滨海大厦结构设计原则、选型及分析

腾讯滨海大厦结构设计原则、选型及分析要点主讲：吴晖博士1.工程概况2.结构体系介绍3.设计原则和结构选型4.结构整体分析结果5.连体桁架的行为6.关键构件性能复核7.施工模拟分析8.温度应力分析9.小结工程概况深圳腾讯滨海项目：工程概况3F38F21F26F34F6F高区连体中区连体低区连体层数和楼高：南塔50层，主屋面高度243.7m，北塔39层，主屋面高度192.75m标准层层高：4.35米，地库深度：约20米。塔楼间三道连体分别位于3~6层、21~26层和34~38层。跨度在约为24~45米范围。15层楼面相连。滨海大道后海大道滨海西立交滨海大道图4.2.2-1广东省建科院风洞试验模型深圳腾讯滨海项目：风荷载图4.2.2-2RWDI院风洞试验模型270900180xyx1y1x2y2Mz整体坐标系–地面设计参数（地安评）–地面设计参数（规范）小震：中震：大震：–小震、中震和大震均使用规范反应谱。深圳腾讯滨海项目：地震作用设防概率P63%(50年)10%(50年)2%(50年)水平向竖向水平向竖向水平向竖向地震影响系数最大值0.10880.07090.30680.19940.54810.3563特征周期0.420.420.550.550.850.85衰减系数1.0191.0191.0191.0191.0191.019sg45.0,08.0maxsg50.0,50.0maxsg45.0,23.0max图4.3.2-4小震规范反应谱和地震安评反应谱计算结构地震剪力比较结构体系介绍深圳腾讯滨海项目：结构体系型钢混凝土柱-钢筋混凝土核心筒混合结构体系钢梁和压型钢板钢筋混凝土组合楼盖（核心筒区域内采用现浇钢筋混凝土楼盖，连体层采用钢筋桁架板）加强层–南塔1道：21层–北塔不设加强层斜撑边斜撑：南塔1~48层、北塔1~38层连体桁架大悬挑桁架图7.1-1：塔楼结构3D示意图南塔核心筒中区连接体高区连接体北塔核心筒北塔大悬挑桁架低区连接体北塔边斜撑南塔边斜撑加强层北塔局部腰桁架深圳腾讯滨海项目：结构体系-主要位置结构布置连体结构布置大悬挑结构布置21层增设桁架连体桁架南塔腰桁架南塔伸臂图7.1.2-121层伸臂、腰桁架及连体桁架设置示意图7.2-1低区连接体结构布置示意图7.3-2南侧裙房大悬挑结构布置示意图7.2-3高区连体竖向构件和桁架斜杆布置示意深圳腾讯滨海项目：结构体系-低区连体深圳腾讯滨海项目：结构体系-中区连体深圳腾讯滨海项目：结构体系-高区连体深圳腾讯滨海项目：结构体系-北侧裙房大悬挑结构设计原则及结构选型深圳腾讯滨海项目：结构设计原则设计原则：•连体结构当成一个结构整体：两栋塔楼及连体可按一个结构整体考虑，按结构整体验算符合规范要求。•适当考虑单体刚度：单栋塔楼参数可考虑不完全满足规范要求，只需满足施工阶段要求即可，单栋塔楼可只考虑10年重现期的风荷载和50年重现期地震作用下位移角满足规范要求。可以防止整体结构过刚：如单体也完全满足规范要球，则南塔需2~3个加强层，北塔均需1个加强层，由连体相连后，结构Y向层间位移角为1/1206，T1=4.2秒，抗侧刚度过刚。单塔满足50年风荷载要求模型深圳腾讯滨海项目：结构选型-单塔刚度选取满足施工阶段要求：荷载取10年风荷载和50年地震作用尽可能使南北塔单塔下的抗侧刚度接近：水平荷载作用下位移接近。图9.4.2-1风荷载作用下单塔位移比较图9.4.2-2Y向地震作用下单塔位移比较深圳腾讯滨海项目：结构选型-加强层的研究单体研究：–南塔1道，北塔不需，位于21或34层。–南塔稳定要求需4~5道伸臂，和腰桁架。连体下分析•21层可使位移比满足要求，风作用下位移接近、对桁架内力影响小。•选择方案：南塔21层设5道伸臂和腰桁架。