上海剪力墻筒體結(jié)構(gòu)超高層大廈結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計研究

1、罷上海中心結(jié)構(gòu)傲抗震設(shè)計研究工程介紹辦坐落于浦東陸熬家嘴商業(yè)中心按區(qū)的上海中心暗大廈是一幢綜敖合性超高層建頒筑，其功能區(qū)般域包括辦公、安商業(yè)、酒店、霸觀光娛樂、會熬議中心和交易吧六大功能區(qū)域巴，具體分為大辦眾商業(yè)娛樂區(qū)耙域，低、中高版檔辦公區(qū)域，柏企業(yè)會館區(qū)域敗，精品酒店區(qū)鞍域，頂部功能把體驗空間等。礙地上可容許建壩筑面積（安FAR吧）大約為扳380艾，拜000盎平米。其中包靶括地上捌120瓣層辦公樓層（案塔尖高度為板632凹米，結(jié)構(gòu)高度俺574.6米頒），還包括一隘個芭5斑層的商業(yè)裙樓哎用作奢侈品零拔售，辦公和酒疤店大堂，飯店笆，會議和宴會叭等。此外，白5骯層地下部分設(shè)罷計用作零售、瓣泊車、

2、保養(yǎng)和跋機電功能。筒體結(jié)構(gòu)Zone 8Zone 7Zone 6Zone 5Zone 4Zone 3Zone 2Zone 1BasementZone 9巨型柱加強層巨型柱核心筒巨型角柱外伸臂桁架帶狀桁架癌上海中心采用埃中心混凝土剪岸力墻筒體結(jié)構(gòu)艾，通過8個加靶強層，與巨型扮型鋼混凝土超傲級柱相連接，扒并同時將整個敗建筑沿高度方岸向分為了9個胺區(qū)段。（Zo伴ne1 to敖 Zone 稗9）通過筒體岸結(jié)構(gòu)與巨型柱按的共同作用，案承受豎向荷載拜、水平側(cè)向力挨以及地震荷載板。加強層由空辦間的外伸臂桁襖架、帶狀桁架版、以及空間桿胺件體系和樓板隘組成，帶狀桁捌架將外圍的八笆根（上部區(qū)域隘四根）巨型柱岸圈成一

3、體，外唉伸臂桁架則將半巨型柱與核心氨筒聯(lián)系在一起絆，傳遞水平以敗及豎向荷載。挨上海中心結(jié)構(gòu)把體系復(fù)雜：挨結(jié)構(gòu)高度及高斑寬比都超過敖高層建筑混凝搬土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)敗程（JGJ疤3-2002俺）的規(guī)定限值板；伴結(jié)構(gòu)類型為混挨合結(jié)構(gòu)。中心襖為核心筒體，岸與外部四個巨凹型柱以及四個百巨型角柱構(gòu)成唉結(jié)構(gòu)主體；通捌過外伸臂將核安心筒與巨型柱扒聯(lián)系在一起；拌通過帶狀桁架芭將巨型柱圍成盎整體；帶狀桁熬架采用鋼桁架氨；巨型柱采用埃型鋼混凝土。阿沿結(jié)構(gòu)高度方版向按每一個加耙強層設(shè)置一道拜外伸臂桁架。稗伸臂桁架采用昂兩層高的鋼桁白架。啊沿結(jié)構(gòu)高度方叭向按每一個加霸強層設(shè)置一套哀帶狀桁架，把胺外圍柱子的荷頒載傳遞給巨型啊

4、柱。捌建筑物采用了版多重抗側(cè)力體扒系。壩鑒于此為了確隘保該建筑結(jié)構(gòu)扒的抗震安全性般和可靠性，除白進行常規(guī)的計巴算分析、有效哀的設(shè)計手段和藹構(gòu)造措施外，白應(yīng)當(dāng)對該結(jié)構(gòu)伴進行基于性態(tài)跋的抗震設(shè)計研骯究，通過非線瓣性有限元手段拌，更深入、直擺觀、全面地研盎究該結(jié)構(gòu)的抗擺震性能。抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)疤中國國家標(biāo)準(zhǔn)板建筑抗震設(shè)扳計規(guī)范（G跋B50011捌-2001）百采用“小震不般壞、中震可修搬、大震不倒”隘的設(shè)防目標(biāo)，捌其對應(yīng)于“小熬震、中震、大隘震”三個地震礙水準(zhǔn)的發(fā)生概奧率，50年超阿越概率分別為跋63、10叭和23唉。罷本工程所處地邦區(qū)中國上海市哀的抗震設(shè)防烈稗度為7度。根藹據(jù)中國國家標(biāo)芭準(zhǔn)建筑抗震疤設(shè)

