T復(fù)雜超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計創(chuàng)新與實踐

復(fù)雜超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計創(chuàng)新與實踐

1、工程概況主樓46層，大屋面標(biāo)高209.9m；副樓20層，屋面標(biāo)高101.0m；主副樓在16~20層通過鋼結(jié)構(gòu)連接為一個整體，連接體跨度為42.5m，立面呈“h”型。由兩棟高度不同的塔體組成的大跨連體復(fù)雜高層建筑,總建筑面積為14.4萬m2。1、工程概況二~八層建筑平面圖1、工程概況九層建筑平面圖1、工程概況十~十五層建筑平面圖1、工程概況十六~二十層建筑平面圖1、工程概況二十九層建筑平面圖建筑剖面圖2、基礎(chǔ)與地下室設(shè)計基礎(chǔ)礎(chǔ)平平面面布布置置圖圖2、基基礎(chǔ)礎(chǔ)與與地地下下室室設(shè)設(shè)計計2、基基礎(chǔ)礎(chǔ)與與地地下下室室設(shè)設(shè)計計2、基基礎(chǔ)礎(chǔ)與與地地下下室室設(shè)設(shè)計計地下下室室““隔隔水水-排水水””抗抗浮浮設(shè)設(shè)計計3、上上部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)體體系系本工工程程地地下下4層，，地地上上分分為為主主樓樓、、副副樓樓及及裙裙樓樓，，主主樓樓和和副副樓樓在在1~8層與與裙裙樓樓連連接接為為一一個個整整體體。。該工工程程建建筑筑抗抗震震設(shè)設(shè)防防類類別別為為乙乙類類，，抗抗震震設(shè)設(shè)防防烈烈度度為為6度，，設(shè)設(shè)計計基基本本地地震震加加速速度度為為0.05g，場場地地類類別別為為II類。。二~八層層平平面面主樓樓、、副副樓樓均均采采用用““圓鋼鋼管管混混凝凝土土柱柱+H型鋼鋼梁梁或或鋼鋼桁桁架架+鋼筋筋混混凝凝土土核核心心筒筒”混混合合結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)體體系系。。上部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)九層層平平面面3、上上部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)體體系系十層層平平面面3、上上部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)體體系系兩塔塔樓樓核核心心筒筒偏偏置置一一側(cè)側(cè)，，為為減減小小扭扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，，在在主主副副樓樓南南北北兩兩側(cè)側(cè)設(shè)設(shè)置置密密柱柱，，加加強強框框架架梁梁，，形形成成較較大大剛剛度度框框架架，，提提高高結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)整整體體扭扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)剛剛度度。。副樓主樓十一一~十五五層平平面面3、上上部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)體體系系副樓連接體主樓3、上上部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)體體系系十六六~二十十一一層平平面面二十十二二層層~四十十六六層平平面面主樓3、上上部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)體體系系結(jié)構(gòu)三維模型3、上上部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)體體系系3、上上部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)體體系系3、上上部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)體體系系3、上上部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)體體系系4、大大跨跨減減震震連連接接體體設(shè)設(shè)計計主樓樓與與副副樓樓在在16~20層通過鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)連體相連，，采用剛接方方式，主副樓樓之間的相互互約束作用增增大了結(jié)構(gòu)自自身的抗扭扭扭轉(zhuǎn)。