超高層建筑結(jié)構(gòu)案例分析-天津高銀117大廈

天津高銀117大廈建筑高高597m，為我國(guó)單單體面積最最大的民用用建筑。近近日，天津津高銀117大廈第三道道桁架層最最后一段巨巨型桁架上上弦3SHJ-11吊裝就位，，標(biāo)志著天天津高銀117大廈第三道道即首道雙雙層桁架順順利合龍。。本文將介介紹天津高高銀117大廈結(jié)構(gòu)體體系和基礎(chǔ)礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的的重點(diǎn)問(wèn)題題。本工程結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)單位位為奧雅納納工程顧問(wèn)問(wèn)和華東建建筑設(shè)計(jì)院院有限公司司。奧雅納納工程顧問(wèn)問(wèn)完成結(jié)構(gòu)構(gòu)方案和初初步設(shè)計(jì)及及結(jié)構(gòu)超限限審查，容容柏生事務(wù)務(wù)所作為項(xiàng)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)顧顧問(wèn)并同時(shí)時(shí)負(fù)責(zé)第三三方彈塑性性時(shí)程分析析。（本工工程已于2010年10月通過(guò)了全全國(guó)及天津津市超限高高層建筑工工程抗震設(shè)設(shè)防審查專(zhuān)專(zhuān)家委員會(huì)會(huì)的聯(lián)合審審查）單體面積最最大民用建建筑-高597m天津117大廈結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)超高層建筑筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)案例分析析高銀117大廈位于天天津市高新新區(qū)地塊發(fā)發(fā)展項(xiàng)目之之中央商務(wù)務(wù)區(qū)，為一一幢寫(xiě)字樓樓為主附有有酒店及相相關(guān)設(shè)施的的大型超高高層建筑，，總建筑面面積約37萬(wàn)m2，建筑高高度約為為597m（至頂部部停機(jī)坪坪），地地上117層。塔樓樓平面為為正方形形，外形形隨高度度變化，，各層周周邊建筑筑輪廓隨隨著斜外外立面逐逐漸變小小，塔樓樓首層建建筑平面面尺寸約約65m××65m（幕墻邊邊），漸漸變至頂頂層時(shí)平平面尺寸寸約45m××45m。中央混混凝土核核心筒為為矩形，，平面尺尺寸約37m××37m，主要用用作高速速電梯、、設(shè)備用用房和服服務(wù)用房房。1.工程概況況結(jié)構(gòu)典型型平面布布置圖結(jié)合工程程經(jīng)濟(jì)性性充分發(fā)發(fā)揮鋼與與混凝土土兩種材材料的優(yōu)優(yōu)勢(shì)，對(duì)對(duì)于外框框筒依次次考慮了了密柱結(jié)結(jié)構(gòu)（含含伸臂桁桁架和腰腰桁架加加強(qiáng)層））、巨型型框架和和密柱（（人字支支撐或菱菱形撐））、巨型型框架（（含轉(zhuǎn)換換桁架和和支撐））結(jié)構(gòu)，，最終采采用的多多重結(jié)構(gòu)構(gòu)抗側(cè)力力體系。。如下圖圖所示，，分別由由鋼筋混混凝土核核心筒、、帶有巨巨型支撐撐筒、巨巨型框架架構(gòu)成的的周邊結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)成成了多道道設(shè)防的的結(jié)構(gòu)體體系，提提供了強(qiáng)強(qiáng)大的側(cè)側(cè)向剛度度，共同同抵抗水水平地震震及風(fēng)荷荷載。2.結(jié)構(gòu)體系系布置與與構(gòu)件設(shè)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)體系系三維示示意圖2.結(jié)構(gòu)體系系布置與與構(gòu)件設(shè)設(shè)計(jì)多重抗側(cè)側(cè)力體系系示意圖圖由于建筑筑方面弱弱化交叉叉支撐的的視覺(jué)效效果要求求，避免免斜支撐撐及邊梁梁柱相互互交叉導(dǎo)導(dǎo)致的傳傳力路徑徑不清晰晰，設(shè)計(jì)計(jì)中采取取了將斜斜撐與周周邊次框框架在平平面上錯(cuò)錯(cuò)開(kāi)的方方案，兩兩者相對(duì)對(duì)獨(dú)立。。