上海中心大厦结构设计介绍(精简版)

上海中心大厦结构设计介绍李伟兴天华建筑设计有限公司结构三所2011年04月目录1.项目概况2.建筑设计简介3.塔楼结构体系简介4.结构设计中的主要弹性分析结果5.结构设计中的一些关键问题1.项目概况1.1区域定位上海中心大厦项目选址于中国上海陆家嘴CBD金融区Z3-1地块，位于东泰路以西、花园石桥路以南、银城路以东、陆家嘴环路以北，地块面积约3公顷。1.项目概况上海中心大厦与金茂大厦、环球金融中心用地相连，在区域总体布局中三者的主要朝向相互错开，避免了对视干扰，也有效保证了各自展示形象的可能。上海中心金茂大厦环球金融中心1.1区域定位1.项目概况未来上海中心将与东方明珠遥相呼应，成为统领浦江两岸的制高点1.1区域定位1.项目概况1.1区域定位1.项目概况1.2项目定位及功能目标项目定位在满足使用功能的前提下，将“上海中心”设计成为满足公众审美层面与专业审美层面的标志性、地标性建筑，成为建筑、人、城市和谐共生的领袖之作功能目标商务活动“中心”商务交流休憩“中心”市民休闲娱乐“中心”1.项目概况1.3技术经济指标用地面积：30370m2容积率：12.51地上建筑面积：38万m2地下建筑面积：16万m2绿化率：30％建筑密度：45％建筑总高度：632m1.项目概况1.4国际化设计团队建筑设计：Gensler——设计总包合作设计：同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司——设计咨询及全部施工图设计结构设计：ThorntonTomasetti——方案及初步设计阶段结构设计机电设计：Cosentini——方案及初步设计阶段机电设计1.项目概况1.4国际化设计团队景观设计：SWA（美国）风洞试验：RWDI、西安大略大学（加拿大）工料测量：利比工料测量师事务所酒店咨询：HVS（酒店）咨询公司、大班（酒店）咨询公司市场咨询：高纬环球公司其他提供咨询的公司：华东建筑设计研究院有限公司I.DEA誉德上海建科院柏诚（亚洲）有限公司增德防火技术服务咨询公司Koopx1.项目概况方案设计：2008.6～2008.11初步设计：2008.8～2009.11施工图设计：2008.9～2010.4精装饰设计：2009.1～2011.5施工：2008.11.28～2014.5低区办公及裙房部分试营业：2012.9.30全部营业：2014.12.181.5工程项目总体进度安排1.项目概况2.建筑设计简介2.1世界超高层建筑比较2.建筑设计简介2.2几何特征由三段圆弧构成的圆导角三边形（其中之一切角）作为上海中心外围几何的基本构形，旋转上升并均匀缩小，演进为一个平滑光顺的非线性扭曲面，形成了大厦独特的立面造型。Zone1Zone2Zone3Zone4Zone8Zone7Zone6Zone52.建筑设计简介2.2几何特征2.建筑设计简介概况建筑高度：632m结构高度：574m塔楼层数：地下5层，地上124层大楼竖向划分为9个区1个裙房商业区5个办公区2个酒店区1个观景区每个区被2层高的设备层分隔空调设备电力设备逃生区域电梯设备维修保养设备1区:5层商业/会议4区:13层办公9区:3层观景/以上设备层5层地下商业/停车Zone1Zone2Zone3Zone4Zone5Zone6Zone7Zone8Zone92.3竖向功能布置3区:13层办公5区:14层办公6区:14层办公7区:15层酒店8区:10层酒店+5层精品办公2区:12层办公2.建筑设计简介2.3竖向功能布置2.3竖向功能布置2.建筑设计简介2.3竖向功能布置2.建筑设计简介2.3竖向功能布置2.建筑设计简介2.3竖向功能布置2.建筑设计简介Zone1－－裙房商业区透视图商务休闲层中庭功能排布餐饮健身多功能厅艺术展厅便利店前台中庭悬挑近14米2.4平面布置图3.塔楼结构体系简介3.1抗侧力结构体系3.1抗侧力结构体系巨型框架-核心筒–伸臂桁架（共6道）伸臂桁架核心筒巨型柱环带桁架外伸臂+环带桁架环带桁架3.