深圳卓越·皇岗世纪中心项目二号塔楼结构.pdf

第一l “t 日高g 建∞结目学女△≮论Z 2 0 0 8 年 深圳卓越皇岗世纪中心项目二号塔楼结构 设计与研究 黄用军1 宋宝东1 尧国皂‘郑竹厚童1 李建新1 王传r 『i l _ n 目目 Ⅲ * 目自m 0 日，Ⅸ⋯n 8 0 3 32 w ⋯m ’b ，K * ＆m * 日* Ⅲ5 1 8 0 3 摘要g ⋯卓越皇岗“ } ≈中心项目一号塔栏建筑物十体高幢2 3 8 m ，棱心∞≈ ＆月m 锕架高度“ t2 6 0m ．高％∞为 72 ．属趋B 级岛“建筑，来川T 钢筋m 凝1 框架棱。筒结构件系，R m2 6 层采用T 铜瞥％凝上i 音柱。“z t 结构荷载 取值和地震作用取位、自掘特性、儿Ⅻ№怍月T 的计算结m 荨n 进行T 升目．井U 对r 结构＆ } 中∞儿个特殊问题 Ⅻ动力弹塑性分析等打目也m 较为镕 白匀探讨。通逍肘* 算结果的分析比较，Ⅱn 月结构设l I 成Ⅻ解mr 钻目超R 问题， 结构* “* 安全日靠∞。女章最■舟镕T 针对奉蟮楼n 体情a 来川的抗 镕≈。本X 的自X W 自结m Ⅱ为相* 『‘鞋提 供 自 关键目；趣高砝；铋管掘撮1 ．A 柱．曲山掸塑十t n 析“ 桴* 析世” 工程概况 深圳卓越笔岗_ [ r 【 纪c 山位f 深圳1 n 福Ⅲ巾心商务K ，建成后将成为深圳市- p 心K 帅标忐性建箭群， 折射着设区域作为糕座城市发展的核心地何利商务时沿。奉项目位r 深圳m 福罔区益H 』路与金H 龉之 问．紧邻金Ⅲ路，总建筑用地3 0 6 6 77 m 。，总建筑由积4 2 4 0 0 8 一，事 项目丰璺南四座塔楼投讲房地下窜鲥』芷，q 、t ≈、四寸塔楼为超 自培建筑，一0 塔楼为一留层建筑。裙席地面以上冀四层，总禹为2 05 米，斤j 作商业用选，总建筑面积约为46 Ⅳ甲方米。地F 审菇3 屡， 地下二层地面标高．1 45 米，总建筑面税约为8 7 2 0 0 甲方水，阜璺用r 停车场，部分用十放置设备。 - ⋯ ■。 整个项H 由t p 建国际 深圳 垃计顾问有限公司与美国L c o a d a 】v 。” 建筑帅事务所J E 矧设汁完成。图l 为本项目的建筑I 效粜图。 木立介绍的一q 塔栏 如图1 所示 建筑血积9 ∞0 0 不禽避难 层 秆，上要包括办公、酒店和酒店式公寓，建筑物丰体高度2 3 8 m ， 核心筒部分及屋顶钢架高度升军2 6 0 m 超B 级 ，高宽比为72 ，地 } 部分5 9 层。工摧的坫构世计基准捌为5 0 年，塔楼的安全等级为二 级．抗震设防烈度为7 度，场地特征闾j I 目为03 5s ，基本地震加速度为捕誊 冀’建筑场地类别舢茕抗震设防粥u 为瞅．设计地科m 。茹基盏盛盏鬣 一“‘i 口■‘日■■■■■●■目■■一 二号塔楼的丰体甲而为矩形，j e 办公部分标准层的平面幽如削2 图1 卓越’皇岗世纪中心效果 所示，lJ f 于建筑功能的需要，2 6 培以上为酒店和酒店』【 公寓．图2 巾虚线框中的剪力端将收掉，井目 在酒店和酒店式公寓部分，局部结构楼板存在开洞。 第二十届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 8 年 2 地基与基础 经由标准贯入试验判别法判别场地地面下1 5 m 深度范围内，淤泥质粉细砂层在个别点有轻微液化。 未发现活动断裂带在本场地经过，在遭受基本烈度为Ⅶ度的地震作用时，本场地没有软土震陷问题，工 程场地的稳定性良好。 根据地质勘察报告和工程特点，该塔 楼柱下荷载达到3 0 0 0 0 ～6 0 0 0 0 K N ，不宜 采用筏基和预应力管桩基础。采用大直径 灌注桩。