浦东国际金融大厦结构

上海浦东国际金融大厦结构设计张志航11309053浦东国际金融大厦照片浦东国际金融大厦设计简介工程简介•上海浦东国际金融大厦为地下3层，地上53层，屋面以上还有2层设备机房，建筑高算至53层屋面230米。•建筑面积共11.4万平方米。建筑使用功能•地下室主要为停车库、设备机房。•低层部裙房主要为银行、商店、餐厅等商业设施。•中层部分为办公用房。•高层部分为单元办公用房。建筑概况:建筑高度230m建筑层数地上53层地下3层标准层层高7～35层3.9m36～53层3.6m下部标准层平面尺寸（轴线）：48x48m2上部标准层平面尺寸(梭子形轴线)：长轴—60.67m短轴—31.5m结构类型钢-砼混合框筒结构建筑面积114,650m2基础φ609*14*30000钢管桩基建筑平面建筑立面结构简介上部结构体系金融大厦为混合结构高层建筑，由于建筑立面的内收，使结构沿高度划分为几个部分，1).中层和低层部分结构内部为由钢筋砼剪力墙组成的中央核心筒，外部框架低层部为钢骨砼柱，内外的连接为钢梁；2).转换部分中央核心筒为钢筋砼剪力墙加钢梁钢柱组合结构，外部为钢柱，内外连接为钢梁；3).高层部分内部为钢筋砼筒体，外部为钢柱，内外之间用钢梁连接。结构体系低层部标准层平面高层部标准层平面基础形式全钢筋混凝土地下室，地下室底板厚：主楼部分3.2米，裙楼部分1.5米。主楼桩基采用φ609.6×14钢管桩，桩长30米,分上下两节。桩尖持力层为7－（2）层细粉砂土层，桩尖入土深度46米。基础设计思想，以选择合适的桩长控制最终沉降量，以及通过对地下室底板刚度、内力调整而达到建筑物主裙楼间不设沉降逢的设计目标。主要结构材料混凝土强度：核心筒地下B3~地上33层C5034层~顶层C40外框柱主楼C50裙楼C40楼板C30地下室C40钢构件强度：钢结构框架梁柱：fy=330N/mm2楼面体系次梁：fy=240N/mm2钢管桩桩基资料•钢材材质：低合金钢。•钢材强度：fy=355N/mm2•桩经：φ609.6•桩长m）：主楼桩30，分两节。裙楼桩25，分两节。•桩顶标高（绝对标高）：主楼11.80裙楼10.10上部结构整体计算分析•由于建筑体形特殊，下部为正方形平面，上部为梭子形平面，梭子形长轴为正方形对角线。•无任是地震主动方向，还是主要受风荷方向，设计应考虑四个方向，分别为x、y、u、v。计算分析主轴方向XYXYXYXY结构基本周期•ETABS程序计算结果,前6个自振周期：14.2238924.0396831.4691041.1360250.6361460.62524抗风设计建筑高度达230米为超高层建筑，抗风设计已属于非一般高度建筑概念，风荷载取值有必要进一步分析。建筑平面上层部、下层部变化很大，受风压体形系数规范已无法查找。为此进行模型风压测试风洞试验和采用理论推导计算建筑所受风荷载，与现有规范计算风荷载进行比较，是结构设计的必要前提。风向高层中底层μs计算宽μs计算宽u---u1.431.51.1560.7v---v1.260.71.1560.7x---x1.442.01.449.5y---y1.442.01.449.5•以规范公式计算所得风荷载，简称为规范风力。•以风工程理论公式推导所得风荷载,简称理论风力。•以弹性模型在六分量动态天平实测的值推算建筑所得风荷载，简称为风洞试验。下表为以规范公式计算所得风荷载和风工程理论公式推导所得风荷载。规范风力表示以规范公式计算所得风荷载，理论风力表示风工程理论公式推导所得风荷载。层数层高高度规范风力理论风力倾覆力矩倾覆力矩搂层风力每米风力搂层风力每米风力规范风力理论风力503.60197.40704.15195.60651.80181.06138999.21128665.32453.60179.40668.66185.74602.10167.25119957.60108016.74403.60161.40628.22174.51552.50153.47101394.7189173.50353.60143.40591.88164.41499.50138.7584875.5971628.30303.90124.50597.44153.19536.60137.5974381.2866806.70253.90105.00553.37141.89498.50127.8258103.8552342.50203.9085.50482.67123.76446.80114.5641268.2938201.40153.9066.00427.22109.54384.3098.5428196.5225363.80103.9046.50368.7994.56320.9082.2817148.7414921.8554.0027.00308.5377.13355.6090.038330.319601.2016.006.00252.2942.0581.6014.841513.74489.60合计30885.7827881.804348602.763798741.38下表为以规范公式计算所得风荷载和风工程理论公式推导所得风荷规范风力楼层力和理论风力楼层力比较图表规范风力倾覆力矩和理论风力倾覆力矩比较图表规范风力沿高度分布和理论风力沿高度分布比较图表风洞试验弹性模型在六分量动态天平实测的最大值推算建筑结构原型，在不同屋顶风速时的基底剪力、倾覆力矩、纽矩。见下表：VH(m/s)QV(KN)QU(KN)MV(KN-M)MU(KN-M)Mt(KN-M)25539039307346105744609838030776056501057830827220141670351057077001439830112594018282040138001005018806001470620251850451747012720238013018612503187505021560157002938430229784039352055260901900035555002780390476150基底剪力规范风力/理论风力/风洞试验=30885/27881/26090=1/0.9/0.75倾覆力矩规范风力/理论风力/风洞试验=4348602/3798741/3555500=1/0.87/0.82抗震设计•多遇地震作用下的结构计算分析采用振型分解反应谱法，分别计算四个地震方向。