环球金融中心课件

上海环球金融中心SHANGHAI WORLD FINANCIAL CENTER结构设计结构设计v工程概况工程概况v结结构体系构体系v超限内容超限内容v设计依据设计依据v地震工程研究地震工程研究v风工程研究风工程研究v结构计算结构计算v结构构件及节点设计结构构件及节点设计拟建中的上海环球金融中心位于上海拟建中的上海环球金融中心位于上海陆家嘴金融贸易区，坐落于陆家嘴绿地对陆家嘴金融贸易区，坐落于陆家嘴绿地对面。此建筑为面。此建筑为多功能多功能的摩天大楼，主要用的摩天大楼，主要用作办公室用途，但也有一些楼层用作包括作办公室用途，但也有一些楼层用作包括办公室、宾馆、商贸、零售、展览及其它办公室、宾馆、商贸、零售、展览及其它公共设施公共设施。大楼。大楼地上地上101101层，地下层，地下3 3层，地层，地面以上高度为面以上高度为492492米。米。当该建筑建成时，有当该建筑建成时，有可能成为世界上最高的建筑物。可能成为世界上最高的建筑物。主楼建筑主楼建筑面积为面积为252,935 252,935 m m2 2，裙房为裙房为33,370 33,370 m m2 2，地地下室为下室为63,751 63,751 m m2 2。工程概况工程概况地基基础地基基础地质概况地质概况 本场地位于长江本场地位于长江支流黄埔江的一个河支流黄埔江的一个河湾附近。本场地土壤湾附近。本场地土壤为全新世（近代的）、为全新世（近代的）、上更新世及中更新世上更新世及中更新世冲积、三角洲沉积、冲积、三角洲沉积、海岸积土及浅海洋沉海岸积土及浅海洋沉积土。花岗底岩位于积土。花岗底岩位于本场地下大约本场地下大约275275m m深深处。处。深度土类土类描述粘土 粉土 砂 砾层序填土有机粉质粘土粉质粘土粉质细砂砂质粉土粉质细砂粉质粘土粉质细砂细至中粗砂粘质，砂质粉土粉质黏土核核芯芯筒筒底部底部剪剪力墙力墙基础：基础：本本大大楼楼的的基基础础形形式式为为桩桩筏筏基基础础。主主楼楼范范围围的的桩桩已已于于19971997年年1010月月到到19981998年年7 7月月期期间间施施工工完完成成，桩基基采采用用直直径径为为700700mmmm的的钢钢管管桩桩，桩桩顶顶标标高高19.00019.000，桩桩长长40405959m m。主主楼楼采采用用厚厚度度约约为为4.54.5米米的的底底板板，支支承承于于桩桩基基之之上上，板板顶顶标标高高14.50014.500。本本次次设设计计采采用用了了周周边边剪剪力力墙墙、交交叉叉剪剪力力墙墙和和翼翼墙墙组组成成的的传传力力体体系系，将将核核心心筒筒剪剪力力墙墙承承受受的的荷荷载载传传递到主楼的四角。递到主楼的四角。裙裙房房的的桩基基嵌嵌固固在在二二米米厚厚的的筏筏板板之之上上，桩和和筏筏板板被被设计来来抵抵抗抗来来自自地地下水的浮力。下水的浮力。周边地下连续墙及降水周边地下连续墙及降水 本本工工程程地地下下三三层层，地地下下室室的的永永久久周周边边墙墙采采用用厚厚度度约约为为一一米米的的地地下下连连续续墙墙。地地下下连连续续墙墙能能承承受受施施工工及及正正常常使使用用状状态态的的荷荷载载，也也用用于于有有效效地地减减少少流流入入场场地地的的地下水。地下水。地地下下水水位位于于地地面面以以下下约约500500mmmm。在在挖挖掘掘施施工工进进行行中中会会进进行行降降水水，但但本本工工程程项项目目不不设设永永久久的的降降水水系系统统。因因此此，地地下下三三层层的的底底板板将将能能承承受受地地下下水水造造成成的的静静水水压力。压力。抗侧力体系：抗侧力体系：为为对对抗抗来来自自风风和和地地震震的的侧侧向向荷荷载载，大楼同时采用以下三个结构体系：大楼同时采用以下三个结构体系：由由巨巨型型柱柱（主主要要的的结结构构柱柱），巨巨型型斜斜撑撑（主主要要的的斜斜撑撑）和和带带状状桁桁架架构构成成的的巨型结构体系巨型结构体系；钢钢筋筋混混凝凝土土核核心心筒筒与与带带混混凝凝土土端端墙墙的的钢支撑钢支撑核心筒体系核心筒体系；构构成成核核心心筒筒和和巨巨型型结结构构柱柱之之间间相相互互作作用的用的伸臂桁架体系伸臂桁架体系。以以上上三三个个体体系系共共同同承承担担了了由由风风和和地地震震引引起起的的倾倾覆覆弯弯矩矩。