塔楼结构体系简介核心筒3.1抗侧力结构体系3.塔楼结构体系简介核心筒+巨柱3.1抗侧力结构体系3.塔楼结构体系简介核心筒+巨柱+外伸臂3.1抗侧力结构体系3.塔楼结构体系简介核心筒+巨柱+外伸臂+箱型空间桁架3.1抗侧力结构体系3.塔楼结构体系简介3.2巨型柱结论：巨柱的布置宜结合建筑布局及结构性能综合确定。主巨柱设置于核心筒内隔墙对应位置，通过伸臂桁架协同抗侧力，可获得相对较大的力臂。次巨柱主要作用是减小环带桁架跨度，故不设伸臂桁架与核心筒连接，避免伸臂与核心筒角部连接构造的困难。巨柱采用SRC组合柱，含钢率控制在4～7％。可有效减小巨柱截面，并提高延性。经过多轮结构体系选型分析，并与建筑布局充分协调，确定以下巨柱布置方案3.2巨型柱1～5区普通楼层加强层6～8区普通楼层3.塔楼结构体系简介ZONE6～8典型平面8根主巨柱ZONE1～5典型平面8层主巨柱+4根角柱3.2巨型柱区段截面（m）砼等级含钢率8主：1.9x2.4C504%7主：2.3x3.3C504%6主：2.5x4.0C604%5主：2.6x4.4C604%角：1.2x4.5C604%4主：2.8x4.6C604%角：1.5x4.8C604%3主：3.0x4.8C704%角：1.8x4.8C704%2主：3.4x5.0C704%角：2.2x5.0C704%1主：3.7x5.3C705%角：2.4x5.5C704%3.3核心筒ZONE6～8ZONE9ZONE1～4ZONE5～6ZONE7~8上部为十字形布置中部为切角方形布置底部为方形布置3.3核心筒3.3核心筒3.塔楼结构体系简介区段混凝土等级翼墙厚(mm)腹墙厚(mm)翼墙钢板含钢率腹墙钢板含钢率1C6012009004%(1F~3F)3%(4F~8F)2%(1F~3F)1.5%(4F~8F)2C6012009002%(9F~13F)1.5%(9F~13F)3C6010008004C608007005C607006506C606006007C606005008C606005003.3核心筒3.塔楼结构体系简介3.4伸臂桁架外伸臂+环带桁架环带桁架数量5outriggers6outriggers6outriggers8outriggers位置3/5/6/7/81/3/5/6/7/82/4/5/6/7/81/2/3/4/5/6/7/8第一阶周期(s)9.29.159.078.91最大层间位移角h/501h/500h/496h/4923.4伸臂桁架3.塔楼结构体系简介位于第2、4、5、6、7、8区外伸臂桁架贯穿核心筒腹墙8765423.4伸臂桁架3.塔楼结构体系简介伸臂桁架轴侧图区段构件规格（mm）OT8H1000x1000x90x90OT7H1000x1000x80x80OT6H1000x1000x60x60OT5H1000x1600x100x100OT4H1000x1000x80x80OT2H1000x1000x90x90OT2OT4OT5OT6OT7OT8伸臂桁架立面图塔楼剖面图3.4伸臂桁架3.塔楼结构体系简介3.5楼面体系155mm厚组合楼板79mm厚混凝土现浇板76mm厚压型钢板3.5楼面体系——标准层3.塔楼结构体系简介200mm至250mm厚组合楼板设置径向桁架径向桁架3.5楼面体系——加强层3.塔楼结构体系简介约束箱型桁架的扭转承担悬挑楼层以及外玻璃幕墙荷载876542313.5楼面体系3.塔楼结构体系简介3.6幕墙支撑体系采用双层玻璃幕墙外层玻璃幕墙支撑结构采用轮辐式结构体系双层玻璃幕墙效果图内层玻璃幕墙外层玻璃幕墙中庭3.6幕墙支撑体系3.塔楼结构体系简介轮辐水平支撑楼板带水平支撑的轮辐结构在各个楼层将幕墙结构的水平风荷载传递到楼板。楼板轮辐结构幕墙体系轴侧图幕墙体系平面图3.6幕墙支撑体系3.塔楼结构体系简介悬挑钢桁架幕墙结构的自重通过吊杆传递到加强层内的悬挑钢桁架上。