高区(4道)伸臂+中区腰桁架高区伸臂(4道)+腰桁架高区伸臂+腰桁架（只有左右两侧）高区伸臂(4道)+中区腰桁架及伸臂（2道）高区伸臂(6道)+中区腰桁架高区伸臂（5道）+中区腰桁架中区伸臂（5道）+中区腰桁架限值X方向刚重比3.363.2353.163.3643.353.3323.3721.4y方向刚重比1.321.411.261.441.411.3721.4751.4深圳腾讯滨海项目：结构选型-边撑的选择单体、连体研究–增强稳定及外框剪力占比。图9.4.4-1南、北塔边斜撑形式(a)南塔边斜撑形式(b)北塔边斜撑形式深圳腾讯滨海项目：结构选型-框架梁与核心筒连接楼面框架梁与核心筒铰接、固接敏感性分析–单体和连接体下均进行分析–右表为连体下不同连接方式对比。通过对单体及连体情形下，框架梁和核心筒铰接及固接的比较可见，改为固接对结构刚度的贡献是有限的，考虑铰接的方式方便施工，且可以减小核心筒和外围柱位移差的影响，本结构框架梁和核心筒连接采用铰接的方式。模态周期主梁固接主梁铰接差别15.04765.22153.40%24.60544.66891.38%34.15554.2161.45%41.60091.63642.20%51.57611.60581.80%61.49881.52651.85%71.10991.12091%80.9080.91520.80%90.82850.84351.80%主梁固接主梁铰接差别楼层最大层间位移1/6201/6372.90%深圳腾讯滨海项目：结构选型-混合结构混合结构与钢筋混凝土结构的比较周期总质量（t)基底剪力(kN)最大位移角T1(S)T2(S)T3(S)南塔X向南塔Y向北塔X向北塔Y向钢筋混凝土结构5.6905.1584.6775363343011931417430098313871/510混合结构5.1904.6494.1934584112712428660271027286261/637相差9.6%10.9%11.5%17.0%11.0%9.6%11.1%9.6%24.9%混合结构钢筋混凝土结构结构自重自重较轻，差别17%较大柱子截面尺寸影响较小，可以增加使用面积，混合结构比钢筋混凝土结构发现钢筋混凝土结构框架柱截面同比组合楼盖结构框架柱截面增大约16%。如混合结构首层柱截面尺寸1400x1400改为钢筋混凝土结构截面尺寸约为1400x1800。较大，建筑师认为方案二柱子太大，很不合适。梁截面高度影响结构高度约600mm，增加约300mm净空，能实现2800mm净空。部分结构高度为900mm，影响净空。连体结构与裙房大跨度悬挑适应性因大跨度连体与裙房大跨度悬挑将采用桁架方式处理，所以采用组合楼盖更有利于节点连接。不利塔楼施工进度标准层一般约需4-5天标准层一般约需7-8天抗震等级抗震性能目标深圳腾讯滨海项目：抗震等级单体结构体系楼层抗震等级框架剪力墙南塔楼型钢混凝土框架-钢筋混凝土核心筒混合结构首层及以上各层一级（底部加强区特一级）特一级加强层及连体及上下各一层特一级特一级地下一层特一级特一级地下二层一级一级地下三层二级二级地下四层三级三级北塔楼型钢混凝土框架-钢筋混凝土核心筒混合结构首层及以上各层一级（底部加强区特一级）特一级加强层及连体及上下各一层特一级特一级地下一层特一级特一级地下二层一级一级地下三层二级二级地下四层三级三级地下室（非塔楼范围）三级深圳腾讯滨海项目：抗震性能目标本工程的抗震性能水准如下：1）弹性二：多遇地震及风荷载作用下构件的性能评估2）弹性一：竖向向构件及重要桁架在设防烈度下性能评估比JGJ3-2010性能水准3水准中对关键构件及普通竖向构件的正截面强度要求略高，对关键构件承载力计算使用构件承载力设计值。