上海浦东国际金融大厦结构设计方案（95页）.ppt

1、上海浦东国际金融大厦结构设计上海浦东国际金融大厦结构设计 设计重点设计重点:1.转换层结构转换层结构 2.风荷载取值风荷载取值浦东国际金融大厦照片浦东国际金融大厦照片浦东国际金融大厦设计简介浦东国际金融大厦设计简介工程简介工程简介 上海浦东国际金融大厦为地下上海浦东国际金融大厦为地下3层，地上层，地上53层，屋面以上还有层，屋面以上还有2层设备机房，建筑高算层设备机房，建筑高算至至53层屋面层屋面230米。米。建筑面积共建筑面积共11.4万平方米。万平方米。建筑使用功能建筑使用功能 地下室主要为停车库、设备机房。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、餐厅等商低层部裙房主要为

2、银行、商店、餐厅等商业设施。业设施。中层部分为办公用房。中层部分为办公用房。高层部分为单元办公用房。高层部分为单元办公用房。建筑概况建筑概况:建筑高度建筑高度 230 m建筑层数建筑层数 地上地上 53 层层 地下地下 3 层层标准层层高标准层层高 735层层 3.9 m 3653层层 3.6 m下部标准层平面尺寸（轴线）：下部标准层平面尺寸（轴线）：48x48 m2上部标准层平面尺寸上部标准层平面尺寸(梭子形轴线梭子形轴线)：长轴长轴60.67 m 短轴短轴31.5 m结构类型结构类型 钢钢-砼混合框筒结构砼混合框筒结构建筑面积建筑面积 114,650 m2基础基础 609*14*30000

3、 钢管桩基钢管桩基建筑平面建筑平面建筑立面建筑立面结构简介结构简介 上部结构体系上部结构体系 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，收，使结构沿高度划分为几个部分，1).中层和低层部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；框架低层部为钢骨砼柱，内外的连接为钢梁；2).转换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，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；外部为钢柱

4、，内外连接为钢梁；3).高层部分内部为钢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。筋砼筒体，外部为钢柱，内外之间用钢梁连接。结构体系结构体系低层部标准层平面低层部标准层平面高层部标准层平面高层部标准层平面基础形式基础形式 全钢筋混凝土地下室，地下室底板厚：主楼部分全钢筋混凝土地下室，地下室底板厚：主楼部分3.2米，裙米，裙楼部分楼部分1.5米。米。主楼桩基采用主楼桩基采用609.614钢管桩，桩长钢管桩，桩长30米米,分上下两节。分上下两节。桩尖持力层为桩尖持力层为7（2）层细粉砂土层，桩尖入土深度）层细粉砂土层，桩尖入土深度46米。米。基础设计思想，以选择合适的桩长控制最终沉

5、降量，以及基础设计思想，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。不设沉降逢的设计目标。主要结构材料主要结构材料 混凝土强度：混凝土强度：核心筒核心筒 地下地下B3 地上地上33层层 C50 34层层 顶层顶层 C40 外框柱外框柱 主楼主楼 C50 裙楼裙楼 C40 楼板楼板 C30 地下室地下室 C40钢构件强度：钢构件强度：钢结构框架梁柱：钢结构框架梁柱：fy=330 N/mm2 楼面体系次梁：楼面体系次梁：fy=240 N/mm2钢管桩桩基资料钢管桩桩基资料 钢材材质：低

6、合金钢。钢材材质：低合金钢。钢材强度：钢材强度：fy=355N/mm2 桩经：桩经：609.6 桩长桩长 m）：主楼桩）：主楼桩30，分两节。，分两节。裙楼桩裙楼桩25，分两节。，分两节。桩顶标高（绝对标高）：主楼桩顶标高（绝对标高）：主楼11.80 裙楼裙楼10.10上部结构整体计算分析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。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，分别为计应考虑四个方向，分

7、别为x、y、u、v。计算分析主轴方向计算分析主轴方向结构基本周期结构基本周期 ETABS程序计算结果程序计算结果,前前6个自振周期：个自振周期：1 4.223892 4.039683 1.469104 1.136025 0.636146 0.62524抗风设计抗风设计 建筑高度达建筑高度达230米为超高层建筑，抗风设计已米为超高层建筑，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，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。为此进行模型受风压体形系数规范已无法查找。为此进行模型