由于现场地址条件分布不同以及 桩端承载力的变化，桩径和桩长随着这两 个因素而变化，桩径范围在2 2 0 0 ～ 2 6 5 0 m m 之间，桩长约3 0 m 。由于本工程 项目裙房部分面积庞大，最大长度约 1 9 3 m ，最大宽度约1 5 6 m ，设计中结合主 楼和裙房预期存在的沉降差异问题，在各 塔楼和裙房之间设置后浇带。配合相应的 后浇带处理措施和大体积混凝土浇筑措 施，解决了超长结构混凝土的收缩裂缝问 题和塔楼和裙房之间的沉降差异在基础 底板中产生过大内力的问题。 3 结构设计与计算 _，，l，_● 一￡ 士 三圭要三蓍圭墨；誊圭蠹主宣 臻 吃M l 酉i l 夏I 吾i N 罐i 一董≤塾毫lL U 墨Ej _ 一 “‘- f 一1 1 l1 t ‘，翠一 葬} - 。甄 l I 一 l 上iJi } i l ．] 一 { 2 * ；l ； 舔{ 一 _ ll 。i i i ⋯。荔褊一羧11 { 誓誓鬻。 。黔 黧P ～一、一争～。～～讶I 。 ● t 垂_ I it } 。p 銎‘一褂 蛾 一 ll 。镩 } 轳。 I i ’ ～翻孽鼍} ’翟豳 一 。旁k 一 ．} IF i 。，i 一一擒 l Ⅳ ￡l i L ⋯盏。。． 箍 - 蠖 影”筲。 善一k 毒_ 薯～1 r “‘。蕾 。 世‘迥器墨掣喜落| 舀 E 。t ￡～一 图2 二号楼标准层平面图 3 ．1 结构体系 通过对钢筋混凝土结构体系和钢．混凝土混合结构体系两种方案的经济性和技术性的比较，最终选 择了钢筋混凝土框架．核心筒结构体系。钢筋混凝土柱外框架体系将作为有效承重支撑，大部分竖向荷 载通过轴力的方式向下传送，而混凝土核心简除了承受竖向荷载外，其主要功能是提供了强大的抗侧力 能力。外框架沿竖直方向在建筑结构底部L 1 ～L 2 6 层为钢管混凝土叠合柱uJ 框架，L 2 6 层以上则为钢筋 混凝土柱框架。在建筑底部若干层采用钢管混凝土叠合柱框架有利于提高外框架的刚度和改善其延性性 能，同时钢管混凝土叠合柱的强度高，能有效降低柱截面尺寸，发挥了钢管和混凝土的各自性能优势。 钢管混凝土叠合柱具有刚度、强度均比较大，耐火性能好的优点。随着楼层上升，在建筑中段往上的外 框柱由于内力下降可采用钢筋混凝土柱而不必继续使用叠合柱。这样既能保证外框架刚度和强度不致严 重突变，保证了外框架沿竖直方向具有较好的连续性，同时也比较经济。弹性分析结果显示在结构中段 以上外框架承担的地震剪力和倾覆力矩没有突然的变化，显示了外框架竖向良好的连续性能。 框架．简体结构的框架也可分为垂自于受力方向的翼缘框架和平行于受力方向的腹板框架。角部柱 起到联系两个方向框架协同下作的作用，在水平力作用下角部柱受力状态较为复杂，因此，虽然角柱竖 向荷载较小，为了保证结构的框架和核心筒的工作性能，角柱的截面尺寸与中柱相同。 3 ．2 弹性计算 在设计中使用美国c s I 公司开发的E 1 A B S 、国内的S 御r 、ⅣE 软件和大型通用有限元软件A B A Q U S 对整体结构的自振特性进行了分析计算，表1 给出了三种不同软件的计算结果，其中A B A Q u S 建模方 法后文有较为详细的介绍。从表l 的比较结构可见，三个软件计算结果较为接近，结构的主要振型以平 - 4 1 8 ． 第二十届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 8 年 动为主，扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比为o ．6 7 。为“ 力坫层问受9 ，乐载力之尊j ，拙高舰 - } 式 721 1 L P 算。通过汁算．对于奉嵴楼，占臃4 ，力墙水1 r 制筋日【1 筋率为0 4 8 ％垭u 儿l 满足㈣舰 t { - 的监求。 