3）不屈服：大震下关键构件4）部分屈服：中震、大震下耗能构件本工程的抗震性目标：比C级目标略高部位构件构件所在部位小震及百年一遇风中震大震单体框架梁连接体及其上、下层外围框架梁，弹性二弹性一不屈服其余框架梁弹性二不屈服部分屈服框架柱底层及连接体处及其上、下层弹性二弹性一不屈服其余层弹性二弹性一不屈服剪力墙底部加强区及连接体处及其上、下层弹性二弹性一不屈服其余位置弹性二弹性一不屈服连梁全楼弹性二部分屈服部分屈服大悬挑桁架上、下弦杆弹性二弹性一不屈服斜向腹杆弹性二弹性一不屈服竖向腹杆弹性二弹性一不屈服结构整体行为深圳腾讯滨海项目：结构分析主要内容结构分析程序选用–弹性分析及弹性动力时程分析：ETABS、MIDAS/GEN和SATWE。–大震弹塑性分析采用程序：ABAQUS–楼板应力分析采用程序：ETABS、MIDAS/GEN–节点分析采用程序：ABAQUS–施工模拟分析、温度应力分析：MIDAS/GEN结构分析主要内容1.多遇地震（小震）下反应谱分析2.多遇地震下弹性时程分析3.设防烈度地震（中震）分析4.罕遇地震（大震）下动力弹塑性时程分析5.复杂节点分析6.楼板应力分析7.施工模拟分析8.温度应力分析小震和风作用下分析主要结果深圳腾讯滨海项目：周期和振型振型ETABSMIDASSATWE14.955915.04025.06024.358544.54144.60534.130914.21194.16541.562721.66041.61151.4921.56811.57861.410341.4771.49971.080211.12681.10680.869960.91450.90290.79650.81760.817三个软件计算所得的周期值非常接近振型X-平移Y-平移Z-平移RX-旋转RY-旋转RZ-旋转质量％总质量％总质量％总质量％总质量％总质量％总10.05062.97630.00090.08900.0302.422251.16510.41630.0000.559172.257221.5124322.40742.10650.0002.629324.459746.3170160.27930.008721.36500.11950.01970.1389240.05990.059812.01950.01950.01970.0489ETABS振型质量参与系数T1:ETABSMIDAS/GENSATWET2:ETABSMIDAS/GENSATWET3:ETABSMIDAS/GENSATWE深圳腾讯滨海项目：层间位移角、位移比等主要参数北塔Y轴方向南塔Y轴方向北塔Y轴方向南塔Y轴方向(1.57，层间位移角为1/1625)1.46(该层层间位移角为1/2031)连体层下层为薄弱层连体层下层为软弱层深圳腾讯滨海项目：楼层地震剪力分布图10.2.11-2(1)连体楼层剪力对比弹性时程分析校核深圳腾讯滨海项目：弹性时程分析校核时程波的选择序号波名称持续时间时间间距最大加速度（cm/s2）天然波1地震安评报告提供的天然波140S0.02S402地震安评报告提供的天然波240S0.02S403地震安评报告提供的天然波340S0.02S4041940，ElCentro波40S0.02S4951952，Taft波40S0.02S51人工波6地震安评报告提供的人工波140S0.02S407地震安评报告提供的人工波240S0.02S40深圳腾讯滨海项目：弹性时程分析结果各时程波楼层剪力分布曲线7条时程波剪力平均值与规范CQC剪力对比北塔层间位移角南塔层间位移角中震结构分析主要结果深圳腾讯滨海项目：中震分析主要结果基底剪力项目偶遇地震V1多遇地震V2V1/V2底层地震力南塔X105289(KN)366002.88Y107145(KN)373002.87北塔X72112(KN)251002.87Y74088(KN)258002.87位移角满足抗规性能2的要求连体层楼板退出工作情形下统计的位移角大震结构分析主要结果地震波1.地震波的选择：选择了三条波进行大震弹性反应分析，并选择其中反应最大的一条波进行大震下的弹塑性反应分析，经对比采用了拟合规范反映谱的人工地震波。深圳腾讯滨海项目：罕遇地震作用下动