8、风压测试风洞试验和采用理论推导计算建筑所受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。构设计的必要前提。风向风向高层高层中底层中底层ss计算宽计算宽ss计算宽计算宽u-uu-u1.41.431.531.51.151.1560.760.7v-vv-v1.21.260.760.71.151.1560.760.7x-xx-x1.41.442.042.01.41.449.549.5y-yy-y1.41.442.042.01.41.449.549.5 以规范公式计算所得风荷载，简称为规范以规范公式计算所得

9、风荷载，简称为规范风力。风力。以风工程理论公式推导所得风荷载以风工程理论公式推导所得风荷载,简称理简称理论风力。论风力。以弹性模型在六分量动态天平实测的值推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。算建筑所得风荷载，简称为风洞试验。层层数数层高层高高度高度规范风力规范风力理论风力理论风力倾覆力矩倾覆力矩倾覆力矩倾覆力矩搂层风力搂层风力每米风力每米风力搂层风力搂层风力每米风每米风力力规范风力规范风力理论风力理论风力503.60197.40704.15195.60651.80181.06138999.21128665.32453.60179.40668.66185.74

10、602.10167.25119957.60108016.74403.60161.40628.22174.51552.50153.47101394.7189173.50353.60143.40591.88164.41499.50138.7584875.5971628.30303.90124.50597.44153.19536.60137.5974381.2866806.70253.90105.00553.37141.89498.50127.8258103.8552342.50203.9085.50482.67123.76446.80114.5641268.2938201.40153.9066.0

11、0427.22109.54384.3098.5428196.5225363.80103.9046.50368.7994.56320.9082.2817148.7414921.8554.0027.00308.5377.13355.6090.038330.319601.2016.006.00252.2942.0581.6014.841513.74489.60合合计计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

12、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，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、倾覆在不同屋顶风速时的基底剪力、倾覆力矩、纽矩。力矩、纽矩。见下表：见下表：基底剪力基底剪力 规范风力规范风力/理论风力理论风力/风洞试验风洞试验=30885/27881/26090=1/0.9/0.75倾覆力矩倾覆力矩 规范风力规范风力/

13、理论风力理论风力/风洞试验风洞试验=4348602/3798741/3555500=1/0.87/0.82 抗震设计抗震设计 多遇地震作用下的结构计算分析采用振型分解反应谱法，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。分别计算四个地震方向。设计地震荷载按上海市标准设计地震荷载按上海市标准建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范（DBJ08-9-92）确定。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，最大加速度为速度为220gal，持时，持时30秒。地震波取用秒。地震波取用ELCENTRO、TAFT、SHANGHAI人

14、工波等波。人工波等波。计算位移计算位移 采用采用ETABS程序进行计算分析，风荷作用程序进行计算分析，风荷作用和地震作用下的位移计算值：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风荷作用位移，最大层间位移发生在4649层为层为1/530。地震作用下位移地震作用下位移，最大层间位移发生在，最大层间位移发生在5253层为层为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,y v 转角 PF 5.0 226.1 20.10 1/781 0.1857 26.26 1/553 50 3.6 193.8 1

15、6.10 1/766 0.1453 20.55 1/542 45 3.6 175.8 13.77 1/766 0.1214 17.17 1/542 40 3.6 157.8 11.48 1/818 0.0983 13.90 1/592 35 3.6 139.8 9.42 1/947 0.0788 11.14 1/727 30 3.9 120.6 7.53 1/1114 0.0621 8.78 1/951 25 3.9 101.1 5.85 1/1182 0.0484 6.84 1/1022 20 3.9 81.6 4.26 1/1258 0.0352 4.98 1/1103 15 3.9 62

16、.1 2.80 1/1444 0.0230 3.25 1/1254 10 3.9 42.6 1.55 1/1773 0.0126 1.78 1/1532 5 7 23.0 0.60 1/2593 0.0046 0.65 1/2357 规范风荷载下计算位移曲线规范风荷载下计算位移曲线 x、v两个方向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 PF 5 226.1 18.87 1/641 15.30 1/1136 10.82 1/1613 13.34 1/909 50