前前二二个个体体系系承承担担了由风和地震引起的剪力。了由风和地震引起的剪力。主楼结构体系主楼结构体系带状桁架带状桁架巨型斜撑巨型斜撑巨型巨型柱柱混凝土混凝土周边墙周边墙巨型结构体系巨型结构体系 上部核心筒上部核心筒中部核心筒中部核心筒下部核心筒下部核心筒周边剪力墙周边剪力墙埋置型钢的混凝土端墙埋置型钢的混凝土端墙钢支撑核心筒钢支撑核心筒核心筒体系核心筒体系 三层楼高的三层楼高的伸臂桁架伸臂桁架核心筒核心筒巨型巨型柱柱伸臂桁架体系伸臂桁架体系 OUTRIGGER TRUSS 伸臂桁架伸臂桁架-第第19层层 伸臂桁架伸臂桁架-第第67层层 伸臂桁架伸臂桁架-第第91层层显著减低建筑物整体变形中的弯曲部分显著减低建筑物整体变形中的弯曲部分减少由地震及风载减少由地震及风载所所产生直接位于核心筒以下桩基的产生直接位于核心筒以下桩基的荷重荷重减少由活荷载引起的核心筒和周边墙体之间楼板的倾减少由活荷载引起的核心筒和周边墙体之间楼板的倾斜斜度度为抗侧力体系提供一个重要的附加余度为抗侧力体系提供一个重要的附加余度伸臂桁架体系的功能伸臂桁架体系的功能 减低核心筒承担的倾覆力矩减低核心筒承担的倾覆力矩 200200年风荷载年风荷载YXYX伸臂桁架体系的功能伸臂桁架体系的功能 核心筒核心筒巨型结构巨型结构巨型结构巨型结构核心筒核心筒巨型斜撑巨型斜撑巨型柱巨型柱 伸臂桁架伸臂桁架带状桁架带状桁架核心筒核心筒周周边桁架边桁架共同作用共同作用 巨型斜撑巨型斜撑巨型柱巨型柱 伸臂桁架伸臂桁架核心筒核心筒剪力墙剪力墙带状桁架带状桁架共同作用共同作用 楼层系楼层系统统标标准准办办公公层层及及酒酒店店层层楼楼面面采采用用普普通通混混凝凝土土与与“Lysaght Lysaght 3W3W”压型钢板组成的组合楼盖，全厚压型钢板组成的组合楼盖，全厚156156mmmm。在在5454层层以以上上的的设设备备层层及及所所有有设设备备层层相相邻邻上上一一层层，由由于于布布置置有有带带状状桁桁架架和和伸伸臂臂桁桁架架，所所以以采采用用总总厚厚度度为为200200mmmm。的的组组合合楼楼板板，以以增增强强抗抗侧侧力力体体系系。在在5454层层以以下下的的设设备备层层，采采用用一一种种1010mmmm厚厚平平钢钢板板上上浇浇注注190190mmmm混混凝凝土土的的楼楼板板体体系系，以进一步加强楼板。以进一步加强楼板。楼楼层层的的主主、次次梁梁采采用用组组合合截截面面或或热热轧轧型型钢钢，设设计计考考虑虑了了钢梁与混凝土楼板的组合作用。钢梁与混凝土楼板的组合作用。高度超限：高度超限：现设计塔楼地面以上高度塔楼地面以上高度为492492m m。根据高层建筑混凝土结构技术规程根据高层建筑混凝土结构技术规程，抗震抗震设防烈度为七度，钢框架混凝土核心筒结构的设防烈度为七度，钢框架混凝土核心筒结构的最大高度限制为最大高度限制为160160m m，劲性混凝土框架混凝土劲性混凝土框架混凝土核心筒的最大高度限制为核心筒的最大高度限制为190190m m。本建筑的高度本建筑的高度明显地超过了现有规范的限值。明显地超过了现有规范的限值。高宽比超限：高宽比超限：根据高层建筑混凝土结构技术根据高层建筑混凝土结构技术规程（规程（JGJ 3-2002JGJ 3-2002），），抗震设防烈度为七度抗震设防烈度为七度的建筑高宽比（的建筑高宽比（H/BH/B）的限值为的限值为7 7。现设计塔楼。现设计塔楼底部的尺寸为底部的尺寸为57.9557.95m m，塔楼的高宽比（塔楼的高宽比（H/BH/B）为为8.58.5，超过了规范规定的限值。，超过了规范规定的限值。超限内容超限内容HB三层楼高三层楼高的伸臂桁的伸臂桁架架核心核心筒筒 巨型柱巨型柱混凝土混凝土周边墙周边墙超限内容超限内容加强层和转换层：加强层和转换层：本建筑存在本建筑存在一些加强层和转换层，这意味一些加强层和转换层，这意味着本建筑可归类为竖向不规则着本建筑可归类为竖向不规则结构。但这些特殊的楼层在整结构。但这些特殊的楼层在整个塔楼高度上的竖向分布有相个塔楼高度上的竖向分布有相当程度的规则性，且融合在整当程度的规则性，且融合在整个结构体系中。个结构体系中。