Z15中国尊项目结构设计介绍

“中国尊”项目结构设计介绍汇报人：张相勇“中国尊”项目结构设计介绍建设单位：北京中信和业投资有限公司设计团队：北京市建筑设计研究院有限公司KohnPedersenFoxAssociatexPC(KPF)奥雅纳工程顾问建筑院中信建筑设计总院有限公司业主结构顾问：华东建筑设计研究院有限公司主要内容1工程概况主要内容1.工程概况2.结构体系3.结构体系演变4.结构计算分析5施工相关5.施工相关6.超高层建筑结构体系7.工程照片1.工程概况1.1工程概况Z15项目位于北京CBD核心区。建筑高度约米京地前规建筑高度约528米，是北京地区目前规划中的最高楼。地上108层，建筑面积约35万平米。地下7层，建筑面积约7万平方米。集甲级写字楼、观光和商务会所等主要功能于一体。项目建设单位为北京中信和业投资有限公司。1.2北京CBD核心区区位图北京商务中心区（CBD）是北京六大高端功能区是北京六大高端功能区之一，是首都经济发展、产业聚集和城市建设最产业聚集和城市建设最重要的区域。核心位桥东其核心区位于国贸桥东北角，西起东三环路，东至针织路北起光华东至针织路，北起光华路，南至建国路。占地约30公顷，总建筑规模约270万㎡。1.3北京CBD核心区规划北京CBD核心区共规划19个楼座，其中高度200-300米的建筑7座，300-400米的建筑2座，最高建筑528米1座。1.4北京CBD核心区鸟瞰1.5北京CBD核心区现状1.6中国尊69米8米5米54米顶部观光层圆尊方尊上圆下方尊塔楼从中国传统礼器“尊”的形体特征中汲取造型的灵感。经过抽象处理和比例优化，既保持了528385顶部观光层圆尊方尊上圆下方尊，“尊”形突出独特的弧形效果，又形成了比例上的高雅和秀美。塔楼平面为带有圆角处理的正方形，而且上下宽度渐变。塔底为78米宽，在385米处的腰部为54米宽部为米宽建筑高度米底部大堂米宽，顶部为69米宽。建筑总高度528米。78米1.7Z0~Z4区建筑平面图Z2区标准层Z3、Z4区标准层Z0区标准层Z1区标准层1.8Z5~观光区建筑平面图Z7区标准层观光区标准层观光区标准层Z6区标准层Z5区标准层1.9B7层平面图2.结构体系2.1确定超高层结构体系的基本原则1）选择合理的结构体系、构件形式和布置；竖向构件宜连续贯通；各部分的质量和刚度宜均匀、连续；2）结构传递竖向荷载和地震作用途径简洁明确；重要构件和关键传力部位应增加冗余约束或有多条传力构件和关键传力部位应增加冗余约束或有多条传力途径；3）结构的竖向和水平构件应具有必要的的承载能力、3）结构的竖向和水平构件应具有必要的的承载能力、刚度和延性；具有良好的变形能力和消耗地震能量的能力；的能力；4）抗震设计宜具有多道防线；5）满足建筑外立面及功能需求5）满足建筑外立面及功能需求；6）应符合节省材料、方便施工、降低能耗与保护环境等要求等要求。2.2影响本工程结构体系的主要因素1）地震作用：设防烈度8度；场地特征周期Tg=0.4s；建筑类别乙类；地震安评报告的影响；地震安评报告的影响；2）风荷载：规范，风洞试验；3）结构高度及高宽比：结构高度528m，主体结构高宽比7.1，核心筒高宽比16.1；4）建筑体型要求：上下宽度渐变，其中塔底78m，在385米处腰部为54m，顶部69m；5）建筑使用功能：5）建筑使用功能：大堂区：尽量减少外围落地柱（在大堂区仅巨柱落地）；办公区：尽量减少外立面遮挡（次柱和斜撑截面需优化设计)；酒店及公寓：不宜有较大构件遮挡（不宜设置大截面斜撑，后取消）景台宜有较大构件遮挡（有伸结构板）观景平台：不宜有较大构件遮挡（巨柱没有伸到结构顶板）2ndEPR结构方案3thEPR结构方案2.3本工程结构体系采用筒中筒双重抗侧力结构体系1）外框筒(巨柱-斜撑框筒)1）外框筒(巨柱斜撑框筒)2）核心筒外框筒核心筒标准层结构平面图整体结构模型2.4外框筒外框筒承担主要侧向力转换桁架将楼面重力荷转换桁架将楼