5、防分類標(biāo)準(zhǔn)疤（GB50隘223），該昂建筑物的重要芭性等級為乙類骯，即在地震時邦其使用功能不瓣能中斷或需盡板快恢復(fù)的建筑捌。因此該建筑把物的地震作用懊按7度考慮，隘抗震構(gòu)造措施芭按8度考慮。半7度小震、中敗震、大震和8半度大震所對應(yīng)般的地震地面加鞍速度分別為3阿5gal、1敗00gal、啊220gal盎、400ga哎l。扒上海屬于軟土盎地基，場地類壩別為頒奧類，對應(yīng)的場骯地特征周期為搬0.9擺S叭。骯鑒于該工程的拌重要性和復(fù)雜按性，除滿足現(xiàn)傲行設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)外扒，特制定其抗鞍震性能水準(zhǔn)如襖下：靶（1）7度小八震和中震作用頒下，結(jié)構(gòu)基本翱處于彈性狀態(tài)氨，結(jié)構(gòu)完好無敗損傷；佰（2）7度大澳震作用下，結(jié)皚

6、構(gòu)構(gòu)件允許開辦裂，但開裂程拜度控制在可修奧復(fù)的范圍內(nèi)，扮開裂部位在可案控制的范圍內(nèi)芭，主要抗側(cè)力稗體系（巨型框扮架，巨型斜撐俺）在按標(biāo)準(zhǔn)強奧度計算時不屈八服。按（3）在8度把大震作用下，氨結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)藹嚴(yán)重的破壞，熬但不能倒塌。柏拔借助非線性有翱限元分析軟件礙Perfor霸m-3D對建昂筑的主體結(jié)構(gòu)拜進行推覆分析般、地震作用下胺的時程分析，拌從而實現(xiàn)對結(jié)吧構(gòu)抗震性能的把分析。結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)扮（1）7度小藹震和中震下的矮結(jié)構(gòu)彈性狀態(tài)耙層間位移角不稗大于1/50啊0，理論分析耙和模型試驗中瓣結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)裂隘縫，鋼筋應(yīng)力斑不超過屈服強昂度，混凝土壓笆應(yīng)力不超過抗奧壓強度的1/絆3，在地震作靶用后結(jié)構(gòu)變形

7、?；净謴?fù)，節(jié)隘點處在彈性狀哀態(tài)，地震作用笆后的結(jié)構(gòu)動力哀特性與彈性狀襖態(tài)的動力特性鞍基本一致。艾（2）7度大壩震下結(jié)構(gòu)開裂皚程度和范圍的瓣控制班層間彈塑性位鞍移角不大于1笆/100，巨瓣型框架、斜撐巴、伸臂等主要敗抗側(cè)力結(jié)構(gòu)出按現(xiàn)輕微損壞和捌輕微裂縫，局八部區(qū)域允許構(gòu)澳件內(nèi)鋼筋屈服昂；R.C.核頒心筒允許開裂瓣，但開裂處鋼伴筋不屈服，按拔材料強度標(biāo)準(zhǔn)哎值計算的R.八C.核心筒的爸受剪承載力大挨于7度大震的絆彈性地震剪力疤；樓層梁端可疤以出現(xiàn)塑性鉸絆，拉區(qū)鋼筋屈扳服但未進入強唉化階段，壓區(qū)頒混凝土應(yīng)變小笆于極限壓應(yīng)變藹；主要抗側(cè)力搬構(gòu)件的節(jié)點未芭出現(xiàn)明顯開裂矮且應(yīng)力未達到襖屈服狀態(tài)。白（3）8

8、度大按震下結(jié)構(gòu)不發(fā)巴生倒塌耙主要抗側(cè)力構(gòu)按件開裂嚴(yán)重，敖壓區(qū)和拉區(qū)鋼白筋基本屈服，敖有一些已進入癌強化階段，壓哀區(qū)混凝土應(yīng)變拌接近其極限壓敖應(yīng)變；主要節(jié)耙點進入屈服狀襖態(tài)但不脫落。罷地震烈度吧頻遇地震傲（小震）奧設(shè)防烈度地震礙（中震）拌罕遇地震阿（大震）矮性能水平定性扮描述版不損壞吧可修復(fù)損壞拌無倒塌疤結(jié)構(gòu)工作特性佰彈性敖不屈服，允許跋少數(shù)次要把或耗能骯構(gòu)件屈服懊允許進入塑性頒，控制薄弱層癌位移版層間位移角限百值佰h/5耙00半h/吧200敖h/100絆構(gòu)件性能俺核心筒墻般按規(guī)范要求設(shè)跋計，保持彈性爸壓彎驗算按中澳震不屈服，剪巴力驗算按中震霸彈性，整體受擺剪保持彈性啊允許進入塑性翱，控制塑性變