规则分布的规则分布的加强层加强层和和转换层转换层每十二层一个的每十二层一个的带状桁架带状桁架和和核心筒转换桁架核心筒转换桁架三个三层楼高的三个三层楼高的伸臂桁架伸臂桁架基本基本设计参数参数 设计使用年限：主楼使用年限：主楼为100100年，裙房年，裙房为5050年年 安全等安全等级 结构设计依据结构设计依据结构类型结构类型 乙类建筑（重要建筑）乙类建筑（重要建筑）抗震等级抗震等级基本地震参数基本地震参数基本地震烈度基本地震烈度7 7度度抗震构造措施采用的设防烈度抗震构造措施采用的设防烈度8 8度度场地类型场地类型=第第IVIV类类场地特征周期场地特征周期 多遇地震多遇地震:0.9s:0.9s罕遇地震罕遇地震:1.1s:1.1s水平地震影响系数最大值水平地震影响系数最大值:多遇地震多遇地震:maxmax=0.08 0.08 罕遇地震罕遇地震:maxmax=0.45 0.45阻尼比阻尼比,=0.04=0.04位移限值位移限值地震工程研究地震工程研究计算机分析计算机分析动态反应谱分析动态反应谱分析弹性时程分析弹性时程分析静力推覆（静力推覆（PushoverPushover）分析分析试验试验地震振动台试验地震振动台试验动力反应谱分析动力反应谱分析动力反应谱分析包括了足够的振型，使建筑物质量的参动力反应谱分析包括了足够的振型，使建筑物质量的参与度超过百分之九十与度超过百分之九十。每一振型的峰值反应均采用每一振型的峰值反应均采用CQCCQC方方法组合。分析考虑了双向的水平地震作用效应和扭转的法组合。分析考虑了双向的水平地震作用效应和扭转的影响。单向反应谱分析考虑了影响。单向反应谱分析考虑了0 0度、度、4545度、度、9090度和度和135135度度四个方向。双向反应谱分析下表列出的四个工况。四个方向。双向反应谱分析下表列出的四个工况。设计设计用用动动力反力反应谱应谱（常遇地震）（常遇地震）分析中选用的地震波记录分析中选用的地震波记录时程分析时程分析地震波地震波:SHW 2地震波地震波:SHW 3地震波地震波:DWN地震波地震波:PMN地震波地震波:SHW3N地震波地震波:SHW4N中国抗震设计的基本原则中国抗震设计的基本原则:“中震可修，大震不倒中震可修，大震不倒”时程分析时程分析时程分析时程分析 地震类别地震类别 峰值加速度峰值加速度 常遇地震常遇地震0.035g0.035g常遇地震（长周期振型反应）常遇地震（长周期振型反应）0.055g0.055g设防烈度地震设防烈度地震0.10g0.10g罕遇地震罕遇地震0.22g0.22g时程分析中的楼层剪力时程分析中的楼层剪力时程分析中的层间位移时程分析中的层间位移采用的地震记录反应谱的比较采用的地震记录反应谱的比较 静力推覆分析结果静力推覆分析结果由反应谱反应至实际反应由反应谱反应至实际反应的转换的转换:结构在罕遇地震作用下的反应结构在罕遇地震作用下的反应(最大层间位移最大层间位移规范限值规范限值=1/100)=1/100)推覆分析的荷载分布推覆分析的荷载分布 按质量比例按质量比例 按第一振型比例按第一振型比例 均布荷载均布荷载推覆分析在不同荷载分布下的楼层剪力推覆分析在不同荷载分布下的楼层剪力 按质量比例按质量比例 按第一振型比例按第一振型比例 均布荷载均布荷载X X向荷载作用下静力推覆曲线向荷载作用下静力推覆曲线0.E+001.E+052.E+053.E+054.E+055.E+056.E+057.E+058.E+059.E+05012345678位移位移(m)m)底部剪力底部剪力(kN)kN)核心筒底部弯核心筒底部弯曲塑性铰曲塑性铰核心筒剪切塑性铰核心筒剪切塑性铰(8(8层层)核心筒剪切塑性铰核心筒剪切塑性铰(9-16(9-16层层,20-24,20-24层层,55,55层层)核心筒剪切塑性铰核心筒剪切塑性铰(FL32)FL32)巨型斜撑塑性铰巨型斜撑塑性铰(54(54层层)核心筒极限抗剪核心筒极限抗剪承载力承载力(12(12层层)核心筒极限抗剪核心筒极限抗剪承载力承载力(8(8层层,16,16层层)核心筒剪切塑性铰核心筒剪切塑性铰(7(7层层)巨型柱塑性铰巨型柱塑性铰(30(30层南和东立面层南和东立面)巨型斜撑塑性铰巨型斜撑塑性铰(42(42层层,18,18层层)巨型斜撑塑性铰巨型斜撑塑性铰(30(30层层)巨型斜撑塑性铰巨型斜撑塑性铰(66(66层层)巨型柱塑性铰巨型柱塑性铰(54(54层南和东立面层南和东立面)1.82罕遇地震罕遇地震YX(I)=2.8 