17、 3.6 193.8 14.41 1/643 12.72 1/1125 9.00 1/1565 10.19 1/900 45 3.6 175.8 11.71 1/720 11.09 1/1125 7.84 1/1565 8.28 1/1029 40 3.6 157.8 9.38 1/878 9.49 1/1161 6.71 1/1636 6.63 1/1286 35 3.6 139.5 7.58 1/1161 7.98 1/1286 5.65 1/1714 5.36 1/1636 30 3.9 120.6 6.07 1/1500 6.52 1/1393 4.61 1/2053 4.29 1/2

18、167 25 3.9 101.1 4.78 1/1560 5.16 1/1500 3.65 1/2053 3.38 1/2167 20 3.9 81.6 3.55 1/1625 3.87 1/1560 2.74 1/2167 2.51 1/2294 15 3.9 62.1 2.39 1/1773 2.66 1/1696 1.88 1/2438 1.69 1/2600 10 3.9 42.6 1.36 1/2167 1.56 1/1950 1.10 1/2786 0.96 1/3250 5 7 23.0 0.54 1/3182 0.64 1/2593 0.45 1/3684 0.38 1/437

19、5 地震作用下地震作用下V、U两个方向的位移曲线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风荷载所产生的倾覆力矩在外圈柱上生成了最大为了最大为443t的附加轴力，与长期柱轴的附加轴力，与长期柱轴力力1873t相比，只为其相比，只为其1/4.2。地震作用下倾覆力矩在外圈柱上产生的最地震作用下倾覆力矩在外圈柱上产生的最大附加轴力为大附加轴力为308t，为长期柱轴力，为长期柱轴力1873t的的1/6.1。罕遇地震作用下的结构分析为抗震设计的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，最大加速度第二阶段，采用时程分析法，最大加速度为为220gal，持时取为，持时取为30

20、秒。所用地震波为秒。所用地震波为ELCENTRO波、波、TAFT波和波和SHANGHAI BDJ波。波。时程分析的结果中，上海人工地震波时程分析的结果中，上海人工地震波SHANGHAI BDJ的地震效应最大。的地震效应最大。U方向的最大层间变形角发生在方向的最大层间变形角发生在54层，为层，为1/120。V方向的最大层间变形角发生在方向的最大层间变形角发生在46层，为层，为1/134，均小于控制值均小于控制值1/70。转换层结构分析转换层结构分析 金融大厦体形变化很大，由下部的正方形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，从平面变成上部的梭子形平面，从23层到层到30层为

21、过渡层，从正方形对角线向中间逐层层为过渡层，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，需设置度。外圈框架柱上下无法对齐，需设置结构转换层。结构转换层。转换层的结构形式一般可以有两种转换层的结构形式一般可以有两种形式选择形式选择：巨大桁架承托转换巨大桁架承托转换斜柱框架转换斜柱框架转换巨大桁架承托转换巨大桁架承托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。

22、置会影响建筑设计及空间使用。主要特点主要特点变形小，主要构架变形为构件轴心变形引变形小，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。起。构件的弯曲变形为构架的次要变形。不平衡力适应性好。不平衡力适应性好。需控制构件长度。需控制构件长度。斜柱框架转换斜柱框架转换 框架式结构变形大，控制构架变形主框架式结构变形大，控制构架变形主要为构件抗弯特性及构架节点刚度决定，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。在不平衡力作用下变形大，结构稳定性差。斜柱框架转换斜柱框架转换 实际工程中结构为框筒结构，平面中央实际工程中结构为框筒结构，平面中央有钢筋混凝土

23、剪力墙筒体，其抗变形能力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。力强的特点，外圈框架柱为斜柱框架结构。计算分析计算分析 由于转换层部位，斜柱框架受力的复杂由于转换层部位，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。性是金融大厦结构设计的重要内容。空间分析空间分析 采用采用

24、ETABS程序，对结构进行截段分析。程序，对结构进行截段分析。对对22层层39层转换层部分进行竖向荷载下层转换层部分进行竖向荷载下受力状况计算。受力状况计算。截段计算整体模型截段计算整体模型 平面框架分析平面框架分析 采用采用SAP90计算程序，分析转换层的斜柱计算程序，分析转换层的斜柱框架的构件受力。框架的构件受力。平面框架示意平面框架示意 结构计算分析基本假定：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。开始层的楼面水平度。转换层截段计算结果分析转换层截

