上海國際設(shè)計中心的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計

王培

【摘要】上海國際設(shè)計中心為平面、立面不規(guī)則的復(fù)雜雙塔連體結(jié)構(gòu)。本文結(jié)合其工程特點，首先比較了結(jié)構(gòu)在多遇地震下單體結(jié)構(gòu)的受力性能變化。結(jié)果表明，連體的設(shè)置增大了主樓地震作用。然后對連體樓板應(yīng)力分布進(jìn)行了分析。最后在上述分析的基礎(chǔ)上，對設(shè)計提出了建議。

【關(guān)鍵詞】復(fù)雜結(jié)構(gòu) 連體結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)分析

1 工程概況

上海國際設(shè)計中心位于上海市楊浦區(qū)，與同濟(jì)大學(xué)隔路相望。該工程地上部分由主、副樓和連體三部分組成：主樓地上24層，結(jié)構(gòu)高度為96m，平面呈矩形；副樓位于主樓東側(cè)，兩樓凈距為17.5m，副樓地上12層，結(jié)構(gòu)高度為48m。副樓從首層開始設(shè)置斜柱向外逐層挑出1.05m，共12層，立面呈上寬下窄的梯形狀；地上11～12層處主副樓通過鋼結(jié)構(gòu)框架連成整體，形成h型不等高雙塔連體結(jié)構(gòu)。主、副樓均采用了鋼框架-混凝土核心筒體系，連體在12層采用整層桁架形式，并采用吊桿吊住11層連體樓層鋼梁。由于本工程為雙塔連體結(jié)構(gòu)，且部分樓層開洞面積大于該層面積的30%，所以本工程屬平面、立面特別不規(guī)則的復(fù)雜高層建筑。

本工程抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.10g，設(shè)計地震分組為三組，場地類別為Ⅳ類。內(nèi)筒材料采用C40、C30兩種混凝土，壓型鋼板樓蓋澆注C30混凝土，框架梁、柱均采用Q345B鋼材。主樓典型框架柱為？ 550×550×25×25，典型框架梁HN600×200×11×17，副樓典型框架柱？400×400×16×16，框架梁HN500×200×10×16；連體弦桿HN700×300，豎直腹桿、吊桿鋼管？203×10，斜腹桿？90高強(qiáng)度鋼拉桿，核心筒厚度為400～200mm，樓板標(biāo)準(zhǔn)層厚度為130mm，連體部分為150mm。建筑效果圖如下。

2結(jié)構(gòu)計算與分析

（1）樓層位移

X方向：原結(jié)構(gòu)主樓層位移略大于主樓單體，而原結(jié)構(gòu)副樓位移小于副樓單體；Y方向：原結(jié)構(gòu)主樓位移與主樓單體相差很小，而原結(jié)構(gòu)副樓位移小于副樓單體。

副樓單體X向呈倒三角，在水平地震作用下，基底傾覆彎矩大。在連體作用下，改變了副樓不利的受力形式，主、副樓呈門式結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)整體性增強(qiáng)，故副樓位移減小。在Y向上，連體的設(shè)置減小了副樓扭轉(zhuǎn)的不利影響，使得原結(jié)構(gòu)副樓的位移減小。和副樓相比，主樓質(zhì)量大且分布均勻，所以受連體影響小，只是受到連接體傳來的副樓不利作用，位移稍有變大。由于連體部分在垂直面內(nèi)的軸向剛度及抗彎剛度大于水平面內(nèi)的剛度，所以連體結(jié)構(gòu)X方向上主副樓變形協(xié)調(diào)，位移相同，但Y方向上原結(jié)構(gòu)主副樓變形不一致，位移不同。

（2）位移比

結(jié)構(gòu)主樓單體、副樓單體、整體的扭轉(zhuǎn)位移比均滿足規(guī)范要求，其中副樓單體的扭轉(zhuǎn)較大。通過連體的連接，加強(qiáng)了兩塔樓之間的聯(lián)系，改善了副樓扭轉(zhuǎn)的不利影響。 （3）樓層剪力

原結(jié)構(gòu)中主樓在連體部分剪力發(fā)生突變，連體的參與改變了結(jié)構(gòu)豎向剛度的分布，造成了質(zhì)量、剛度突變，因此產(chǎn)生剪力突變。由于連體豎直面內(nèi)的剛度大于水平面內(nèi)剛度，X向傳力要比Y向有效，因此X向剪力變化比Y向明顯。原結(jié)構(gòu)主樓連體以上部分在副樓產(chǎn)生的不利作用下，剪力增大。同時副樓X方向連體部分剪力增大。這是由于兩樓單體連接以后，13層以上樓層側(cè)向剛度小，12層以下側(cè)向剛度大，下部連體樓層形成上部樓層的底盤效應(yīng)引起的。底部剪力方面：由于連體作用，減小了副樓的X、Y向剪力，這對于副樓是有利的。主樓X、Y方向略有增大，但增大不明顯。

