巨型斜撑构件的钢板尺寸 (mm)
表1
楼层 层 88～98 层 78～88 层 66～78 层 54～66 层 42～54 层 18～42 层 6～18
tf 20～60 40～80 80～100 60～100 80～100 60～100 50～80
D 800
1 000 1 000 1 200 1 200 1 400 1 600
不考虑 不考虑 不考虑
效应 ,而且考虑了风荷载及地震作用的最不利方向 。 为提高计算效率及避免不必要的复杂细节 ,采用的计 算机模型对结构进行了适当的简化 。
(1) 模型只模拟抗侧力体系 ,对大楼整体侧向反应 影响较小部分 ,如楼面梁则被省略 。
(2) 在 ETABS 和 SAP2000 模型中 ,核心筒以外楼板 的平面刚度采用了等效的楼面桁架来模拟 ( 类似弹性 楼板) 。当估算平面等效桁架的构件尺寸时 ,考虑了由 于混凝土楼板开裂所引起的楼板平面刚度的减小 ,楼 板估算刚度的大小对于周边桁架及外伸臂桁架所在楼 层杆件的内力会产生较大的影响 。
周 期 (s)
T3
T4
T5
最大层间位移角
x
(100 年重现期风荷载) y
ETABS 6. 52 6. 34 2. 55 2. 09 1. 99 1Π581 1Π901
SATWE 6.70
SAP2000 6. 62 6. 47 2. 52 2. 14 2. 00 1Π559 1Π877
故不做防火喷涂 。周边带状桁架下弦所在楼层采用厚 10mm 的钢板加厚 190mm 的混凝土板进行加强 ,设计中 考虑了钢梁与混凝土楼板的组合作用 。
建筑结构体系有如下一些特点 : (1) 巨型柱 、巨型斜撑 、周边带状桁架构成的巨型 结构具有很大的抗侧力刚度 ,在建筑物的底部外周的 巨型桁架筒体承担了 60 %以上的倾覆力矩和 30 %～ 40 %的剪力 ,而且与框筒结构相比 ,避免了剪力滞后的 效应 ,也适当减轻了建筑结构的自重 。 (2) 外伸臂桁架在建筑中所起的作用较常规的框 架2核心筒或框筒结构体系已大为减少 ,使得采用非贯 穿核心筒体的外伸臂桁架成为可行 。 (3) 位于建筑角部的巨型柱可起到抵抗来自风和 地震作用的最佳效果 ,型钢混凝土的截面可提供巨型 构件需要的高承载力 ,也能方便与钢结构构件的连接 , 同时使巨型柱与核心筒竖向变形差异的控制更容易 。 (4) 巨型斜撑采用内灌混凝土的焊接箱形截面 ,不 仅增加了结构的刚度和阻尼 ,而且也能防止斜撑构件 钢板的屈曲 。 (5) 每隔 12 层的一层高的周边带状桁架不仅是巨 型结构的组成部分 ,同时也将荷载从周边小柱传递至 巨型柱 ,也解决了周边相邻柱子之间的竖向变形差异 的问题 。 3 结构计算分析及试验工作 311 计算原则 建筑整 体 结 构 分 析 采 用 了 多 个 三 维 结 构 分 析 程 序 ,包括 ETABS(版本 810) (CSI 公司) 、中国建筑科学研 究院的 SATWE 程序和 SAP2000 ( 版本 810 ,CSI 公司) 及 韩国 MIDAS 公司的 MIDASΠGen 程序 。对结构中较复杂 的部分 ,除了整体结构的分析外 ,亦以独立模型分析作 为补充 ,例如塔楼顶部 、核心筒墙体转换和外伸桁架的 分析 。另外 ,亦对重要构件和节点进行了详细的三维 有限元分析 。 根据抗震审查意见的要求 ,在抗震设计中 ,进行了 7 度设防烈度地震 (地面加速度峰值为 011 g) 和罕遇地 震(地面加速度峰值为 0122 g) 的弹性时程分析 ,也考 虑了深层软土地基长周期对高柔建筑的影响 。另外 , 附加的弹性时程分析被用来确定建筑物中相对较为薄 弱的构件 ,并与静力推覆分析的结果进行对比 。表 3 列出了不同地震水平下构件强度校核时对荷载分项系 数 、构件内力放大系数及材料安全系数的考虑 。 312 计算模型 整体计算中钢结构和混凝土梁 、柱及斜撑假定为 框架单元 ,而核心筒则假定为壳单元 。在程序 ETABS , SATWE 和 SAP2000 分析中都考虑了 P2Δ 效应和扭转
第 37 卷 第 5 期
建 筑 结 构
2007 年 5 月
上海环球金融中心结构设计
汪大绥 周建龙 袁兴方
(华东建筑设计研究院有限公司 上海 200002)
[提要 ] 上海环球金融中心为超高层建筑 ,高度为 492m ,地下 3 层 ,地上 101 层 ,是国内目前在建的最高建筑 , 采用了外围为巨型桁架筒与内部为钢筋混凝土的筒中筒结构 。着重介绍该工程的体系特点 、基于性能的抗震 及抗风计算原则及方法 、整体计算结果 、静力弹塑性分析结果 、整体及节点模型试验结果 、内核心筒的转换 、非 贯通式外伸臂桁架的布置及设计 、周边带状桁架与巨型斜撑及周边小柱的设计原则 、独特的箱型截面形式及 节点连接方式 、顶部钢结构的设计及减震装置的设置等 。上海环球金融中心工程设计和施工技术对于进一步 推动我国超高建筑技术的进步与发展将会起到积极作用 。 [ 关键词 ] 超高层建筑 巨型结构 混凝土筒体 巨型桁架 筒体结构
工程建筑设计为美国 KPF 建筑师事务所 ,结构设 计为美国 Leslie E. Robertson Associates ,R. L. L. P ,设计 监理与审编为 Mori Building Architects & Engineers 。华东 建筑设计研究院有限公司为设计顾问单位并完成施工 图的设计工作 。入江三宅设计事务所和构造计画研究 所株式会社及建筑设备设计研究所株式会社为设计协 作单位 。
工程上部结构同时采用以下三重抗侧力结构体系
(见图 3) :1) 由巨型柱 (主要的结构柱) ,巨型斜撑 (主要 的斜撑) 和周边带状桁架构成的巨型框架结构 ;2) 钢筋 混凝土核心筒 (层 79 以上为带混凝土端墙的钢支撑核