42 钢管混凝土叠合柱跨层柱的极限承载力分析 俐管7 M 凝| 叠合朴是塔楼帕关键受，J 构件之般算程序在穆体} 拘计算叫，对跨埘桂的分析 不足很准确．山了更为清楚的r 解制 阡7 H 凝P 盎卉柱跨层托的1 作性能和合理的世这炎构件，我们累 『} j 掣的尚用订限儿软什A B 0 u s 67 对返炎构件的丁件性能进行* 线性午过槲分析 率塔楼n2 05 米和5 l 求离两种跨膳札，以下以2 05 米长的底邦跨层} I 为例税叫分析过程．有l 提兀 模型建一时，钢竹内授D 辊凝} 的乖构关糸模型采用文献[ 6 7 r 模犁，铡管外的“E 凝十采用泄凝r 结 杜J 设} f 胤f △”墟供的戊山．应变戈系模掣，铡管和制箭的钢材采州婵州弹型性模型。钢管与混凝十和 混戤十与铡筋之间的界面采用完争枯结的接触箍件，小考虑他们2 川的滑杉，有限兀模型中也小考} g 钢 韬媸余麻山的始响。翎管秉用先单儿 s 4 R 模拟，混凝L 震用。维寅体单兀 c 3 D 8 R 模_ l 】_ f ，钢筋采 丌】A B A 0 u sr 1 ，的T R u s s 单儿，嵌 e m b e d e d 刨混凝] 。中。图3 所示为建口f ～柯限冗分析模掣，其 衙栽偏心矩为弹性计荫扶樽们大震F 构件爪受弯矩和轴力的比值。 邛} | 第十“全埘≈目建筑镕目学术会议镕i2 。。8 4 坚 图4 跨层叠合柱荷载全过程曲线图5 跨层叠合柱的变形模态 对人震内力埘应时的钢管强凝土叠台{ Ec | ，钢筋、铡管的M 眦s 屈服应山和钢管内格心混凝上册巾线 剖面的纵自应力也进行了分析，结果表明，在大震下，商台柱中铡筋的最大M 啪s 麻力为2 5 35 M P a ， 钢管的屠大M 哑s 威力为2 l5M P a ，核心掘凝上的纵向最大应力为3 0M P a 底层托混凝十强度等级为 c 7 0 ，分刖小r 各自材料懂度标准值⋯。 43 跨层柱的计算长度分析 存本塔楼结构设计中，再毛蟹日t 架柱构件所来H j 的计算K 度确定 法甚水按照规范规定取用，位对 j ’跨层柱且在所跨楼层受有限约并f 或小受约束的情形．删需要特j j | 』r 以哭注。如粜仅按跨层桂L 下端打 完整锚固屡的高度米确定其- f 尊长度，则匿“掉长度通常比较长，此叫该训尊长度有u j 能俯长，闪此计 霄结果可能小经济。当然也存在按杜L 下完鞭锚田端确定的汁箅长J { [ 偏小的川能。州此，需要刘该炎杜 作专f 』分析以碲定其汁算长艘。根据彳『戈规范的枷定及已有的】吊1 实例，可以利川艋曲分析来求跨层杜 的计算K 度通过瞅拉公式提供的条件，町以 口确定构件的临羿承找力 ，即町反推出构件的等教 计算艮度L 。．即 由欧拉承载力公式 可得构件训算长度算公式为 为了便于分析比较，分别采用s A P 2 0 0 0 对栏体结构和A B A 0 u s 软什对独立模型进行埘曲分析。如 1 ．文所述，木塔楼打2 05 米和5 1 米两种跨层干{ } ，眦下以5 】术跨屏长柱为例柬论述儡曲分析的练粜。 分别采刷两种软件建啦分析横型，J 驳于篇幅，建模过利此处小详进，具体过程参见立献[ 4 ] 。H6 分别 给“} 丁s A P 2 ∞0 对整体结构和A B A O u s 软件对独市模型分析获得的跨J r ；柱的第阶屈曲模忐，町见阿 种软件的分析绐果基本类似。 ●■-●-】一-I■ 塑毒 o o 第一十月全国高月建筑结构学术会议* 女2 呻s 年 a 整体模型 b 独立模型 图6 跨层拄的第一阶屈曲模态 表3 给出了采用整体、独立模型对跨层柱计算陡度的分析结粜．可见，采用独∞黄型与整体模型 所获得的分析结果差别不太，在实际应用时，将计算长度乘以12 - 15 的系数，以考虑必要的安全贮备。 表3 跨层柱计算长度分析结果 5 动力弹塑性分析 5 1 计算方法及模型 非线性动力时程分析是进行结构非线性地震反应分析比较完善的方法。