2.結(jié)構(gòu)體系系布置與與構(gòu)件設(shè)設(shè)計(jì)巨型框架架與巨型型支撐連連接空間間示意圖圖巨型柱位位于建筑筑物平面面四角并并貫通至至結(jié)構(gòu)頂頂部，在在各區(qū)段段分別與與水平桿桿、轉(zhuǎn)換換桁架及及巨型斜斜撐連接接。其平平面輪廓廓結(jié)合建建筑及結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)造造連接要要求，呈呈六邊菱菱形，底底部截面面約為45m2，沿高度度并配合合建筑要要求分多多段內(nèi)收收，外側(cè)側(cè)平齊，，頂部樓樓層約為為5.4m2。2.結(jié)構(gòu)體系系布置與與構(gòu)件設(shè)設(shè)計(jì)底部典型型樓層45m2巨型角柱柱截面構(gòu)構(gòu)造示意意3.1樓層剪力和和剪重比小震和風(fēng)荷荷載作用下下底部剪力力如下圖所所示。地震震作用為本本工程的主主控荷載，，由于加速速度反應(yīng)譜譜在長(zhǎng)周期期段下降較較多，計(jì)算算剪力無(wú)法法滿(mǎn)足剪重重比的要求求，結(jié)構(gòu)位位移和地震震內(nèi)力均需需相應(yīng)調(diào)整整。3.整體性能彈彈性分析結(jié)結(jié)果樓層剪力和和小震剪重重比分布圖圖3.2小震彈性時(shí)時(shí)程分析小震分析采采用了七組組強(qiáng)震加速速度記錄作作為動(dòng)力時(shí)時(shí)程分析的的地震波輸輸入，下圖圖是小震彈彈性時(shí)程對(duì)對(duì)應(yīng)地震影影響系數(shù)曲曲線與規(guī)范范對(duì)比。在在波形的選選擇上，除除有效峰值值、持續(xù)時(shí)時(shí)間、頻譜譜特性等方方面的要求求外，還要要滿(mǎn)足底部部剪力及高高階振型方方面的相關(guān)關(guān)要求。3.整體性能彈彈性分析結(jié)結(jié)果小震彈性時(shí)時(shí)程對(duì)應(yīng)地地震影響系系數(shù)曲線與與規(guī)范對(duì)比比整體性能評(píng)評(píng)估從彈塑塑性層間位位移角、剪剪重比、結(jié)結(jié)構(gòu)頂部位位移和底部部剪力時(shí)程程曲線、塑塑性發(fā)展過(guò)過(guò)程及塑性性發(fā)展的區(qū)區(qū)域來(lái)評(píng)估估。構(gòu)件評(píng)評(píng)估從構(gòu)件件塑性變形形與塑性變變形限制值值的大小關(guān)關(guān)系，關(guān)鍵鍵部位的關(guān)關(guān)鍵構(gòu)件塑塑性變形情情況來(lái)對(duì)結(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)評(píng)估。7條時(shí)程波在在彈塑性動(dòng)動(dòng)力分析中中，結(jié)構(gòu)整整體指標(biāo)均均滿(mǎn)足規(guī)范范1/100的要求。4.罕遇地震彈彈塑性時(shí)程程分析罕遇地震彈彈塑性動(dòng)力力時(shí)程分析析結(jié)構(gòu)整體體層間位移移角塔樓共設(shè)四四層地下室室。巨型支支撐延伸至至地下層1，其余抗側(cè)側(cè)力結(jié)構(gòu)從從上部延伸伸至地下室室并支承于于基礎(chǔ)筏板板。由于上上部結(jié)構(gòu)重重力荷載大大，基礎(chǔ)滿(mǎn)滿(mǎn)堂布樁時(shí)時(shí)基礎(chǔ)筏板板已超出塔塔樓范圍。?；A(chǔ)筏板板為正方形形，邊長(zhǎng)86.2m，厚度6.5m（初步設(shè)計(jì)計(jì)7.5m）。地下室室外墻采用用地下連續(xù)續(xù)墻，“兩兩墻合一””兼做基坑坑圍護(hù)和永永久使用階階段的外墻墻。B1層以下高度度在巨柱與與核心筒剪剪力墻之間間布置翼墻墻，使上部部傳遞下來(lái)來(lái)的荷載更更加均勻地地?cái)U(kuò)散至筏筏板和樁基基，同時(shí)增增強(qiáng)筏板的的抗沖切承承載力。