面重力荷载传递到巨柱巨型柱转换桁架巨型斜撑次框架柱完整外框筒重力荷载传力路径2.5核心筒钢筋混凝土剪力墙+钢板剪力墙+型钢边缘构件+连梁底部加强区至10层（约60m）组合钢板混凝土剪力墙至39层（约150m）钢筋混凝土剪力墙+钢板剪力墙+型钢边缘构件+连梁钢-混凝土核心筒剪力墙约束边缘构件延伸至轴压比0.25区域2.6主要构件截面巨柱斜撑腰桁架1500X1500B900X900X50B900X800X40B900X800X35核心筒内墙（含钢率）核心筒外墙（含钢率）300500B900X800X352500X2500B1500X900X60B1000X800X40B900X800X35B1000X800X60（钢骨2.0%）（钢骨2.0%）300（构造钢骨）500（构造钢骨）3500X3500B1500X900X60B1000X800X60B900X800X403500X3500B1800X900X80B1000X800X60B900X800X40300（构造钢骨）700（构造钢骨）400（钢骨10%）900（钢骨20%）000004000X4000B1800X900X80B1000X800X60B900X800X40（钢骨1.0%）（钢骨2.0%）400（钢骨1.0%）1000（钢骨2.0%）4200X4200B1800X900X80B1000X800X50B900X800X354400X4400B1800X900X80B1000X800X50500（钢板3.0%）1100（钢板4.0%）50013004400X4400B1800X900X80B900X800X354800X4800B1800X900X80B1000X800X60B900X800X40（钢板4.0%）（钢板5.0%）600（钢板5.0%）1400（钢板5.9%）2.7楼板组合楼板厚度:办公：120mm办公：0机电层：150mm加强层：200mm（钢筋桁架楼层板）首层：250mm嵌固层：300mm巨型柱与核心筒连接角加强配筋抵抗水平力巨型柱与核心筒连接角：加强配筋抵抗水平力2.8桩筏基础主要特点：1)筏板厚度6500；2)总桩数856+40；3)核心筒和巨柱载荷相对集中采用D=1.0mL=26mN=40D=12m相对集中，采用1200mm桩径，其他区域1000mm桩径；D=1.2mL=44.6mN=240D=1.0mL=40mN=384；4)纯地下室采用天然地基；5)主楼与纯地下室间不设沉降后浇带；6)水浮力作为地下结D=1.2mL=44.6mN=58x4=2326)水浮力作为地下结构构件内力设计工况之一。2.9基础剖面图2.9基础详图3.结构体系演变3.1结构体系发展过程546528m546m（）2dEPR（20120417）三个阶段1stEPR（20110818）2ndEPR（20120417）3thEPR（20120831）段两个方案3.2三阶段建筑功能及结构方案对比建筑功能办公、酒店、公寓、观光办公、公寓、观光办公、观光建筑/结构高度/m555/546555/546555/546536/528528/524528/524建筑/结构高度/m555/546555/546555/546536/528528/524528/524建筑/结构（底盘尺寸/m2）72X72/68X6872X72/68X6872X72/68X6872X72/68X6878X78/74X7478X78/74X74结构高宽比8.08.08.07.97.17.1结构高宽比8.08.08.07.97.17.1重力荷载/MN702670687158685667276408前三周期/s8.55/8.20/3.738.38/8.05/3.628.14/7.85/3.627.64/7.61/3.197.37/7.33/2.797.59/7.54/3.06基底剪基底剪重比/%1.8001.8161.8631.9031.9912.0263.3两个结构方案剪力分配比例对比2ndEPR结构方案3thEPR结构方案2EPR结构方案3EPR结构方案4.