上海中心 - Expert Review Powerpoint - Final (08112008)

nullnull上海中心大厦塔楼部分 结构工程专家专项审查咨询汇报 介绍: Dennis Poon, Thornton Tomasetti 执行总裁 朱毅，Thornton Tomasetti 总裁 二OO八年八月十三日 纲要 Contents纲要 Contents 1 工程简介 2 结构体系 2.1 抗侧力体系 2.2重力体系 3 超限情况 4 设计准则 5 荷载 5.1 楼面荷载 5.2 风荷载 5.3 地震作用 5.4 舒适度准则 6 结构 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 7 基础设计 8 幕墙支撑结构设计 工程简介 Project Introduction工程简介 Project Introduction 塔楼建筑高度----632米 塔楼结构高度----560米 楼层总数----地上118层，地下5层 总楼面面积----360,694平方米 主要功能抗侧力体系 — 巨柱-核心筒-外伸臂桁架 Lateral System --- Super Column-Concrete Core-Outrigger抗侧力体系 — 巨柱-核心筒-外伸臂桁架 Lateral System --- Super Column-Concrete Core-Outrigger 上海中心的抗侧力体系由巨柱-核心筒-外伸臂桁架(Super Column-Concrete Core-Outrigger)组成，抵抗包括风荷载和地震作用的所有侧向力。 八个型钢混凝土巨柱 钢筋混凝土核心筒 九道外伸臂钢桁架 抗侧力体系 —巨柱-核心筒-外伸臂桁架 Lateral System --- Super Column-Concrete Core-Outrigger抗侧力体系 —巨柱-核心筒-外伸臂桁架 Lateral System --- Super Column-Concrete Core-Outrigger 抗侧力体系立面布置 Lateral System Elevation抗侧力体系立面布置 Lateral System Elevation 抗侧力体系 — 外围巨型框架体系 Lateral System --- Exterior Super Moment Frame抗侧力体系 — 外围巨型框架体系 Lateral System --- Exterior Super Moment Frame 外围巨型框架体系由超级组合柱、四个角柱及环带桁架组成。 为了体现多道抗震设防的原则，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)第8.1.4条规定，外围巨型框架按下列两者之较小值设计： 1. 结构底部总剪力的20% 2.取对应于地震作用标准值且未经调整的各层框架承担的地震总剪力中的最大值的1.5倍。 超级组合柱 Super Composite Column超级组合柱 Super Composite Column 型钢混凝土柱(Concrete Column with Embedded Steel Column)， 每边两根，共八根。 含钢率：４％～８％，符合《型钢混凝土组合结构技术规程》 JGJ 138-2001，J 130-2001的建议要求 混凝土等级：Ｃ80～Ｃ50 超级柱截面尺寸： 一区：6500长X4700宽 二区：6200长X4500宽 三区：5900长X4300宽 四区：5500长X3500宽 五区：5200长X3300宽 六区：4900长X3100宽 七区：4400长X2500宽 八区：4000长X2300宽 九区：3600长X2100宽 角柱 Diagonal Column角柱 Diagonal Column 角柱为型钢混凝土柱(Concrete Column with Embedded Steel Column) 用于减小环带桁架的跨度 角柱不与核心筒连接（无外伸臂桁架） 每个角上一根，共四根 含钢率：４％～８％，符合《型钢混凝土组合结构技术规程》的建议要求 混凝土等级：Ｃ80～Ｃ50 核心筒 Concrete Core核心筒 Concrete Core 钢筋混凝土核心筒 在底部加强区核心筒的角部及两墙交叉处埋设钢柱 (Embedded Steel Columns at the Corners of Concrete Core at the Base) 所有外伸臂加强层区加钢柱用于同外伸臂桁架连接(Embedded Steel Columns at the Outrigger Levels for Connections with Outriggers) 混凝土等级：Ｃ80～Ｃ50 一区核心筒典型平面 Typical Core Layout at Zone 1一区核心筒典型平面 Typical