m(I I)=3.9 m(III)=5.7 m(IV)=7.0 m东立面东立面-X X方向方向FL88FL78FL66FL54FL42FL30FL18Y Y向荷载作用下静力推覆曲线向荷载作用下静力推覆曲线0.E+001.E+052.E+053.E+054.E+055.E+056.E+057.E+058.E+059.E+05012345678位移位移(m)m)底部剪力底部剪力(kN)kN)核心筒底部弯核心筒底部弯曲塑性铰曲塑性铰核心筒弯曲核心筒弯曲塑性铰塑性铰(8(8层层)核心筒剪切塑性铰核心筒剪切塑性铰(89(89层层-91-91层层)巨型斜撑塑性铰巨型斜撑塑性铰(18(18层层,54,54层层)核心筒剪切塑性铰核心筒剪切塑性铰(55(55层层)巨型斜撑塑性铰巨型斜撑塑性铰(30(30层层)巨型斜撑塑性铰巨型斜撑塑性铰(42(42层层)巨型斜撑塑性铰巨型斜撑塑性铰(66(66层层)2.03罕遇地震罕遇地震YX(I)=3.3m(I I)=3.8m(III)=5.2m(IV)=5.7m东立面东立面-Y Y方向方向FL88FL78FL66FL54FL42FL30FL18X X向荷载作用下静力推覆曲向荷载作用下静力推覆曲线线0.E+001.E+052.E+053.E+054.E+055.E+056.E+057.E+058.E+059.E+05012345678位移位移(m)m)底部剪力底部剪力(kN)kN)核心筒底部弯核心筒底部弯曲塑性铰曲塑性铰核心筒剪切塑性铰核心筒剪切塑性铰(8-11(8-11层层)巨型斜撑塑性铰巨型斜撑塑性铰(18(18层层,66,66层层)核心筒剪切塑性铰核心筒剪切塑性铰(32-(32-3434层层,53-55,53-55层层)巨型斜撑塑性铰巨型斜撑塑性铰(54(54层层,78,78层层,88,88层层)核心筒剪切塑性铰核心筒剪切塑性铰(12(12层层,13,13层层,20-24,20-24层层,40,40层层)巨型斜撑塑性铰巨型斜撑塑性铰(30(30层层,42,42层层)1.97罕遇地震罕遇地震YX(I)=2.3 m(I I)=3.2 m(III)=3.8 m(IV)=5.0 mFL88FL78FL66FL54FL42FL30FL18东立面东立面-XX方向方向地震振动台试验地震振动台试验 本工程由同济大学土木工程防灾国家本工程由同济大学土木工程防灾国家重点实验室、土木工程学院结构工程与防重点实验室、土木工程学院结构工程与防灾研究所进行模拟地震振动台试验研究。灾研究所进行模拟地震振动台试验研究。主要内容如下：主要内容如下：测定结构模型的动力特性：自振频率、测定结构模型的动力特性：自振频率、振型和阻尼比，研究它们在不同水准地震振型和阻尼比，研究它们在不同水准地震作用下的变化；作用下的变化；测定模型结构在分别遭受设防多遇、基测定模型结构在分别遭受设防多遇、基本、罕遇不同水准地震作用下的反应，检本、罕遇不同水准地震作用下的反应，检验结构是否满足三水准的抗震设防要求；验结构是否满足三水准的抗震设防要求；观测、分析整体结构薄弱环节；观测、分析整体结构薄弱环节；研究分析结构在地震作用下的破坏部位研究分析结构在地震作用下的破坏部位以及破坏模式、破坏机理。以及破坏模式、破坏机理。只包括地面以上的塔楼部分只包括地面以上的塔楼部分钢：由铅板钢：由铅板/铜板来模拟铜板来模拟钢筋混凝土钢筋混凝土:由细石混凝土和由细石混凝土和钢丝来模拟钢丝来模拟设置设置5050到到6060个加速度传感器个加速度传感器考虑考虑扭转效应扭转效应1:50比例的模型比例的模型添加质量块添加质量块模型制作模型制作1 1模型制作模型制作2 2施加在最关键的角度施加在最关键的角度监察扭转振动监察扭转振动七度设防烈度下多遇地震、设防烈度地震和七度设防烈度下多遇地震、设防烈度地震和罕遇地震罕遇地震 激振激振薄弱部位的发现薄弱部位的发现根据模拟地震振动台试验结果，在特大地震作用时（根据模拟地震振动台试验结果，在特大地震作用时（8 8度罕遇），原型结构设计方案中存在的薄弱部位如下：度罕遇），原型结构设计方案中存在的薄弱部位如下：从从1 15 5层的周边剪力墙向巨型柱转换的层的周边剪力墙向巨型柱转换的6 6层处，巨型柱出现明显的破坏；层处，巨型柱出现明显的破坏；薄弱部位的发现薄弱部位的发现7 7层楼面多根钢柱出现较大变形、甚至屈服破坏。