Z8巨柱）激构件截扫面尺寸架说明角柱尺卧寸：中柱道尺寸攻：环状桁吹架尺寸泊：大支拣撑尺虎寸：桁架纸支撑故跃层内部熔钢梁峡尺寸香：HN君69你2x观30踪蝶0x联13拥/2永0钢梁采职用Q4披20E12方案：去掉6-蓝8区次框痒架小柱蠢子E13方案绳：去掉6-8区次爽框架围小柱冤子，馆改梁赶截面，1-答5区HN6帽92x酸300袭x13岛/20；6-扭8区H10令00x钓700危x40怜/50E14方案：去掉6-贵8区次框笑架小柱剃子，改歇梁截面耽，6-8区主颂框架四柱钢火骨混司凝土鸟柱改房诚为箱茎型截房诚面钢尚柱4荒E方案授顶部蚀取消副次框挺架对跃结构旷影响纺分析各方案丈结构指态标比较4E方案顶楼部取消障次框架耽对结构想影响分特析E1方案日取消睛次框烫架结浩论：1奶E铲12方案和E11方案即比较开，总遗质量润略为莲减小浮，周符期略沾为增算大，猪层间父位移来角略厌为增康大，蚀但删丸除小胸柱子锤后内烟部框灵架梁固抗弯羞不够云，框扔架承臂担剪晕力比姥例变梨化不拨明显披。2瞒E1躲3方案和E1仅2方案虹比较膨，总指质量劲增加悔较多湖，周波期减闷小，仰层间苦位移释角减椒小，级改大嘱钢梁练截面忘后能铃满足皂抗弯抖要求绝，6~虎8区框架奖承担剪仗力比例妙明显提骨高。3带E添14方案析和E1熟3方案比携较，总扇质量减妙小，周钩期略为篮减小，接剪重比安略为增涉大，框分架承担怕剪力比构例变化填不明显蜓。4根据钞计算剑可以生看出E1方案取略消顶部聚次框架高柱各项男指标均悼能满足句规范要翠求，此厌结构方惹案基本们可行。4欺E方案自顶部田取消且次框絮架对地结构墨影响厚分析4E方案顶婶部取消和次框架法对结构会影响分变析E21方案：牺（Z1垮-Z酸4大斜撑+Z5人字形符巨型斜阳柱过渡+Z沸6-幸Z8巨柱）降构件截抱面尺寸畜说明角柱武尺寸匠：中柱机尺寸咽：腰部弱桁架爬尺寸虑：大支撑喷尺寸：桁架割支撑劲跃层内部子钢梁框尺寸棉：HN艳69注2x朽30仍0x忌13候/2策0钢梁采煌用Q4他20E22方案：去掉6-8区次框盟架小柱姓子E2缩慧3方案：去掉6-良8区次蒸框架括小柱颗子，幼改梁承截面1-曲5区HN6夹92x洗300烧x13临/20；6-修8区H10货00x救700俘x40剥/50E2贤4方案：去掉6-8区次切框架蹲小柱枕子，眉改梁足截面锁，6-8区主框其架柱钢吉骨混凝干土柱改伴为箱型显截面钢廊柱各方逗案结熟构指批标比寒较4E方案顶捕部取消沟次框架芝对结构步影响分桑析E2方案满取消轿次框铁架结墓论：1E22方案和E21方案饶比较自，总纪质量贫略为紫减小辩，周猪期略纹为减智小，鉴层间让位移秘角略路为增诵大，沈但删咸除小靠柱子寸后内国部框团架梁转抗弯锣不够底，框吧架承令担剪搞力比咸例变存化不牌明显黎。2幕E2削3方案商和E22方案线比较意，总等质量亭略为加增加核，周燃期略顷为减哀小，睡层间馅位移猴角略掌为增走大，过但删可除小白柱子通后内砌部框站架梁望抗弯帆不够宋，框麦架承丙担剪哈力比圾例6区和8区明尖显提寒高。3造E2模4方案嚷和E23方案比吸较，总束质量减强小，周割期减小拜，层间菊位移角筝略为减局小，框械架承担睬剪力比断例略为逝变化。4根据计堡算可以镰看出E2方