Core Layout at Zone 1 二至四区核心筒典型平面 Typical Core Layout at Zone 2 to Zone 4二至四区核心筒典型平面 Typical Core Layout at Zone 2 to Zone 4 五至七区核心筒典型平面 Typical Core Layout at Zone 5 to Zone 7五至七区核心筒典型平面 Typical Core Layout at Zone 5 to Zone 7 八至九区核心筒典型平面 Typical Core Layout at Zone 8 to Zone 9八至九区核心筒典型平面 Typical Core Layout at Zone 8 to Zone 9 外伸臂桁架 Outrigger外伸臂桁架 Outrigger 在每个加强层（即机械层）布置一道外伸臂桁架，沿建筑高度共九道外伸臂桁架。 每道外伸臂桁架为连接钢筋混凝土核心筒和超级柱的两层高钢桁架 外伸臂桁架典型构件截面（上下弦杆及斜杆）： 一区到四区：宽翼缘型钢 H1800X1000X100X100 五区到八区：宽翼缘型钢 H1500X800X100X100 九区：宽翼缘型钢 H1000X800X100X100 环带桁架 Belt Truss环带桁架 Belt Truss 环带桁架为两层高钢桁架，将每个区(Zone)内共十二层的重力荷载传递到超级柱上 环带桁架也是外围巨型框架体系的一部分 环带桁架与超级柱刚性连接 环带桁架轴侧图 Isometric View of Belt Truss环带桁架轴侧图 Isometric View of Belt Truss 环带桁架轴侧图 （续） Isometric View of Belt Truss (Cont’d)环带桁架轴侧图 （续） Isometric View of Belt Truss (Cont’d) 重力体系—典型层 GRAVITY SYSTEM—TYPICAL FLOOR重力体系—典型层 GRAVITY SYSTEM—TYPICAL FLOOR 钢梁及压型钢板加钢筋混凝土面层组合楼板体系 超级柱和钢筋混凝土核心筒 重力荷载由八根超级型钢混凝土组合柱，四根型钢混凝土角柱（五区以下）和钢筋混凝土核心筒传递到底部基础 重力体系—设备层 GRAVITY SYSTEM—MEP FLOOR重力体系—设备层 GRAVITY SYSTEM—MEP FLOOR 由钢梁，压型钢板和混凝土组成的体系 在各中庭层布置环形桁架转换来自次级边柱的荷载到八根超级边柱，将重量转移到外伸臂柱来平衡由侧向荷载引起的上拉力 中庭层由一层楼高的楼层桁架支撑 楼面体系 Floor System楼面体系 Floor System 由钢梁，压型钢板和混凝土组成的楼面体系 155mm厚楼板由79mm厚混凝土筑于波高76mm的压型钢板之上 楼面体系（续） Floor System (Cont’d)楼面体系（续） Floor System (Cont’d) 楼板体系特点 不需支模，施工速度快 无需防火层也可满足两小时的防火要求 混凝土与钢梁共同作用，提高承载力 增强楼板刚度，减小梁的挠度 结构控制指标 STRUCTURAL CONTROL PARAMETERS结构控制指标 STRUCTURAL CONTROL PARAMETERS 结构高度 = 560m > 190m（超限） 高宽比 = 6.8 < 7（满足） 立面缩进（满足） 层间刚度比（满足） 轴压比 型钢混凝土超级柱最大轴压比：0.57（满足） 型钢混凝土角柱最大轴压比：0.63（满足） 层间位移角—100年风荷载作用下 最大 = 1/502 < 1/500（满足） 底层 = 1/6000 < 1/2500（满足） 扭转对平面布置影响（满足） P-∆（重力二阶效应）（不需考虑） 设计准则 Design Criteria设计准则 Design Criteria 规范与规程 (Code) 使用年限 (Design Life) 安全等级 (Safety Class) 建筑抗震设防类别 (Earthquake Protection Category) 抗震等级 (Seismic Design Class) 规范与规程 Codes规范与规程 Codes 《建筑结构可靠度设计统一标准》 GB 50068-2001 《建筑抗震设防分类标准》 GB 50223-2004 《建筑结构荷载规范》 GB 50009-2001（2006年版） 《混凝土结构设计规范》 GB 50010-2002 《建筑抗震设计规范》 GB 50011-2001 《高层建筑混凝土结构技术规程》 JGJ 3-2002，J 186-2002 《型钢混凝土组合结构技术规程》 JGJ 138-2001，J 130-2001 《建筑地基基础设计规范》 GB 50007-2002 《建筑桩基技术规程》 JGJ 94-94 《高层建筑箱形与筏形基础技术规范》 