层楼面多根钢柱出现较大变形、甚至屈服破坏。对结构设计的建议对结构设计的建议 根据模拟地震振动台试验结果，结构设计中应注意根据模拟地震振动台试验结果，结构设计中应注意适当增加以下部位构件的刚度、强度和延性，以改善结适当增加以下部位构件的刚度、强度和延性，以改善结构的抗震性能。具体如下：构的抗震性能。具体如下：建议采取适当措施适当提高第建议采取适当措施适当提高第5 5层和第层和第6 6层巨型柱的强层巨型柱的强度和延性；度和延性；在伸臂桥架、带状桥架与巨型斜撑的交汇处，加强节在伸臂桥架、带状桥架与巨型斜撑的交汇处，加强节点的连接；点的连接；适当加强适当加强6 6层层7 7层楼面钢柱的刚度。层楼面钢柱的刚度。风工程研究风工程研究由设计单位和西安大略大学的边界层风洞试验由设计单位和西安大略大学的边界层风洞试验室完成室完成全面的研究计划包括全面的研究计划包括:上海的风气候研究上海的风气候研究测力天平试验测力天平试验压力试验压力试验环境测试环境测试气弹试验气弹试验台风与非台风台风与非台风设计风荷载设计风荷载1.1.结构强度设计结构强度设计-200 200年一遇年一遇 -UWOUWO风速为风速为46.346.3m/sm/s -阻尼比为阻尼比为2.52.5 -1.1 -1.1的反应增大系数的反应增大系数2.2.正常使用状态设计正常使用状态设计(位移位移)-100 100年一遇年一遇-UWO-UWO风速为风速为43.743.7m/sm/s-阻尼比为阻尼比为2 2风速之比较风速之比较 UWO UWO混合混合风气候风气候 中国规范中国规范强度设计强度设计服务状态设计服务状态设计 重现期重现期(年年)十分钟持续平均风速十分钟持续平均风速(m/s)结构分析结构分析全面的整体分析包括全面的整体分析包括:静力分析静力分析(短短期重力和风载期重力和风载)动力反应谱分析动力反应谱分析弹性时程分析弹性时程分析非线性静力推覆非线性静力推覆(Pushover)Pushover)分析分析考虑长期荷载与材料长期性能的静力分析考虑长期荷载与材料长期性能的静力分析施工过程分析施工过程分析计算程序计算程序ETABS(版本版本8,8,具有非线性分析功能具有非线性分析功能)国际认可国际认可SATWE在中国被广泛地运用并且被认可在中国被广泛地运用并且被认可SAP2000国际认可国际认可MIDAS/GENMoriMori公司用以进行独立分析公司用以进行独立分析 模型假定模型假定模拟抗侧力体系和主重力体系模拟抗侧力体系和主重力体系次重力体系被省略次重力体系被省略 核心筒外楼板的平面刚度被核心筒外楼板的平面刚度被 模拟模拟6.52 秒秒 6.34 秒秒2.55 秒秒振型振型 1振型振型 2振型振型 3位移位移 100年一遇风荷载年一遇风荷载X X向向 ETABS SAP2000 SATWEYX ETABS SAP2000 SATWEY Y向向YX位移位移 常遇地震常遇地震 ETABS SAP2000 SATWEX X向向YX ETABS SAP2000 SATWEY Y向向YX层间位移层间位移 100年一遇风荷载年一遇风荷载h/500 限值限值 ETABS SAP2000 SATWEX X向向YXh/500 限值限值 ETABS SAP2000 SATWEY Y向向YXh/500 限值限值 ETABS SAP2000 SATWE层间位移层间位移 常遇地震常遇地震Y Y向向h/500 限值限值 ETABS SAP2000 SATWEX X向向YXYX结构构件及节点设计结构构件及节点设计v核心筒剪力墙v巨型柱v巨型斜撑v核心筒内转换体系周边剪力墙周边剪力墙上部核心筒上部核心筒中部核心筒中部核心筒下部核心筒下部核心筒筒体剪力墙设计筒体剪力墙设计通过加强楼板和巨型结构联系在一起通过加强楼板和巨型结构联系在一起钢支撑框架在效应上如同在建筑物曲面上的支撑钢支撑框架在效应上如同在建筑物曲面上的支撑 