（4）基底傾覆彎矩

由于副樓單體立面呈上寬下窄的梯形狀，受力很不利。但連體的設(shè)置有利于減小了副塔樓的傾覆彎矩。在X向地震作用下，由于連體的作用使兩塔樓協(xié)同工作，塔樓的軸力抵消了除筒體底部傾覆彎矩外的多余的彎矩?？梢娍蚣苤蛢?nèi)筒一起形成了類似門式結(jié)構(gòu)的抗傾覆體系，抗傾覆能力加強(qiáng)。而在Y向地震作用下，沒有形成巨型框架的作用。

（5）柱子受力

連體的存在對結(jié)構(gòu)外側(cè)邊柱影響不大，但對內(nèi)側(cè)柱子影響很大，軸力明顯減小。可見在X向上框架柱和內(nèi)筒一起形成了類似門式結(jié)構(gòu)的抗傾覆體系。兩塔樓中對不規(guī)則的副樓影響較大。此外，連體對角柱的影響大。由于副樓的不規(guī)則性，使得在兩種方向地震作用下副樓柱子受連體的影響大。

（6） 側(cè)向荷載作用下樓板受力

X方向中震作用下，連體部分的樓層受力：連體部分正應(yīng)力不大，在與主塔樓相接處大致在5N/mm2。兩塔樓部分：沿X向，主塔樓核心筒左、右兩側(cè)直至外框柱之間樓板、副塔樓連接兩筒體的樓板，混凝土筒體角部正應(yīng)力較大，最大應(yīng)力達(dá)到15.61N/mm2。Y方向地震力作用下，連體部分樓板的正應(yīng)力不大，在與主塔樓相接處大致在3 N/mm2。兩塔樓部分沿Y向，主塔樓核心筒左、右兩側(cè)直至外框柱之間樓板、副塔樓連接兩筒體的樓板，混凝土筒體角部正應(yīng)力較大，最大應(yīng)力達(dá)到12.29N/mm2。

（7） 連體桿件受力

在中震的荷載組合下，以X向作用為例，軸力方面：桁架軸力最大值出現(xiàn)在上弦與主塔樓相交的位置，最大值為1097KN（受壓），中間弦桿為956KN，下弦桿受拉最大值為264KN，斜撐由于要承擔(dān)剪力作用，受到較大的拉力，各弦桿剪力在250KN左右，上下弦桿的在與塔樓相連接的彎矩較大，為900 KN·m。

3 結(jié)論與建議

（1）副樓單體的不利響應(yīng)得到主樓單體的幫助，使塔樓不利的動力響應(yīng)得到調(diào)整，而主樓單體的動力響應(yīng)變大。

（2）由于連體的作用，兩塔樓協(xié)同工作，塔樓的軸力抵消了除筒體底部傾覆彎矩外的多余彎矩?？蚣苤蛢?nèi)筒一起形成了類似門式結(jié)構(gòu)的抗傾覆體系，抗傾覆能力加強(qiáng)。

（3）連體的存在對結(jié)構(gòu)外側(cè)邊柱影響不大，但對內(nèi)側(cè)柱子影響較大，軸力明顯減小。連體對角柱的影響大，應(yīng)特別注意控制這些桿件的應(yīng)力比。

（4）核心筒四周、連體與塔樓連接處是連體桁架所在樓層處樓板主拉應(yīng)力比較集中的區(qū)域，應(yīng)增大板厚、加強(qiáng)配筋或加面內(nèi)支撐。對于平面中樓板開大洞處及局部凹進(jìn)處，洞口周邊樓板局部加厚，雙層雙向配筋，并適當(dāng)加大配筋率以減小樓板開裂。

（5）應(yīng)重視連體樓層及其上下二層的延性設(shè)計。增大主塔樓連體以上2～3層的剛度和強(qiáng)度；增大副塔筒體的抗側(cè)剛度，以改善整體結(jié)構(gòu)的抗扭性能。重視連體桁架構(gòu)件與節(jié)點的抗震設(shè)計，保證構(gòu)件的整體與局部穩(wěn)定及構(gòu)件間的有效連接。

參 考 文 獻(xiàn)

【1】徐培福，傅學(xué)怡 復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計. 中國建筑工業(yè)出版社 2005

【2】《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 3-2010）

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