图 2 立面
图 3 结构体系示意图
心筒) ;3) 连系核心筒和巨型结构柱间的外伸臂桁架 。
(3) 由于计算机难以准确地模拟荷载在混凝土和 钢结构之间的传递 ,对埋置在混凝土中的钢结构构件 , 如核心筒周边桁架等 ,采用计算机整体模型得出的荷 载以独立的钢结构模型进行分析 。 313 计算结果
(1) 采用不同软件和模型的整体分析结果见表 4 。
结构整体分析的主要计算结果
表4
分析软件
T1
T2
8
图 1 环球中心标准层平面图
2 结构体系及特点 工程主楼采用钢管桩加筏板的基础形式 ,其中主
楼核心筒区域采用 <700 ×18 的钢管桩 , 有效桩长为 59185m ,承载力特征值为5 750kN ; 主楼核心筒以外区 域采用 <700 ×15 的钢管桩 ,有效长度为 41135m ,承载 力特征值为4 250kN ,裙房部分采用 <700 ×11 的钢管 桩 ,有效桩长为 29135m ,承载力特征值为3 700kN。主 楼区域范围内底板厚度为 410～415m ,其余范围底板厚 度为 210m。
楼层
层 88～91 层 52～55 层 28～31
伸臂桁架的构件尺寸 (mm)
表2
弦杆
tf
D
60
600
50
1 000
50
1 000
斜杆
tf
D
60
800
90
800
90
800
标准办公层及酒店层楼面采用普通混凝土与压型 钢板组成的组合楼盖 ,厚 156mm( 其中压型钢板部分厚 76mm ,混凝土厚 80mm) 。压型钢板仅用作模板使用 ,
以上三个体系共同承担了由风和地震引起的倾覆弯
矩 。前二个体系承担了由风和地震引起的剪力 。
混凝土核心筒外周墙体的厚度由下部的1 600mm
变化至上部的 500mm , 墙 、柱混凝土强度等级最高为
C60 。巨型斜撑及外伸臂桁架的构件截面形状和尺寸
见图 4 和表 1 ,2 。
图 4 巨型构件截面形状图
1 工程概况 建设中的上海环球金融中心位于上海陆家嘴金融
贸易区 。此建筑为多功能的摩天大楼 ,主要用作办公 用途 ,也有一些楼层用作商贸 、宾馆 、观光 、展览 、零售 和其它公共设施 。主楼地上 101 层 ,地下 3 层 ,地面以 上高度为 492m ,裙房为地上 4 层 ,高度约为 1518m ,整 个建 筑 总 面 积 约 为 35 万 m2 , 其 中 主 楼 建 筑 面 积 为 252 935m2 ,裙房面积为33 370m2 ,地下室为63 751m2 ,其 上下标准层平面见图 1 ,立面见图 2 。工程的结构设计 基准期为 50 年 ,主楼的安全等级为一级 ,抗震设防烈 度为 7 度 , 场地特征周期为 019s , 基本地震加速度为 011 g ,建筑场地类别为 Ⅳ类 ,抗震设防类别为乙类 ,设 计地震分组为第一组 。
Structural Design of Shanghai World Financial CenterΠWang Dasui , Zhou Jianlong , Yuan Xingfang ( East China Architectural Design & Research Institute Co. , Ltd. , Shanghai 200002 ,China) Abstract :Shanghai World Financial Center is a super high2rise building with 492 meters height. The building consisting of 3 stories underground and 101 stories overground will be the tallest building in China. This building uses the structural system with a mega2truss tube outside and a RC tube as a core. This paper puts emphasis on the system characteristic , performance2 based calculation principle and design methods of this project , the main result of static analysis and static pushover analysis with overall structural of building , the experimental result of the overall model and connection model ,transfer of core wall ,the design of outrigger which can not go through the corewall , design principle of belt truss ,mega diagonal and perimeter small steel column , special connection design for box shaped component , top steel structure and setting of energy dissipation equipment etc ,to offer reference on the design of the projects of this kind. Keywords :super high2rise building ; mega2structure ; concrete tube ; belt truss ; skyscraper