使垂直面的支撑框架得以连成整体使垂直面的支撑框架得以连成整体 对对建筑外貌的影响最小建筑外貌的影响最小钢支撑上部核心筒钢支撑上部核心筒体系体系没有展示其上的支没有展示其上的支撑及其它结构撑及其它结构加强的楼板加强的楼板巨型斜撑巨型斜撑没有展示其下的支撑及没有展示其下的支撑及其它结构其它结构巨型柱巨型柱钢支撑核心筒钢支撑核心筒加强的楼板加强的楼板埋置型钢的混凝土端墙埋置型钢的混凝土端墙钢支撑核心筒钢支撑核心筒上部核心筒与中部上部核心筒与中部核心筒的转换核心筒的转换中部核心筒与下部中部核心筒与下部核心筒的转换核心筒的转换加强楼板加强楼板 上部核心筒与中部核心筒的转换上部核心筒与中部核心筒的转换剪力传递剪力传递 -500500mmmm厚加强楼板厚加强楼板 (由混凝土楼板和平钢板组成由混凝土楼板和平钢板组成)垂直荷载传递垂直荷载传递 -预埋钢柱及边缘构件预埋钢柱及边缘构件(延伸至延伸至中部核心筒中部核心筒1212层以上层以上)-与中部核心筒连续的混凝土端墙与中部核心筒连续的混凝土端墙及埋置及埋置的的钢钢桁桁架架 上部核心筒与中部核心筒的转换上部核心筒与中部核心筒的转换 7979层加强楼板层加强楼板上部核心筒上部核心筒钢框架下弦钢框架下弦加强钢板加强钢板500500mmmm厚混凝土楼板厚混凝土楼板中部核心筒中部核心筒埋置型钢的混凝土端墙埋置型钢的混凝土端墙钢框架横跨下部钢框架横跨下部核心筒端墙核心筒端墙角部埋置型钢延角部埋置型钢延伸至伸至6666层层加强楼板加强楼板和中部核心筒连续和中部核心筒连续的混凝土端墙的混凝土端墙中部核心筒与上部核心筒的转换中部核心筒与上部核心筒的转换核心筒墙体的竖向应力核心筒墙体的竖向应力(常遇地震常遇地震)F F2222(kN/m)(kN/m)VERTICAL STRESSkN/m3,800-4,6003,100-3,8000-800800-1,5001,500-2,3002,300-3,1004,600-5,4005,400-6,2006,200-6,9006,900-7,7007,700-8,5008,500-9,2009,200-10,000竖向应力竖向应力墙内应力墙内应力(kN/m)6,9005,0005,0001,5004,500上部核心筒内力分解图上部核心筒内力分解图(常遇地震常遇地震)4,500 中部核心筒与下部核心筒的转换中部核心筒与下部核心筒的转换剪力传递剪力传递 -4 4层加强楼板层加强楼板 (由混凝土楼板和平钢板组成由混凝土楼板和平钢板组成)垂直荷载传递垂直荷载传递 -中部核心筒大部份与下部核心筒连续中部核心筒大部份与下部核心筒连续-预埋钢柱及边缘构件预埋钢柱及边缘构件(延伸至下部核心筒延伸至下部核心筒1212层以上层以上)-3 3层搭接层搭接 中部核心筒与下部核心筒的转换中部核心筒与下部核心筒的转换中部核心筒与下部核心筒的转换中部核心筒与下部核心筒的转换 加强楼板用于加强楼板用于传递剪力传递剪力中部和下部核心筒的竖向荷载传递中部和下部核心筒的竖向荷载传递(倾覆弯矩下倾覆弯矩下)H2H1=H2V1V1H1V1H1H2V1H4V1V2H1=H2H3V1H2+H3 0H3=H4H2V2H1V2V1H1H2H3V2H4V1H4V1V2H1 V1V2V2V1V2V1H1H4H4H6H4V1V2H1 V1V2V3V3H5H4+H5 0H6H6=H5V2V1V3V1V2V3H5H1H6V1V2H1 V1V2V3V3H6V2V1V3V1V2V3H6H1H6V1V2H1 V1V2V4V4H6+H7 0H7H8=H7V3H8V3V2V1V1V2V3V3V4V4H6H1H7H8V1V2H1 V1V2V4V4V3H8V3V2V1V1V2V3V3V4V4H1H8H8V1V2H1 V1V2V5V4H8+H9 0H9H10=H9V3H10V3V4V5V2V1V1V2V3V3V4V4V5V5H1H8H9H10V1V2H1 V1V2V5V4V3H10V3V4V5V2V1V1V2V3V3V4V4V5V5H1H10H10V1V2H1 V1V2V6V4H10+H11 0H11H12=H11V3H12V3V4V6V5V5V2V1V1V2V3V3V4V4V5V5V6V6H1H10H11H12V1V2H1 