JGJ 6-99 上海《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》 DG/TJ 08-015-2005, J 10285-2003 上海《建筑抗震设计规程》 DGJ 08-9-2003，J 10284-2003 上海《钢筋混凝土高层建筑筒体结构设计规程》DGJ 08-31-2001 上海《地基基础设计规范》 DGJ-11-1999 参考的美国规范 Referenced American Codes参考的美国规范 Referenced American Codes American Institute of Steel Construction – Steel Construction Manual (Version 13，2005) American Concrete Institute ACI318-05/318R-05 – Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary American Institute of Steel Construction – Load and Resistance Factor Design of W Shapes Embedded in Concrete (1992) International Building Code (IBC) 2006 使用年限 Design Life使用年限 Design Life 中国规范的标准设计基准期50年 对于上海中心这样重要建筑，使用年限应适当提高。但若所有构件按100年设计，根据中国规范的规定，设计内力至少增加10%~50%。 造价将大幅提高。 使用年限 （续） Design Life (Cont’d)使用年限 （续） Design Life (Cont’d) 因此，Thornton Tomasetti建议： 重要结构构件按100年使用年限设计，具体措施为： 重要性系数 I 取为1.1 按100年一遇风载检验构件强度，阻尼比(Damping Ratio)取为1.5% 按100年一遇风载检验层间位移，阻尼比取为3.5%，层间位移限值取为1/500 抗震设计时，除满足规范要求外，增加设计在中震下（475年一遇地震）不屈服。 非重要构件按50年使用年限设计 安全等级和抗震设防类别 Safety Class and Earthquake Protection Category安全等级和抗震设防类别 Safety Class and Earthquake Protection Category 安全等级： 塔楼的重要结构构件：一级 混凝土核心筒 超级柱 外伸臂桁架 环带桁架 塔楼的其他构件：二级 抗震设防类别：乙类 抗震等级　Seismic Design Class抗震等级　Seismic Design Class 典型楼面荷载 Typ. Floor Loading —根据中国规范，并考虑 IBC2006荷载建议典型楼面荷载 Typ. Floor Loading —根据中国规范，并考虑 IBC2006荷载建议 办公室 酒店 商店 设备 设计风荷载 Design Wind Load设计风荷载 Design Wind Load 风荷载取值依据中国规范《建筑结构荷载规范》GB50009-2001 Wk =  z x s x z x W0 Wk ----------- 垂直于建筑物 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面上的风荷载标准值 (kN/m2)  z ----------- 高度z处的风振系数 s ----------- 风荷载体型系数，取为1.2 z ----------- 风压高度变化系数，查规范表7.2.1，按D类地 面粗糙度考虑 W0 ----------- 基本风压 (kN/m2), 取为0.6 kN/m2 。 风振系数  z = 1 + ξv Ψz /z ξ ----------- 脉动增大系数，按规范条文说明7.4章7.4.2-2 式计算 v ------------ 脉动影响系数，按规范表7.4.4-1及7.4.4-2 Ψz ------------ 振型系数，按规范附录F表F.1.3 设计风荷载 （续） Design Wind Load (Cont’d)设计风荷载 （续） Design Wind Load (Cont’d) 目前风洞试验正在进行中 对于上海中心的风荷载设计，T-T建议： 对于强度设计，按100年一遇风荷载设计，结构阻尼比取为1.5% 对于使用状态下的变形校核，按100年一遇风荷载设计，结构阻尼比取为3.5% 地震荷载 Seismic Load地震荷载 Seismic Load 抗震设防烈度：7度（0.10g） 抗震构造措施按8度设计 场地类别： IV类 场地土特征周期：0.9秒 结构阻尼比：4% 水平地震影响系数最大值： 小震： αmax=0.08m/s² 中震： αmax=0.23m/s² 大震： αmax=0.50m/s² 抗震设计准则 Seismic Design Criteria抗震设计准则 Seismic Design Criteria 根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2001)的规定，建筑抗震设计要满足“三水准”的抗震设防目标，即“小震不坏，中震可修，大震不倒” 小震：50年内超越概率（possibility of being exceeded) 为63.2%，重现期(Return Period)为50年。 