9、絆形扒，底部加強區(qū)拜不進入塑性凹巨叭柱邦按規(guī)范要求設(shè)瓣計，保持彈性捌驗算按中震彈敖性，整體受剪哀保持彈性澳允許進入塑性埃，嚴(yán)格控制塑岸性變形暗環(huán)形桁架板按規(guī)范要求設(shè)哎計，保持彈性稗驗算按中震彈壩性，整體受剪半保持彈性辦允許進入塑性罷，嚴(yán)格控制塑爸性變形罷連梁拌按規(guī)范要求設(shè)瓣計，保持彈性板允許進入塑性隘即截面彎曲屈拌服，吸收部分鞍地震能量，但罷不允許剪切破案壞。鞍（百扮m靶ax=奧0.24的地拜震作用下，連白梁不屈服，八俺m懊ax=扒0.32的地矮震作用下，連板梁不發(fā)生扳剪切破壞瓣)*耙允許進入塑性斑，控制塑性變罷形，不得脫落靶，最大塑性角艾小于1/50結(jié)構(gòu)模型信息跋4.1 結(jié)構(gòu)辦總模型信息佰上

10、海中心原有斑設(shè)計為地面以昂上9個區(qū)塊，艾共計126層骯。由于結(jié)構(gòu)非拜線性分析耗費扮大量的計算機敖時間。因此對瓣將對主體結(jié)構(gòu)白進行一定的簡哀化，從而完成案結(jié)構(gòu)的非線性柏推覆以及時程鞍分析。Per敖form3D巴模型中簡化后暗保留的樓層如盎下：阿區(qū)段扳 哀 拌 搬樓層百中部樓層跋結(jié)構(gòu)加強層M哀EP挨Zone 1斑2, 3, 胺4, 5隘6, 7, 鞍8靶Zone 2盎14跋20, 21氨, 22癌Zone 3跋29百35, 36懊, 37皚Zone 4皚44按50, 51伴, 52熬Zone 5稗57，62百66, 67安, 68艾Zone 6哎75藹82, 83笆, 84巴Zone 7哎92敗9

11、9, 10埃0, 101埃Zone 8藹109壩116, 1敖17, 11稗8扒Zone 9奧120, 1按23, 12絆5b, 12奧6埃水平面上假定俺樓板剛度無窮俺大，并且將荷壩載全部導(dǎo)算至叭節(jié)點處。因此巴建模過程中不翱考慮樓板以及氨相應(yīng)的次梁，搬僅對主要構(gòu)件昂進行建模以及阿定義。簡化后啊模型擁有40白層，節(jié)點40柏54個，構(gòu)件把種類包括：非半線性條帶混凝頒土梁構(gòu)件、非耙線性條帶混凝扳土柱構(gòu)件、非辦線性已有截面爸型鋼構(gòu)件（梁按、柱）、非線隘性自定義截面胺型鋼構(gòu)件（梁般、柱）、非線案性條帶剪力墻皚構(gòu)件等；材料耙種類包括：混吧凝土(C35扳, C50,般 C60, 罷C70, C百80)，以及

12、拌鋼 Q345案。Perfo敖rm3D 模擺型結(jié)構(gòu)如圖1背所示：H1H2頒4.2 材料凹信息混凝土0.51.0氨根據(jù)混凝土半結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范挨條文說明-安附錄C.2所斑規(guī)定的混凝土八非線性應(yīng)力應(yīng)暗變關(guān)系，如圖骯1 所示，其啊中笆曲線的參數(shù)值霸，即峰值壓應(yīng)柏變 (俺c跋) 、上升段佰和下降段參數(shù)斑(矮a藹、辦d敖) 、下降段捌應(yīng)變 (唉u靶) 等都隨混耙凝土的單軸抗吧壓強度值(霸f靶*芭c斑、N/mm版2凹) 而變化，白計算式如下：艾，本文中礙f邦*胺c矮取混凝土抗壓癌強度的標(biāo)準(zhǔn)值凹。擺Perfor襖m3D中對混吧凝土的本構(gòu)曲挨線采用如下形癌式：FRFUDLDRDXK0F=stress D=stra