V1V2V6V4V3H12V3V4V6V5V5V1V2V3V4V5V5V6V6V2V1V3V4H1H12H12V1V2H1 V1V2V7V4H12+H13 0H13H14=H13V3H14V3V4V7V5V5V6V6V1V2V3V4V5V5V6V6V2V1V3V4V7V7H1H12H13H14V1V2H1 V1V2V7V4V3H14V3V4V7V5V5V6V6V1V2V3V4V5V5V6V6V2V1V3V4V7V7H1H14 埋置的钢柱埋置的钢柱边缘构件边缘构件埋置型钢柱埋置型钢柱约束边缘构件约束边缘构件门洞门洞增加核心筒的延性增加核心筒的延性轴压比被控制在轴压比被控制在0 0.5 5以下以下布置对称和规则的洞口布置对称和规则的洞口在连梁中采用斜向配筋在连梁中采用斜向配筋混合巨型柱设计混合巨型柱设计(类形类形 A)A)埋置型钢埋置型钢=混凝土面积的混凝土面积的3%3%至至4%4%混合巨型柱混合巨型柱(类形类形 B)B)埋置型钢埋置型钢=混凝土面积的混凝土面积的3%3%至至4%4%地震力组合作用下的巨型柱轴压比地震力组合作用下的巨型柱轴压比-全部保持在全部保持在0.650.65以下以下-在伸臂桁架层及其上、下相邻一层，巨型柱轴压比在伸臂桁架层及其上、下相邻一层，巨型柱轴压比在在0.60.6以下以下巨型柱轴压比巨型柱轴压比巨型柱巨型柱(类型类型B)B)的应力比的应力比FL67巨型柱应力比值巨型柱应力比值00.250.50.751.00.46 0.480.380.34常遇地震常遇地震(0.035g)长周期振型反应长周期振型反应(0.055g)中度地震中度地震(0.1g)罕遇地震罕遇地震(0.22g)FL6700.250.50.751.00.46 0.480.380.34重力荷载重力荷载常遇地震常遇地震(0.035g)长周期振型反应长周期振型反应(0.055g)中度地震中度地震(0.1g)罕遇地震罕遇地震(0.22g)巨型柱巨型柱(类型类型B)B)的应力比的应力比巨型柱应力比值巨型柱应力比值FL6700.250.50.751.00.46 0.480.380.34地震荷载系数地震荷载系数x材料安全系数材料安全系数 =1.3 x1.4常遇地震常遇地震(0.035g)长周期振型反应长周期振型反应(0.055g)中度地震中度地震(0.1g)罕遇地震罕遇地震(0.22g)巨型柱巨型柱(类型类型B)B)的应力比的应力比巨型柱应力比值巨型柱应力比值M2(KN-m)P(KN)-1.E+06-8.E+05-6.E+05-4.E+05-2.E+050.E+002.E+054.E+056.E+050.E+002.E+054.E+056.E+058.E+051.E+06承载能力承载能力(P,M2)P,M2)的关系曲线的关系曲线巨型柱类型巨型柱类型B B巨型柱类型巨型柱类型B B的承载力的承载力200200年风荷载组合年风荷载组合重力荷载组合重力荷载组合P(KN)-1.E+06-8.E+05-6.E+05-4.E+05-2.E+050.E+002.E+054.E+056.E+050.E+002.E+054.E+056.E+058.E+051.E+06M3(KN-m)承载能力承载能力(P,M3)P,M3)的关系曲线的关系曲线巨型柱类型巨型柱类型B B巨型柱类型巨型柱类型B B的承载力的承载力200200年风荷载组合年风荷载组合重力荷载组合重力荷载组合斜撑维持低水平的应力比斜撑维持低水平的应力比常遇地震下，常遇地震下，应力比应力比低于低于0.55 0.55 罕遇地震下，罕遇地震下，应力比应力比低于低于1.01.0地震荷载组合中采用地震荷载组合中采用1.31.3内力增大内力增大系数系数灌注于巨型斜撑中的混凝土灌注于巨型斜撑中的混凝土更更进进一一步步增加增加其预其预留受留受压强压强度度内灌的混凝土也增加了结构的内灌的混凝土也增加了结构的阻尼阻尼 巨型斜撑的设计巨型斜撑的设计混凝土混凝土抗剪栓钉抗剪栓钉 