中震： 50年内超越概率为10%，重现期为475年。 大震： 50年内超越概率为2~3%，重现期约为2000年。小震不坏 Design for Small (Frequent) Earthquake小震不坏 Design for Small (Frequent) Earthquake 小震（常遇地震）下承载力极限状态强度验算 验算结构的弹性变形：层间变形<1/500 分析采用动力反应谱法(Dynamic Spectrum Analysis)和弹性时程分析法(Elastic Time History Analysis)地震影响系数曲线 Seismic Response Spectrum地震影响系数曲线 Seismic Response Spectrum 根据上海市《建筑抗震设计规程》(DGJ 08-9-2003) ，地震影响系数曲线如下所示： 中震可修 Design for Medium (Occasional) Earthquake中震可修 Design for Medium (Occasional) Earthquake 规范要求通过抗震构造措施满足中震可修的要求 考虑到上海中心项目的重要性，在规范要求的基础上，增加“重要构件中震不屈服”的要求，具体措施为： 地震作用取为中震下的地震作用，约为小震下的三倍 验算结构重要构件（核心筒、超级柱、外伸臂桁架和环带桁架在中震下的强度 材料强度取为强度标准值 荷载组合系数取为1.0 分析采用动力反应谱法(Dynamic Spectrum Analysis)和弹性时程分析法(Elastic Time History Analysis)大震不倒 Design for Large (Rare) Earthquake大震不倒 Design for Large (Rare) Earthquake 进行罕遇地震(Rare Earthquake)下考虑塑性铰(Plastic Hinge)的塑性分析，保证结构不倒塌(Collapse) 验算结构的塑性变形：层间变形<1/100 分析采用静力非线性分析法(Static Nonlinear Pushover Analysis)和动力非线性分析法(Dynamic Nonlinear Analysis) 将在扩初设计阶段完成舒适度准则 Comfort Level舒适度准则 Comfort Level 10年重现期风压下办公楼的结构顶点最大加速度限值: αmax=0.25m/s² 10年重现期风压下酒店的结构顶点最大加速度限值: αmax =0.15m/s² 根据ISO 10137 – Bases for Design of Structures – Serviceability of Buildings and Walkways against Vibrations的要求， 10年重现期风压下酒店的结构顶点最大加速度限值 αmax =0.24m/s² 根据初步分析结果，本设计方案的加速度满足中国规范和ISO 10137的要求。如有必要进一步提高房屋使用的舒适度，可考虑在房屋顶部设置调谐质量阻尼器(TMD)。结 构 分 析 结 构 分 析 结构三维模型视图 结构模态 风荷载作用下结构位移和层间位移角 风荷载作用下结构位移和层间位移角曲线 在常遇地震下结构位移和层间位移角 在常遇地震下结构位移和层间位移角曲线 超高层塔楼间层间位移比的比较 结构体系优化及相关问题讨论 结构三维模型视图 3D Isometric View结构三维模型视图 3D Isometric ViewETABS 模型 MIDAS 模型 结构模态 Mode Shapes结构模态 Mode Shapes模态 1: X向平动 T1= 8.75sec (ETABS) T1= 8.75sec (MIDAS) 模态 2: Y向平动 T2= 8.43sec (ETABS) T2= 8.44sec (MIDAS) 模态 3: 转动 T3= 5.69sec (ETABS) T3= 5.73sec (MIDAS) 风荷载作用下结构位移和层间位移角 Deflection and Drift Summary due to Wind Load风荷载作用下结构位移和层间位移角 Deflection