•设计地震荷载按上海市标准《建筑抗震设计规范（DBJ08-9-92）》确定。•罕遇地震作用下的结构计算分析采用时程分析法，最大加速度为220gal，持时30秒。地震波取用ELCENTRO、TAFT、SHANGHAI人工波等波。计算位移•采用ETABS程序进行计算分析，风荷作用和地震作用下的位移计算值：•风荷作用位移，最大层间位移发生在46～49层为1/530。•地震作用下位移，最大层间位移发生在52～53层为1/632。风荷作用位移单位：cm层数层高高度风荷作用(x)风荷作用(v)层间位移层间位移v(m)(m)x转角x,yv转角PF5.0226.120.101/7810.185726.261/553503.6193.816.101/7660.145320.551/542453.6175.813.771/7660.121417.171/542403.6157.811.481/8180.098313.901/592353.6139.89.421/9470.078811.141/727303.9120.67.531/11140.06218.781/951253.9101.15.851/11820.04846.841/1022203.981.64.261/12580.03524.981/1103153.962.12.801/14440.02303.251/1254103.942.61.551/17730.01261.781/15325723.00.601/25930.00460.651/2357规范风荷载下计算位移曲线x、v两个方向地震作用下位移单位：cm地震作用(V)地震作用(U)地震作用(X)层间位移层间位移层间位移层间位移层数层高高度V转角U转角U转角V转角PF5226.118.871/64115.301/113610.821/161313.341/909503.6193.814.411/64312.721/11259.001/156510.191/900453.6175.811.711/72011.091/11257.841/15658.281/1029403.6157.89.381/8789.491/11616.711/16366.631/1286353.6139.57.581/11617.981/12865.651/17145.361/1636303.9120.66.071/15006.521/13934.611/20534.291/2167253.9101.14.781/15605.161/15003.651/20533.381/2167203.981.63.551/16253.871/15602.741/21672.511/2294153.962.12.391/17732.661/16961.881/24381.691/2600103.942.61.361/21671.561/19501.101/27860.961/32505723.00.541/31820.641/25930.451/36840.381/4375地震作用下V、U两个方向的位移曲线•风荷载所产生的倾覆力矩在外圈柱上生成了最大为±443t的附加轴力，与长期柱轴力1873t相比，只为其1/4.2。•地震作用下倾覆力矩在外圈柱上产生的最大附加轴力为±308t，为长期柱轴力1873t的1/6.1。•罕遇地震作用下的结构分析为抗震设计的第二阶段，采用时程分析法，最大加速度为220gal，持时取为30秒。所用地震波为ELCENTRO波、TAFT波和SHANGHAIBDJ波。•时程分析的结果中，上海人工地震波SHANGHAIBDJ的地震效应最大。•U方向的最大层间变形角发生在54层，为1/120。•V方向的最大层间变形角发生在46层，为1/134，均小于控制值1/70。转换层结构分析•金融大厦体形变化很大，由下部的正方形平面变成上部的梭子形平面，从23层到30层为过渡层，从正方形对角线向中间逐层收小，整个过渡层高度有七层之高，倾角60度。外圈框架柱上下无法对齐，需设置结构转换层。转换层的结构形式一般可以有两种形式选择：•巨大桁架承托转换•斜柱框架转换巨大桁架承托转换巨大桁架承托转换最能实现竖向力的转换，且结构变形小，是较经济的结构形式。但由于桁架布置会影响建筑设计及空间使用。主要特点●变形小，主要构架变形为构件轴心变形引起。构件的弯曲变形为构架的次要变形。●不平衡力适应性好。●需控制构件长度。斜柱框架转换框架式结构变形大，控制构架变形主要为构件抗弯特性及构架节点刚度决定，在不平衡力作用下变形大，结构稳定性差。斜柱框架转换实际工程中结构为框筒结构，平面中央有钢筋混凝土剪力墙筒体，其抗变形能力大，稳定性好。为此金融大厦转换层结构设计，利用中央混凝土核心筒体抗变形能力强的特点，外圈框架柱为斜柱框架结构。XYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXYXY计算分析由于转换层部位，斜柱框架受力的复杂性。对转换层进行截段计算分析各构件的受力大小及不利因素，分析结构安全可靠性是金融大厦结构设计的重要内容。空间分析采用ETABS程序，对结构进行截段分析。对22层～39层转换层部分进行竖向荷载下受力状况计算。截段计算整体模型平面框架分析•采用SAP90计算程序，分析转换层的斜柱框架的构件受力。平面框架示意结构计算分析基本假定：忽略转换层以下的构件竖向变形和中央筒体的砼徐变变形。从施工上控制转换层开始层的楼面水平度。转换层截段计算结果分析：（1）平面框架计算结果各构件内力很大。（2）整体空间计算各构件内力比平面框架计算结果要小。（3）从结构形式及结构布