腹板腹板翼缘板翼缘板巨型斜撑的应力比巨型斜撑的应力比常遇地震常遇地震(0.035g)长周期振型反应长周期振型反应(0.055g)中度地震中度地震(0.1g)罕遇地震罕遇地震(0.22g)FL6700.250.50.720.590.530.440.751.0巨型斜撑应力比值巨型斜撑应力比值FL6700.250.50.720.590.530.44内力放大系数内力放大系数=1.30.751.0巨型斜撑的应力比巨型斜撑的应力比常遇地震常遇地震(0.035g)长周期振型反应长周期振型反应(0.055g)中度地震中度地震(0.1g)罕遇地震罕遇地震(0.22g)巨型斜撑应力比值巨型斜撑应力比值FL6700.250.50.720.590.530.44重力荷载重力荷载0.751.0巨型斜撑的应力比巨型斜撑的应力比常遇地震常遇地震(0.035g)长周期振型反应长周期振型反应(0.055g)中度地震中度地震(0.1g)罕遇地震罕遇地震(0.22g)巨型斜撑应力比值巨型斜撑应力比值FL6700.250.50.720.590.530.44地震荷载系数地震荷载系数x材料安全系数材料安全系数 =1.3 x1.10.751.0巨型斜撑的应力比巨型斜撑的应力比巨型斜撑应力比值巨型斜撑应力比值常遇地震常遇地震(0.035g)长周期振型反应长周期振型反应(0.055g)中度地震中度地震(0.1g)罕遇地震罕遇地震(0.22g)核心筒内的小柱和转换桁架核心筒内的小柱和转换桁架-十二层楼单元十二层楼单元-设计考虑了某一个构件发生破坏的情况设计考虑了某一个构件发生破坏的情况 -设计提供了多种传力途径设计提供了多种传力途径核心筒内转换体系核心筒内转换体系巨型斜撑和巨型柱的连接巨型斜撑和巨型柱的连接巨型斜撑和带状桁架的连接巨型斜撑和带状桁架的连接周边柱和周边墙体的连接周边柱和周边墙体的连接主楼和裙房之主楼和裙房之间及裙房内部的抗震及裙房内部的抗震缝 节点设计节点设计巨型柱与巨型斜撑的连接巨型柱与巨型斜撑的连接节点钢板节点钢板巨型柱巨型柱巨型斜撑巨型斜撑带状桁架弦杆带状桁架弦杆节点节点:由平面由平面的钢板组成，钢板被切割成钢桁架的形状的钢板组成，钢板被切割成钢桁架的形状 简化了几何关系简化了几何关系节点板的屈服应力节点板的屈服应力 板件材料的屈服应力板件材料的屈服应力 将初始屈服点移出节点区域以外将初始屈服点移出节点区域以外在腹板上留了切口使腹板不与节点连接在腹板上留了切口使腹板不与节点连接 不会出现三向应力不会出现三向应力增加节点角部的半径增加节点角部的半径 减少节点的应力集中区域减少节点的应力集中区域 主要特点主要特点翼缘翼缘腹板腹板边界条件边界条件节点节点有限元分析模型假定有限元分析模型假定有限元分析单元划分有限元分析单元划分边界条件边界条件节点节点带状桁架节点设计带状桁架节点设计有限元分析模型假定有限元分析模型假定有限元分析单元划分有限元分析单元划分v试验目的试验目的-对节点是否进入塑性及其进入塑性的程度做出判对节点是否进入塑性及其进入塑性的程度做出判断，为结构设计的安全性评价提供依据断，为结构设计的安全性评价提供依据 -考察在相当于罕遇地震水平作用下节点部位的力考察在相当于罕遇地震水平作用下节点部位的力学性能，研究节点的屈服强度、滞回以及断裂特性学性能，研究节点的屈服强度、滞回以及断裂特性 -将试验结果用于计算机模型的构建将试验结果用于计算机模型的构建v加荷过程加荷过程-静力加载至由静力加载至由FEMFEM分析得出的弹性强度的分析得出的弹性强度的50%50%-反复加载对试件进行破坏试验反复加载对试件进行破坏试验节点试验节点试验试验节点选为主楼试验节点选为主楼5353层层5454层的柱层的柱斜撑斜撑桁架弦杆桁架弦杆节点，即在一个试件中包含节点，即在一个试件中包含5454层和层和5555层位置的两个节点。层位置的两个节点。节点位置选择节点位置选择节点模型节点模型试验对所选择的典型节点进试验对所选择的典型节点进行了二组不同类型试件的加行了二组不同类型试件的加载试验，试件的模型比例均载试验，试件的模型比例均为为1 1：7 7。纯钢骨节点试件纯钢骨节点试件钢骨钢筋混凝土节点试件钢骨钢筋混凝土节点试件破坏现象破坏现象外包混凝土内的钢骨表面外包混凝土内的钢骨表面钢骨试件的平面外失稳钢骨试件的平面外失稳试件表面裂纹开展试件表面裂纹开展局部压溃局部压溃典型试验数据典型试验数据局部压溃局部压溃工地现状工地现状谢谢谢谢！