and Drift Summary due to Wind Load风荷载下总基底剪力 Total Base Shear due to Wind Load V = 9,107 ton 在重现期为100年风荷载作用下结构位移和层间位移角曲线 Deflection and Drift Curve due to Wind Load在重现期为100年风荷载作用下结构位移和层间位移角曲线 Deflection and Drift Curve due to Wind Load层间位移角结构位移在常遇地震下结构位移和层间位移角 Deflection and Story Drift Ratio在常遇地震下结构位移和层间位移角 Deflection and Story Drift Ratio结构总重 Total Building Weight W = 852,383 ton 地震荷载下基底剪力 Total Base Shear V = 1.2%xW = 10,229 ton 在常遇地震下结构位移和层间位移角曲线 Deflection and Drift Curve due to Seismic Load在常遇地震下结构位移和层间位移角曲线 Deflection and Drift Curve due to Seismic Load层间位移角结构位移超高层塔楼间层间位移角的比较超高层塔楼间层间位移角的比较超高层塔楼间层间位移角的比较（续）超高层塔楼间层间位移角的比较（续）结构体系优化及相关问题讨论结构体系优化及相关问题讨论九道外伸臂 VS 四道外伸臂 层间位移角 VS 层间剪切位移角 周期8.5秒的讨论 周期与核心筒质量研究 九道外伸臂 VS 四道外伸臂九道外伸臂 VS 四道外伸臂结构位移九道外伸臂 T1=8.75秒 四道外伸臂 T1=9.89秒层间位移角四道外伸臂 （5、7、8、9区） 层间位移角为h/524九道外伸臂 层间位移角为h/502层间位移角 VS 层间剪切位移角层间位移角 VS 层间剪切位移角 层间位移角层间剪切位移角周期8.5秒的讨论周期8.5秒的讨论中国建筑规范没有限制结构的第一周期 世界上其他接近或大于10秒周期的超高层建筑 迪拜塔（807米）11秒 多哈会议中心及塔楼 （550米） 9.4秒 芝加哥螺旋塔楼（620米）17秒 韩国银川塔楼（580米）12秒 目前上海中心大厦第一设计周期 T1=8.75秒 若要减小至8.5秒 超级柱尺寸将加大40%左右 周期8.5秒的讨论（续）周期8.5秒的讨论（续）周期与超级组合柱尺寸关系图底部巨型柱的尺寸增大对结构周期有帮助 含钢率均按4%考虑周期与核心筒质量研究周期与核心筒质量研究核心筒上部结构质量的减小对周期减小有帮助 周期与核心筒质量关系图基础设计 Foundation Design基础设计 Foundation Design 塔楼采用桩筏基础 采用1000mm直径，86米长灌注桩 持力层为（9）- 2 地基勘察报告尚未完成，无法确定桩基承载力及弹簧系数 T-T假设三种桩基承载力进行布桩 基础设计（续） Foundation Design (Cont’d)基础设计（续） Foundation Design (Cont’d) 桩基平面（一）Foundation Plan 单桩承载力 = 8450kN 桩数 = 1051 102m102m3m基础设计（续） Foundation Design (Cont’d)基础设计（续） Foundation Design (Cont’d) 桩基平面（二） 单桩承载力 = 10560kN 桩数 = 839 91m93m3m基础设计（续） Foundation Design (Cont’d)基础设计（续） Foundation Design (Cont’d) 桩基平面（三） 单桩承载力 = 12675kN 桩数 = 703 87m87m3m幕墙支撑结构设计 Design of Curtain Wall Supporting System幕墙支撑结构设计 Design of Curtain Wall Supporting System 带水平支撑的轮辐结构在各个楼层将幕墙的水平风荷载传递到楼板 轮辐结构 水平支撑 幕墙支撑结构设计（续） Design of Curtain Wall Supporting System (Cont’d)幕墙支撑结构设计（续） Design of Curtain Wall Supporting System (Cont’d) 带水平支撑的轮辐结构在各个楼层将幕墙的水平风荷载传递到楼板 水平支撑轮辐结构幕墙支撑结构设计（续） Design of Curtain Wall Supporting System (Cont’d)幕墙支撑结构设计（续） Design of Curtain Wall Supporting System (Cont’d) 吊杆将幕墙自重产生的竖向力传递到机械层 吊杆null谢谢！