計(jì)計(jì)算分析表表明，翼墻墻承擔(dān)了巨巨柱30%的豎向荷載載。5.基礎(chǔ)布置基礎(chǔ)筏板平面面根據(jù)規(guī)范要求求，當(dāng)采用樁樁基礎(chǔ)時(shí)，高高層建筑基礎(chǔ)礎(chǔ)埋深一般不不小于結(jié)構(gòu)高高度的1/18。實(shí)際上，規(guī)規(guī)范的要求是是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值值，只要滿(mǎn)足足地基承載力力、穩(wěn)定性要要求以及塔樓樓的整體抗傾傾覆（基底底底面反力不出出現(xiàn)零應(yīng)力區(qū)區(qū)）以及抗滑滑移要求，埋埋深要求可適適當(dāng)放松。部部分已建成的的國(guó)內(nèi)外超高高層建筑的基基礎(chǔ)埋深也反反映了這一趨趨勢(shì)。6.基礎(chǔ)埋深部分超高層建建筑基礎(chǔ)埋深深表表1工程名稱(chēng)結(jié)構(gòu)高度/m基礎(chǔ)埋深/m結(jié)構(gòu)高度/基礎(chǔ)埋深上海環(huán)球金融中心49221.3523.0天津高銀117大廈587.525.8522.7廣州西塔4322021.6臺(tái)北10144822.320.1香港環(huán)球貿(mào)易廣場(chǎng)48425.519.0上海中心58031.418.4迪拜塔8281555.2希爾斯大廈44213.732.2從設(shè)計(jì)、審批批、施工可行行性以及經(jīng)濟(jì)濟(jì)性等幾個(gè)方方面綜合考慮慮，決定采用用灌注樁方案案。塔樓上部部結(jié)構(gòu)荷載分分布不均，核核心筒區(qū)域和和4根巨柱豎向荷荷載較大。在在水平罕遇地地震作用下，，邊樁出現(xiàn)拉拉力?；谕镣僚c基礎(chǔ)共同同作用的樁頂頂反力分析結(jié)結(jié)果，工程樁樁采用三種不不同縱筋配置置的樁型，有有效樁長(zhǎng)均為為76.5m，詳見(jiàn)下表。。7.樁型選擇工程樁樁型表表2樁型樁數(shù)量配筋（HRB400）承載力特征值/kN127724T4016500246818T4015000319612T4013000采用《建筑樁基技術(shù)術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）的等效實(shí)體體深基礎(chǔ)法對(duì)對(duì)樁基沉降進(jìn)進(jìn)行估算，考考慮沉降經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)系數(shù)后，豎豎向荷載長(zhǎng)期期效應(yīng)組合下下基礎(chǔ)的最大大沉降量約為為160mm。為研究上部部結(jié)構(gòu)對(duì)筏板板變形和內(nèi)力力的影響，建建立了3個(gè)有限元模型型，如下圖所所示。從計(jì)算算分析結(jié)果來(lái)來(lái)看，3個(gè)模型的筏板板最大沉降值值分別為162，132和129mm，最小沉降值值分別為41，82和84mm。模型1的最大沉降值值以及沉降差差（不均勻沉沉降）是3個(gè)模型中最大大的，模型2和模型3的筏板沉降曲曲線分布和最最大沉降值差差異較小。8.基礎(chǔ)筏板板內(nèi)力分分析不同模型型的筏板板應(yīng)力圖圖塔樓巨柱柱承擔(dān)了了近50%的上部結(jié)結(jié)構(gòu)豎向向荷載。。在水平平地震作作用下，，由巨柱柱和支撐撐組成的的外筒承承擔(dān)的底底層剪力力占基底底總剪力力的65%，底層傾傾覆力矩矩占基底底總傾覆覆力矩的的80%。典型巨巨柱在各各荷載工工況下的的軸力分分布如圖圖所示。。9.巨柱柱腳腳構(gòu)造巨柱軸力力分布巨柱是主主體結(jié)構(gòu)構(gòu)體系的的關(guān)鍵構(gòu)構(gòu)件之一一，因此此巨柱的的柱腳構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)計(jì)尤為重重要。巨巨柱柱腳腳的設(shè)計(jì)計(jì)目標(biāo)同同巨柱，，即中震震彈性和和大震不不屈服。。根據(jù)荷荷載組合合分析，，只有大