这种方法可以准确展现结构 高振型的影响．也能够止确地自动地对多向地震输入的效应进行迭加及 组合。本文采用A B A O u sv 67 H 1 进行动力弹塑性时程分析。钢的拉压 _ ； 应力．应变曲线假设为理想弹塑性等川强化二折线模型，初始塑性应变为 ”、 竹厄s ，其破坏应变取为O1 5 。其中强化段E ‘00 1 E 。混凝土采用塑性损 伤模型，该模型可以分析存在微裂缝和微宁洞的有损伤材料，以及这些。 损伤的扩展与演变，直至宏观破坏 * 成的全过稃，其特点是以损伤系 、 数作为构件进八塑性及破坏程度的判断标忐，能够考虑地震作用过释中 循环荷载作用下的裂缝闭合所引起的刚度恢复效应”⋯。 ， 粱、枉采用二维粱单元，剪山墙、楼板采用二维壳单元进行模拟， 以上构件均按照计算结粜及规范要求进行配箭，蚂力墙的约束边缘构件 和暗枉按照实际情况配筋。几何模犁建立后，对模型进行网格划分，最 一 大单元尺寸l m ，局部重要部位网格加密 整个模型分约1 2 万个单元 。 图7 所示为非线性动力弹塑性分析模型。 ‘ 加重；；i 枉； i i i ；i i i s ，罕遇地t 非线性* 析模型 加重力荷载的代表值，然后地震加速度时程作用在地面节点上，滑总体 ⋯⋯⋯～⋯⋯～ 坐标系的x 向或Y 向施加。地震作用在结构正常使用荷载完全加载的情况下施加于结构的正负00 0 标 高上。将考虑双向地茬输入．地震输 点在模型与地面的节点处一地震方向将沿着模型第一和第二模态 变形方向，峰值加速度按照ⅪY 08 5 1 输入。 工波由安评报告提供，天然波采用E L c 曲乜。渡， 场地地震加速度峰值为2 0 88 啪b 2 。 第二十屈全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 8 年 5 ．2 计算结果与分析 图8 给出了结构顶点位移时程曲线，从图8 可以看出，同一条地震波作用下，结构x 、Y 向顶点位 移峰值出现的时刻存在明显的错位，且峰值差别也较大，这也说明结构x 、Y 向抗震性能存在明显的差 异，这与前文弹性分析所得到的结论是一致的。 O ．2 4 0 ．1 6 管0 ．0 8 镣 曩 O 琅 臀- O - 0 8 ．O ．1 6 ．o ．2 4 顶点X 向位移时程 n ，、 ／h Ⅵ肌h ．／．＼ v V ／s V 一Ⅵ k ／z o ＼ 4 } V U 时间 s a X 向场地波 顶点Y 向位移时程 b Y 向场地波 图8 项点位移时稃曲线 表4 给出了场地波和E I ．C e n 打。波作用下，7 度大震的结构反应，可见，均满足高规4 ．6 ．5 条针 对框架．核心筒结构层间弹塑性位移角限值l ／1 0 0 。计算结果表明，罕遇地震作用下，结构位于上部 5 3 ．5 7 层 的核心筒外同剪力墙出现了中等程度的受拉损伤，其它部位的受拉损伤很小，而结构沿全高的受压 损伤都很小。根据以上计算结果，对本塔楼顶部简体外围剪力墙厚度进行了调整，由5 0 0 I 姗调整为 6 0 0 l m 厚，以保证确保大震不倒的设防目标。 表47 度大震结构反应 地震波方向最人层问位移角楼层发生时刻 s 场地波 Xl ／4 8 55 95 ．0 Yl ／3 9 85 91 4 ．O E I C E N T R OXl ／4 6 05 96 ．7 Y1 ／4 0 25 81 8 ．3 5 ．3 小结 通过动力弹塑性时程分析，可以得到的结论为 1 罕遇地震作用下，结构最大层间位移角小于 规范限值； 2 罕遇地震作用下，结构位于上部 5 3 ．5 7 层 的核心筒外围剪力墙出现了中等程度的受 拉损伤，而结构的受压损伤很小，且剪力墙中钢筋应力未达到屈服强度；框架梁钢筋基本未屈服，框架 柱钢筋未屈服； 3 该结构能够抵御E L C e I l t r o 波及场地波，能够实现“大震不倒”的性能目标。 