25、段计算结果分析：（1）平面框架计算结果各构件内力很大。）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。）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置看，竖向荷载作用下主要是平）从结构形式及结构布置看，竖向荷载作用下主要是平 面框架，对于外围框架的作用很小，可不予考虑。面框架，对于外围框架的作用很小，可不予考虑。(4)解析结果表明转换层部分，外框柱的轴向力在与斜柱解析结果表明转换层部分，外框柱的轴向力在与斜柱 转折处，转折处，梁的剪力、弯矩都相当的大梁的剪力、弯矩都相当的大。(5)无论框架梁柱节点，还是梁墙节点都承担了相当大的无论

26、框架梁柱节点，还是梁墙节点都承担了相当大的 弯矩剪力。为保证整个框架的成立，及控制不使节点弯矩剪力。为保证整个框架的成立，及控制不使节点 变形过大，节点设计及节点的施工质量之关重要。变形过大，节点设计及节点的施工质量之关重要。(6)对斜柱框架在上转折点楼层处，该梁的设计是非一般对斜柱框架在上转折点楼层处，该梁的设计是非一般 的受弯构件，而是压弯构件。该区域楼面荷载必须严的受弯构件，而是压弯构件。该区域楼面荷载必须严 格控制，格控制，避免梁的压弯失稳破坏。避免梁的压弯失稳破坏。构件计算简图构件计算简图浦东国际金融大厦部分结构施工图浦东国际金融大厦部分结构施工图底部结构标准层施工图底部结构标准层施

27、工图 开始转换层结构施工图开始转换层结构施工图 转换中间层结构施工图转换中间层结构施工图 上部结构标准层施工图上部结构标准层施工图 转换层结构局部施工图转换层结构局部施工图 浦东国际金融大厦风洞浦东国际金融大厦风洞试验试验 试验目的试验目的:(1).本建筑形体复杂本建筑形体复杂,规范没有此种规范没有此种 体形系数体形系数.(2).本建筑为超高层建筑本建筑为超高层建筑,规范风荷规范风荷 载高度系数与实际有偏差载高度系数与实际有偏差.试验内容试验内容:(1).刚性模型建筑物表面风压测试刚性模型建筑物表面风压测试.(2).气弹性模型建筑物受风力和倾覆力气弹性模型建筑物受风力和倾覆力 测试测试.流场模

28、拟流场模拟 实验在均匀流和大气边界层流两种不同的流场中进行，以实验在均匀流和大气边界层流两种不同的流场中进行，以比较两种不同流场中测得的体型系数的差别。比较两种不同流场中测得的体型系数的差别。均匀流场，无需进行特殊的模拟，风速从地面沿垂直高度均匀流场，无需进行特殊的模拟，风速从地面沿垂直高度为同一数值。均匀流场不模拟气流的脉动，只要测时间平为同一数值。均匀流场不模拟气流的脉动，只要测时间平均值。均值。大气边界层气流，由于大气边界层气流的脉动，所以除了大气边界层气流，由于大气边界层气流的脉动，所以除了测量时间平均值之外，还测量了相应与测量时间平均值之外，还测量了相应与1秒钟的瞬间值，秒钟的瞬间值，并模拟城市并模拟城市B类地貌，类地貌，气弹性模型气弹性模型刚性模型刚性模型风洞试验风洞试验浦东国际金融大厦施工现场浦东国际金融大厦施工现场施工进度前后关系施工进度前后关系钢梁与砼核心筒钢梁与砼核心筒体联接节点板体联接节点板钢梁与砼核心筒钢梁与砼核心筒体联接体联接钢管斜柱、梁钢管斜柱、梁节点节点转转换换层层钢钢结结构构施施工工现现场场转换层钢结构转换层钢结构施工现场施工现场转换层钢结构转换层钢结构施工现场施工现场斜钢管柱、钢梁、斜钢管柱、钢梁、砼核心筒体三者砼核心筒体三者关系。关系。谢 谢 !