連接體采用““2榀主桁架+次桁架轉(zhuǎn)換”的布置方案案。沿42.5m跨度方向的連連接體外側(cè)邊邊設(shè)置兩榀主桁架，與主、副樓樓結(jié)構(gòu)剛接。。4、大跨減震連連接體設(shè)計在15層設(shè)置與主桁桁架正交的四榀次桁架，兩端與主鋼鋼桁架剛接；；主桁架弦桿桿及斜撐均延延伸至主、副副樓盡端或與與筒體相連。。4、大跨減震連連接體設(shè)計4、大跨減震連連接體設(shè)計4、大跨減震連連接體設(shè)計5、典型節(jié)點設(shè)設(shè)計5、典型節(jié)點設(shè)設(shè)計5、典型節(jié)點設(shè)設(shè)計5、典型節(jié)點設(shè)設(shè)計城市大客廳屋屋蓋滑動支座座構(gòu)造6、單層雙向索索網(wǎng)玻璃幕墻墻6、單層雙向索索網(wǎng)玻璃幕墻墻主體結(jié)構(gòu)抗震震性能目標(biāo)7、混合減震設(shè)設(shè)計7、混合減震設(shè)設(shè)計兩棟塔樓核心心筒嚴重偏置置，扭轉(zhuǎn)較嚴重；兩棟塔樓高度度、質(zhì)量相差差很大，且連連接體與高塔塔的一端端部部（而非中部部）相連，屬屬嚴重不對稱連連體高層；連接體跨度大大，達42.5m，共有五層，，結(jié)構(gòu)質(zhì)量大。主體結(jié)構(gòu)特點點及減震措施施主體結(jié)構(gòu)的特特點導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)扭轉(zhuǎn)耦連振振動較復(fù)雜。。為減小及控控制主體結(jié)構(gòu)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)，除除在塔樓長向向兩端加密框框架柱外，還還設(shè)置了一批批非線性粘滯阻阻尼器。7、混合減震設(shè)設(shè)計主體結(jié)構(gòu)特點點及減震措施施阻尼器的設(shè)計參數(shù)見下表。阻尼器相對速度與阻尼力關(guān)系通過計算得到粘滯阻尼器在大震下對結(jié)構(gòu)的附加阻尼比在4%左右。粘滯阻尼器連連接節(jié)點7、混合減震設(shè)設(shè)計阻尼器布置示示意圖7、混合減震設(shè)設(shè)計通過計算分析析發(fā)現(xiàn)，連接接體主桁架的的平面內(nèi)剛度對整體結(jié)構(gòu)的的動力特性有有顯著影響。。將主桁架中中間跨作為調(diào)調(diào)整段，對該該段范圍不設(shè)設(shè)支撐或設(shè)支支撐，以及采采用不同剛度度支撐的情況況進行彈性分分析。7、混合減震設(shè)設(shè)計連接體中段不設(shè)支撐時整體扭轉(zhuǎn)相對較小，而設(shè)置較強支撐時整體的扭轉(zhuǎn)會相對較大。故可通過減小連接體中段的剛度來控制整體的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。同時在中、大大震計算分析析表明下，若若連體結(jié)構(gòu)在在中部能上下下錯動，將顯顯著減小主體體結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。7、混合減震設(shè)設(shè)計為實現(xiàn)上述目目的，連接體體主桁架中間間跨腹桿采用用屈曲約束支撐撐（BRB），BRB在正常使用及及小震下不屈屈服，以保證證正常使用階階段的結(jié)構(gòu)剛剛度，在中、、大震作用下下，BRB屈服耗能，連連接體在中部部可上下錯動動，以減小主主體結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，并耗能保保護連體構(gòu)件件。BRB設(shè)計參數(shù)及布布置位置。7、混合減震設(shè)設(shè)計屈曲約束支撐撐連接節(jié)點7、混合減震設(shè)設(shè)計屈曲約束支撐撐布置示意圖圖7、混合減震設(shè)設(shè)計7、混合減震設(shè)設(shè)計某屈曲約束支支撐桿件和與與其相鄰的柱柱以及連體桁桁架某根斜撐撐的耗能滯回回曲線對比如如下圖所示，，BRB的耗能能力遠遠遠高于其他他構(gòu)件。屈曲約束支撐與其他桿件耗能對比非線性粘滯阻阻尼器（速度相關(guān)型型阻尼器）與與屈曲約束支撐撐BRB（位移相關(guān)性性阻尼器）混混合應(yīng)用，形形成混合減震體系系，以實現(xiàn)減小小及控制主體體結(jié)構(gòu)在中、、大震作用下下扭轉(zhuǎn)的目的的。7、混合減震設(shè)設(shè)計混合減震體系系的構(gòu)成整體結(jié)構(gòu)計算算分析結(jié)果采用ANSYS進行動力彈塑性分分析，對加阻尼器和不加阻尼器的結(jié)構(gòu)進行了了對比，以了了解阻尼器對對結(jié)構(gòu)減震效效果。