6 针对本塔楼具体情况采用的抗震措施 针对本塔楼的特点并根据以上对结构整体弹性分析和弹塑性分析的结果，采用的抗震措施如下 1 按高规7 ．1 ．9 条可取墙肢总高度的l ／8 或l ／l O ，墙肢高度超过1 5 0 m 时 和底部二层的较 大值。结合本塔楼的特点，特别是塔楼底部有2 0 ．5 m 高大空间 较长跨层柱 ，因此将底部加强部位提 高至L 6 层即2 9 ．1 0 0 m 标高 高于l ／1 0 x H 2 6 m ； 2 框架和筒体在底部加强部位按特一级抗震构造措 施处理 高于高规统一按一级处理 ，其它一般部位按一级抗震构造措施处理。在L 2 6 一L 2 8 层6 轴右侧 墙体整体消失过渡段对所有框架和剪力墙均按特一级处理。 3 核心筒内楼板采用1 5 0 m m 厚，并采用 双层双向配筋，以加强外部框架与核心筒的共同工作。 4 对楼板开洞的楼层，进行了各工况下的应力 分析，对应力较大区域采取局部构造加强，并根据应力进行配筋。 一4 2 3 ． 第二十届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 8 年 7 结论 应用线性和非线性有限元软件对深圳卓越皇岗世纪中心项目二号塔楼进行了整体分析和抗震性能 研究，同时也对一些重要的构件进行了专项研究，体现出了从整体到局部的设计思路，在全体设计团队 的共同努力，解决了这些设计难题，本项目目前正在进行地下室施工，预计2 0 1 0 年建成。 参考文献 [ 1 ] ．钢管混凝土叠合柱结构技术规程c E c s l 8 8 2 0 0 5 [ s ] ，中国计划出版社，2 0 0 5 ． [ 2 ] ．高层建筑混凝土结构技术规范J G J 3 2 0 0 2 [ S ] ，中华人民共和国行业标准，2 0 0 2 [ 3 ] ．建筑抗震设计规范G B 5 0 0 1 1 2 0 0 1 [ S ] ，中华人民共和国国家标准，2 0 0 2 [ 4 ] ．卓越皇岗世纪中心项目超限结构初步设计抗震设防专项审查申报表与超限可行性论证报告，中建国际 深圳 设 计顾问有限公司，2 0 0 7 【5 ] ．建筑抗震鉴定标准G B 5 0 0 2 3 9 5 [ S ] 。中华人民共和国国家标准，1 9 9 6 [ 6 ] ．尧国皇．钢管混凝土构件在复杂受力状态下的工作机理研究[ D ] ．[ 博士学位论文] ．福州福州大学，2 0 0 6 ． [ 7 ] ．韩林海．钢管混凝土结构一理论与实践[ M ] ．北京科学出版社，2 0 0 7 ． [ 8 ] ．混凝土结构设计规范G B 5 0 0 1 0 一2 0 0 2 [ s ] ，中华人民共和国国家标准，2 0 0 2 [ 9 ] ．H i b b i t t ，K a r l s o n ， S o r e n s o n ．A B A Q U SV e r s i o n6 ．7 T h e o r ym a n u a l ，u s e r s ’尬n u a l ，v e r i f i c a t i o n 嗽n u a l 锄d e x a m p l ep r o b l e m s 舱n u a l ． H i b b i t t ，K a r l s o na n dS o r e n s o nI n c ， 2 0 0 7 ． 【1 0 】．王传甲等，深圳大梅沙酒店复杂结构方案分析，建筑结构[ J ] ，2 0 0 7 ，3 7 8 2 9 3 2 ． - 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