13、in跋取FR / 骯FU = 0板.4, DR哎= 安扒u板 扳, DL= 挨(1+5%)艾藹c澳, DX=(扒1+10%)澳吧u翱 把, 由式1可阿得到不同標(biāo)號佰混凝土的對應(yīng)敗參數(shù)： 翱Ec / 案Mpa敖f哀cu扒 拔/ 背Mpa拌DL百DR搬DX礙C35跋3.15e4霸23.4板0.0016半0863拌0.0040版8494岸0.0044安9344唉C50耙3.45e4疤32.4芭0.0017骯6299背0.0037疤1658唉0.0040搬8824哀C60把3.6e4爸38.5啊0.0018半5559扒0.0036辦276擺0.0039扳9036跋C70拔3.7e4澳44.5罷0.00

14、19拜3975俺0.0035凹8982澳0.0039跋488捌C80般3.8e4叭50.2跋0.0020拜1459柏0.0035氨7902斑0.0039隘3692鋼瓣統(tǒng)一采用Q3俺45鋼，E=拔2.1e8 暗kN/m班2岸，氨f隘y扒=7.83 跋kN/m耙2艾，般w=搬76.8 k暗N/m藹3板，泊松比=0罷.3。百4.3 截面傲信息埃本文中采用非稗線性推覆及時半程分析軟件P半erform絆3D對結(jié)構(gòu)進拌行非線性分析扳，結(jié)構(gòu)構(gòu)件均敖采用非線性單八元：型鋼結(jié)構(gòu)斑桿件（梁、柱稗）均采用相同把截面的非線性版型鋼梁、柱單唉元，材料受力搬過程中不發(fā)生氨屈曲；混凝土鞍梁單元（連梁哎）采用分層纖半維條帶模

15、型，白混凝土超級柱癌單元則采用等芭效鋼筋位置和皚面積的纖維模絆型，混凝土剪俺力墻采用纖維敗條帶模型。具芭體截面信息如靶下：敗鋼筋條數(shù)唉混凝土行八混凝土列阿總條帶數(shù)叭配筋率胺連梁胺2扳5癌1矮7安3%跋混凝土墻柏3芭1埃5艾8昂1%霸超級角柱扳16骯8絆4氨48哀4%板超級柱癌16八8絆5跋56昂6%，8%鋼筋條帶混凝土條帶等效鋼筋條帶混凝土條帶等效跋巨型柱的型鋼芭的等效原則遵藹循：等效前后邦鋼面積相等，拌相對于兩軸極耙慣性矩相等。安結(jié)構(gòu)非線性有邦限元推覆分析芭本文采用Pe絆rform3熬D三維非線性擺分析程序?qū)ι习暮Ｖ行慕Y(jié)構(gòu)模背型進行了三維背推覆模擬。推懊覆力分布于每霸一簡化后的結(jié)半構(gòu)層面，不

16、同埃層間的推覆力襖大小比例按照擺結(jié)構(gòu)自振模態(tài)案分配，該比例拌在推覆過程中藹保持不變。版結(jié)構(gòu)的模態(tài)周艾期如下：阿Mode 1扒Mode 2暗Mode 3扳Mode 4礙Mode 5佰Mode 6拜周期/s鞍8.641拔8.351哀6.31礙3.184扒2.975般2.759骯推覆取用第一盎、第二模態(tài)作辦為荷載加載依半據(jù)，水平推覆八荷載將按照模暗態(tài)形狀分布。版采取按照模態(tài)昂形狀加載的方艾法可以更加有哎效地尋找沿結(jié)扒構(gòu)豎向的薄弱百層，使得推覆拜荷載分布更加頒合理。推覆采扳用50步分布耙加載，單步相佰對位移取值為瓣1/50的界絆限位移，界限稗位移取為7%叭，即單步相對奧位移取為0.昂14%。推覆阿過程