在罕遇遇地震激勵下下的對比如下下圖表所示。。7、混合減震設(shè)設(shè)計設(shè)置阻尼器之之后結(jié)構(gòu)的地震反反應(yīng)明顯降低低，其中，加加阻尼器后結(jié)結(jié)構(gòu)Y方向最大加速速度反應(yīng)降低低了36.4%；結(jié)構(gòu)最大位位移減小了11.9%；層間位移角角減小了約10%。各層位移包絡(luò)絡(luò)圖層間位移角包包絡(luò)圖7、混合減震設(shè)設(shè)計重點部位結(jié)構(gòu)構(gòu)計算分析結(jié)結(jié)果對于連體桁架鋼結(jié)結(jié)構(gòu)，進行了設(shè)置置BRB和不設(shè)置BRB的對比分析。。不設(shè)置BRB時，兩榀鋼結(jié)結(jié)構(gòu)主桁架有有少部分桿件件發(fā)生屈服，，其余大部分分桿件尚處于于彈性。在連接體中部部設(shè)置BRB后，BRB首先發(fā)生屈服服，進入塑性性狀態(tài)，其附附近的桿件應(yīng)應(yīng)力有一定的的降低。7、混合減震設(shè)設(shè)計連體主主桁架架典型型時刻刻應(yīng)力力云圖圖結(jié)構(gòu)模模型振振動臺臺試驗驗本次模模型試試驗的的模擬擬重點點在保保證結(jié)結(jié)構(gòu)剛剛度相相似，，并兼兼顧強強度相相似。?？紤]慮振動動臺的的承載載能力力、結(jié)結(jié)構(gòu)重重量等等因素素，確確定模模型與與原型型的相相似關(guān)關(guān)系見見下表表。原結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計計的阻阻尼器器在單單層間間布置置，但但由于于阻尼尼器最最小加加工尺尺寸的的限制制，無無法在在縮尺尺模型型的單單層間間安裝裝阻尼尼器，，因此此采取取了跨跨層布布置的的方法法。保保證阻阻尼的的相似似比關(guān)關(guān)系。。7、混合合減震震設(shè)計計試驗按按照小小震、、中震震、大大震的的順序序加載載。輸輸入的的地震震波同同彈塑塑性動動力分分析用用地震震波，，分別別進行行X向、Y向的單單向輸輸入，，再進進行X+Y雙向輸輸入。。每個個工況況又分分為安安裝阻阻尼器器（有有控））和不不安裝裝阻尼尼器（（無控控）兩兩種情情況。。阻尼器器布置置側(cè)立立面示示意圖圖制作完完成后后的型型試驗驗?zāi)?、混合合減震震設(shè)計計結(jié)構(gòu)模模型振振動臺臺試驗驗在小震震和中中震下下，結(jié)結(jié)構(gòu)未未發(fā)現(xiàn)現(xiàn)開裂裂破壞壞現(xiàn)象象，可可認為為結(jié)構(gòu)構(gòu)仍處處于彈彈性狀狀態(tài)。。在大大震后后出現(xiàn)現(xiàn)裂縫縫，主主要出出現(xiàn)在在主樓樓筒體體連梁梁端部部，層層數(shù)集集中在在25~39層之間間，可可見上上部結(jié)結(jié)構(gòu)比比較薄薄弱,但整體體結(jié)構(gòu)構(gòu)仍保保持良良好的的整體體性。。較之不不安裝裝阻尼尼器，，安裝裝阻尼尼器后后結(jié)構(gòu)構(gòu)柱應(yīng)應(yīng)變減減小10.6%~13.6%，底部部剪力力墻應(yīng)應(yīng)變減減小14.6%~16.8%，主樓樓水平平位移移最大大值減減小11.3%，副樓樓水平平位移移最大大值減減小8%。7、混合合減震震設(shè)計計8、樓板板應(yīng)力力分析析9、結(jié)論論本工程程塔樓樓核心心筒嚴嚴重偏偏置，，剛心心與質(zhì)質(zhì)心偏偏差較較大；；兩棟棟塔樓樓高度度與質(zhì)質(zhì)量差差異較較大等等特點點導(dǎo)致致結(jié)構(gòu)構(gòu)振動動非常常復(fù)雜雜，扭扭轉(zhuǎn)振振動較較大。。為此此本工工程選選用了了延性性較好好的圓圓鋼管管混凝凝土柱柱，并并在長長向兩兩端加加密柱柱距以以減小小扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)；同同時設(shè)設(shè)置了了非線性粘粘滯阻尼尼器和屈曲約束束支撐（（BRB），通過混合減震震控制結(jié)構(gòu)構(gòu)扭轉(zhuǎn)振振動。在連體主主桁架中中部斜腹腹桿采用用屈曲約束束支撐（（BRB）可以既可可保證正正常使用用下的剛剛度，便便于整體體提升，，又可使使在中、、大震下下連體中中部上、、下錯動動耗能，，減小主主體結(jié)構(gòu)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，并保保護連接接體其他他構(gòu)件，，起到““保險絲絲”的作作用。