结构计算分析4.1结构设计基本条件3）雪荷载0.45kN/m2(100年一遇)1）材料混凝土：C35~C70钢筋HPB300HRB400HRB5004）风荷载变形控制：0.45kN/m2(50年一遇)钢筋：HPB300,HRB400,HRB500钢材：Q390,Q390GJ,Q345,Q345GJ焊条：E43,E50,E55变形控制(年遇)内力控制：0.50kN/m2(100年一遇)地面粗糙度：C类螺栓：普通螺栓,高强螺栓栓钉：性能和强度应符合GB10433压型钢板：厚度0.9~1.2mm2）主要恒载与活载5）地震作用恒载（kN/m2）活载（kN/m2）办公层5.53.0设防烈度8度(0.2g)设防类别乙类场地类别及分II~III类第一组观光层7.55.0设备层8.07.0场地类别及分组IIIII类，第组Tg=0.4s阻尼比0.035周期折减系数085周期折减系数0.854.2设计准则1）结构设计使用年限：50年，2）重要构件耐久性：100年；3）建筑安全等级：一级；4）建筑抗震设防类别乙类建筑4）建筑抗震设防类别：乙类建筑；5）地基基础设计等级：甲级；6）基础设计安全等级：一级；；7）层间位移角限值：h/500；8）舒适度要求：0.25m/s2（10年重现期风压下结构顶点最大加速度限值）4.3抗震性能目标参考海中大厦性能标参考：上海中心大厦性能目标4.4计算模型1）应用软件：弹性分析Etabs和Midas等弹性设计Etabs和Midas等和等弹塑性分析（建研院等）AbAbaqus2）嵌固部位:地下一层(-9m)EtbAbMidEtabsAbaqusMidas4.5重力荷载分布恒载（含自重）/MN活载/MN求和/MN核心筒3182(43%)836(11.4%)4018(54.5%)巨柱27216333354巨柱(37%)(8.6%)(45.5%)求和5904(80%)1469(20%)7372(100%)(80%)(20%)(100%)嵌固部位(-9.000)以上主要重力荷载分布表首层建筑平面图整体模型4.6周期与振型振型及参与质量振型周期振型振型质量参与系数/%振型周期振特征X平动Y平动Z扭转17.59平动46.270.120.0027.54平动0.1246.390.0033.06扭转0.000.0046.8042.45平动0.8522.100.0052.44平动22.060.850.00扭转61.33扭转0.000.0017.5171.22平动0.229.010.008096平动91502200080.96平动9.150.220.0090.96扭转0.000.009.37100.96平动4.080.040.004.7剪重比及调整上海中心天津117深圳平安北京Z15剪重比调整系数各层剪重比调整前后分布各层剪力调整前后分布结构体系巨型框架+伸臂巨型框架+斜撑巨型框架+伸臂+斜撑巨型框架+斜撑建筑高度/m630597646528各层剪重比调整公式：iiiFF)(1min'结构高度/m575596540524基本周期/s9.109.208.507.52场地特征周期/s0.900.650.450.40i国内类似工程比较。最小剪重比/%1.291.21.511.81.041.22.032.44.8层剪力各工况层剪力分布各方向地震作用层剪力分布内外筒剪力分布底部剪力地震作用风荷载小震中震大震50年100年各工况层剪力分布各方向地震作用层剪力分布内外筒剪力分布X向/MN129（153）3306445865Y向/MN128（153）3276425765注：1）括号内为按最小剪重比要求调整后结果；；2）小震是风的2倍；中震是小震的2.6倍；大震是小震的5.1倍。4.9倾覆力矩倾覆力矩地震作用风荷载各工况X向倾覆弯矩分布各工况Y向倾覆弯矩分布内外筒倾覆弯矩分