吊杆轮幅水平支撑3.6幕墙支撑体系3.塔楼结构体系简介3.6幕墙支撑体系塔冠结构整体轴侧图鳍状竖向桁架皇冠结构支承框架结构轮辐结构3.塔楼结构体系简介3.7地基基础桩型:钻孔灌注桩（后注浆）桩径：1000mm桩长：核心区56米，扩展区52米基础持力层：9-2-1层粉砂单桩承载力：10000KN(1000吨)承载力取值依据：1）地质勘察报告提供参数计算：11267.419﹥10000kN2）试桩取得参数计算：13000﹥10000kN3）《建筑桩基技术规范》计算：11661.6﹥100004）桩基础选型科技委专家意见3.7地基基础3.塔楼结构体系简介总桩数：947根核心区：桩长56米，共247根扩展区：桩长52米，共700根长度依据：通过增加核心区桩长度，减小核心区沉降核心区及巨柱下：梅花形布置其它部位：矩形布置布置依据：荷载大的位置桩位集中布置3.7地基基础3.塔楼结构体系简介有限元基床系数法计算沉降：基床系数：核心区刚度80kN/mm扩展区刚度100kN/mm桩基最大沉降量：96mm规范公式计算沉降：最大沉降计算值120mm综合评价：对比上海中心与金茂大厦、环球金融中心的结构形式、桩型、持力层深度，综合分析预估上海中心桩基础沉降值约为120～150m。3.7地基基础3.塔楼结构体系简介4.结构设计中的主要弹性分析结果4.1塔楼主要设计指标4.塔楼结构主要分析结果结构设计使用年限1）承载力及正常使用情况下为50年；2）耐久性下重要构件为100年，次要构件为50年。建筑安全等级1）塔楼重要构件一级，重要性系数1.1，包括：核心筒、巨型柱、伸臂桁架、环带桁架和径向桁架；2）塔楼次要构件二级，重要性系数1.0，包括：除重要性构件以外的其他构件，如楼面梁。建筑位移内容限值重现期为50年的风荷载下层间位移角h/500重现期为50年的风荷载下底层层间位移角h/2000~h/2500多遇地震荷载下层间位移角h/500多遇地震荷载下底层层间位移角h/2000~h/25004.2塔楼周期与振型图4.塔楼结构主要分析结果竖向荷载作用下基底反力（不含地下室B2及以下部分）荷载重量恒载62.5万吨活载12.3万吨总计74.8万吨基底反力分配巨型框架承担40.4万吨（54％）核心筒承担34.4万吨（46％）4.3自重下基底反力4.塔楼结构主要分析结果超高层建筑自重比较4.3自重下基底反力4.塔楼结构主要分析结果建筑名称建筑高度（m）总重（t）塔楼建筑面积（m2）每平米重量（t/m2)金茂大厦42130×10420×1041.50环球金融中心49244×10425.3×1041.74台北101大楼50870×10441.25×1041.70广州西塔43242.5×10424.7×1041.72上海中心63274.8×10437.9×1041.974.4风载和地震作用下基底反力基底剪力(kN)倾覆力矩(kN.m)X向Y向X向Y向数值比例数值比例数值比例数值比例风荷载8042718234613.04e713.14e71小震883951.10888221.081.90e70.6251.88e70.60中震2229212.772239732.725.11e71.685.06e71.61基底反力分配巨型框架57%79%核心筒43%21%注：1）风荷载取值为基于100年重现期，2%阻尼比；2）小震作用取上海规范反应谱与场地反应谱的包络值，4%阻尼比；3）中震作用取上海规范反应谱，4%阻尼比。4.塔楼结构主要分析结果4.5风荷载下巨型框架与核心筒的剪力和倾覆力矩分配楼层剪力倾覆力矩倾覆力矩,My,核心筒和巨型框架分配(X方向风)F20F40F60F80F100F120F-5000000050000001000000015000000200000002500000030000000倾覆力矩(kN*m)楼层核心筒承担倾覆力矩框架承担倾覆力矩总倾覆力矩楼层剪力,Vx,核心筒和巨型框架分配(X方向