9、結(jié)論動力彈塑塑性時程程分析結(jié)結(jié)果及振振動臺模模型對比比試驗表表明，混合減震震可以發(fā)揮揮其耗能能減震作作用，在在降低結(jié)結(jié)構(gòu)位移移、改善善構(gòu)件受受力狀況況、提高高結(jié)構(gòu)整整體抗震震性能以以及降低低非結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件的的地震反反應(yīng)等方方面都可可發(fā)揮有有效作用用，減震震效果明明顯。合肥濱湖湖時代廣廣場56工程概況況1.結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計計57辦公樓層層建筑及及結(jié)構(gòu)布布置圖1.結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計計58酒店層建建筑及結(jié)結(jié)構(gòu)布置置圖1.結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計計59空中花園園層建筑筑及結(jié)構(gòu)構(gòu)布置圖圖1.結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計計60上部結(jié)構(gòu)構(gòu)的解決決方案1.結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計計611.結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計計62采用一般般框架—核心筒，，下部有有較多樓樓層扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)位移比比超過1.4。采用巨型型框架+框架-核心筒后后，結(jié)構(gòu)構(gòu)的各層層扭轉(zhuǎn)位位移比均均滿足規(guī)規(guī)范要求求。采用巨型型框架+框架-核心筒后后，結(jié)構(gòu)未出出現(xiàn)兩肢肢的局部部振型。。1.結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計計631.結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計計641.結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計計樓面梁支支承于““連梁””設(shè)計651.結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計計地震作用用及參數(shù)數(shù)選用661.結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計計地震波選選用及時時程分析析671.結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計計④2層中風(fēng)化化砂質(zhì)泥泥巖：fa=800kPa，壓縮性性微小。。④1層強風(fēng)化化砂質(zhì)泥泥巖：fak=380kPa，Es=20.0MPa；③層粉土土夾粉質(zhì)質(zhì)粘土：：fak=300kPa，Es=15.0MPa；土層分布布681.結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計計C1棟樁基布布置樁長41米，最大大樁身直直徑3.7米，最大大擴底直直徑5.3米。69結(jié)構(gòu)超限限內(nèi)容1.結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計計70結(jié)構(gòu)抗震震性能目目標(biāo)2.抗震性能能化分析析——性能目標(biāo)標(biāo)71有效質(zhì)量量系數(shù)及及基底地地震作用用效應(yīng)2.抗震性能能化分析析——靜力彈性性分析72周期與振振型2.抗震性能能化分析析——靜力彈性性分析73結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)位移比比2.抗震性能能化分析析——靜力彈性性分析74框架及剪剪力墻的的剪力分分擔(dān)百分分比2.抗震性能能化分析析——靜力彈性性分析75層間位移移角比較較2.抗震性能能化分析析——靜力彈性性分析76剪重比統(tǒng)統(tǒng)計2.抗震性能能化分析析——靜力彈性性分析77層剪力比比較2.抗震性能能化分析析——彈性時程程分析78層間位移移角比較較2.抗震性能能化分析析——彈性時程程分析79樓梯性能能目標(biāo)2.抗震性能能化分析析——等效彈性性分析（（中/大震不屈屈服設(shè)計計）80中震作用用下受拉拉墻肢驗驗算2.抗震性能能化分析析——等效彈性性分析（（中/大震不屈屈服設(shè)計計）