17、中考慮結(jié)案構(gòu)的P-稗效應(yīng)。結(jié)構(gòu)巴的相對位移-稗底部剪力圖如敖下圖所示：拔結(jié)構(gòu)在H1方擺向的推覆達到稗結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)隘的過程中表現(xiàn)霸出較大的剛度俺和較好的抗震皚性能，結(jié)構(gòu)的奧整體的變形穩(wěn)氨定而協(xié)調(diào)。然把而在結(jié)構(gòu)超過襖其極限狀態(tài)后礙，結(jié)構(gòu)變形突半然增大，下降澳段的位移增長般劇烈，反映在暗推覆的時程過藹程中表現(xiàn)為在邦有限次荷載增唉長步內(nèi)出現(xiàn)巨凹大的結(jié)構(gòu)變形按和位移。結(jié)構(gòu)骯在第五區(qū)與第扮六區(qū)交界處，挨第六區(qū)內(nèi)出現(xiàn)擺較大的層間位哀移以及層間位絆移角，結(jié)構(gòu)最岸終也是在第六把區(qū)內(nèi)產(chǎn)生破壞版。在該區(qū)域第耙五區(qū)的交界處翱，結(jié)構(gòu)的剛度岸突變較為明顯吧。整體變形出白現(xiàn)不協(xié)調(diào)。結(jié)礙構(gòu)在H2方向疤的推覆表現(xiàn)出絆相似的結(jié)果

18、，傲變形較大的薄岸弱層亦出現(xiàn)在把第六區(qū)，只不凹過H2方向的罷推覆較H1方安向更為穩(wěn)定，按沒有出現(xiàn)時程跋描述中的突變邦，極限狀態(tài)以笆后變形的增長半也比較緩慢平暗穩(wěn)。白結(jié)構(gòu)的非線性埃性能評價：把通過結(jié)構(gòu)的非柏線性推覆分析胺，我們可以評叭定出結(jié)構(gòu)的整罷體抗震性能，安即推測出結(jié)構(gòu)擺能夠承受多劇隘烈的地震。根岸據(jù)Perfo疤rm3D的推懊覆結(jié)果，我們敗可以通過繪制礙需求曲線（D氨emand 爸Curve）阿，通過換算不背同推覆荷載步癌（周期）下的巴結(jié)構(gòu)基地剪力按，以及繪制基盎于我國規(guī)范的骯影響系數(shù)譜，頒了解結(jié)構(gòu)在抵懊御不同地震和氨在作用下的響胺應(yīng)情況。地震癌響應(yīng)譜選取的敖是220ga盎l地震作用下鞍基于

19、FEMA頒356的地震拌響應(yīng)譜，以及疤我國大震作用白下的地震影響壩系數(shù)譜。沿H懊1方向的推覆百分析結(jié)果如下拔圖所示：襖基于我國抗震扒規(guī)范規(guī)定，可盎以看出結(jié)構(gòu)H俺1方向，H2阿方向的性能曲扳線與地震影響昂系數(shù)需求曲線頒相交于12.胺4s、12.氨2s左右，說骯明結(jié)構(gòu)具有在挨大震作用下抵拌抗地震的能力礙。瓣而基于FEM骯A356規(guī)范捌的性能反應(yīng)譜斑曲線反應(yīng)出結(jié)笆構(gòu)能夠在11澳.8s周期內(nèi)拜穿越大振作用白下的反應(yīng)譜曲拔線，能夠滿足拔多遇以及罕遇捌地震下的結(jié)構(gòu)凹變形要求。啊針對結(jié)構(gòu)在推拔覆和在作用下癌所顯現(xiàn)出來的壩結(jié)構(gòu)水平向位礙移的突變，可瓣能原子結(jié)構(gòu)本跋身沿豎向的剛瓣度的突變。結(jié)皚構(gòu)的2類巨型佰柱S

20、UPER襖 COLUM稗N 2截止于斑第五區(qū)頂層，俺自第六區(qū)向上氨巨型柱的數(shù)量佰減少為8根，凹并且截面面積版逐層減?。缓税嵝耐布袅Φ陌劢孛婧穸纫搽S班區(qū)域高度的增班加逐區(qū)減少，笆使得在第五區(qū)凹與第六區(qū)的交隘界處，結(jié)構(gòu)剛柏度發(fā)生明顯變艾化，有效抗側(cè)礙力體系急劇減柏弱。并最終導(dǎo)把致推覆荷載作扮用下結(jié)構(gòu)在該壩區(qū)域發(fā)生破壞礙。藹結(jié)構(gòu)非線性有胺限元時程分析隘時程分析所選唉用的地震波，昂根據(jù)安規(guī)范關(guān)于輸入奧地震波的選用俺要求哎建筑抗震設(shè)計鞍規(guī)程（巴DGJ08半92003辦），建筑抗震稗設(shè)計規(guī)范（拜GB5001辦12001背，俺2008 稗版）礙場地類別要求按：上海地區(qū)為襖IV 矮類場地，設(shè)計哀地震分組為第岸一組。八數(shù)量：不少于八二組的實際強俺震記錄和一組拔人