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【建筑圈的结构事】350米!西北第一高楼国瑞•西安金融中心结构封顶

高管楼主
1楼2017-12-0114:33


来源:BIAD复杂结构研究院,北京建工


11月29日,西北第一高楼国瑞•西安金融中心顺利主体结构封顶!


国瑞·西安金融中心位于西安市高新区,由一栋高达350米的塔楼、3层的裙房及地下室组成,总建筑面积约29万平方米,共75层,总投资达30多亿元。建成后将成为集金融办公、文化科技、商务休闲等功能于一体的超高层摩天建筑,代表着西北地区商业写字楼业态的最高水准。




一、项目概况

国瑞•西安金融中心位于西安市高新区创业新大陆北侧建筑高度350m,为西安目前在建最高的建筑。该项目总建筑面积29万m2。


塔楼为75层的超高层写字楼,裙房为3层商业用房,两者设缝分开。地下共4层。项目参建单位和建筑立面效果如下:


业主单位

陕西华威世达实业有限公司

设计单位

北京市建筑设计研究院有限公司

结构顾问单位

奥雅纳工程咨询(上海)有限公司

机电初设、顾问单位

柏诚工程技术(北京)有限公司

施工总包单位

北京建工集团有限责任公司

钢结构供应单位

浙江精工钢结构集团有限公司




图1 建筑效果图


塔楼平面尺寸53.8m×53.8m,高宽比6.5,首层核心筒外轮廓尺寸30.6m×30.3m,核心筒高宽比11.5。建筑标准层层高4.3m,首层大堂高度15.3m,合计共设置5个避难层。


二、 结构设计难点


本工程所在区域抗震设防烈度为8度,场地类别为III类,《地震安全性评价报告》给出的水平地震影响系数最大值0.18。主要存在以下几个难点:


1. 结构总高度高、设防烈度高、地震作用大,对结构的承载能力及变形控制提出了更高的要求;


2.   71层以上的楼层采用悬挑桁架支承于核心筒上,结构顶部竖向鞭梢效应作用显著;


3. 本工程地基持力层为黏性土层,承载力较差,基础设计难度大。


三、 结构方案选型


1.  结构体系选型


方案设计阶段,对比了以下四种结构布置形式:



核心筒+密柱(柱距4.5m)+伸臂+腰桁架



核心筒+外框架(柱距9m)+伸臂+腰桁架



核心筒+巨柱+斜撑




核心筒+巨柱+伸臂桁架+腰桁架

图2 结构方案示意图


经综合比较,最终选定方案1为结构方案。在方案深化设计阶段,为提高通透性,将外框架的柱网间距调整为6.0m。


2.   底部大堂方案

建筑首层层高15.3m,塔楼外框柱距6.0m,为保证建筑首层大堂通透性效果,方案设计阶段对比了下述4种转换方案:



   

方案1          



方案2



方案3 


 
 

方案4


图3 首层大堂结构布置示意图


方案1,结构造价最省,建筑效果也较为通透,最终确定以方案1为实施方案。



图4 首层V撑效果图


四、地基基础设计


本工程塔楼与裙房之间重量差异大,为控制沉降差、减小基础筏板厚度、减少基础筏板钢筋用量,基础采用变刚度调平设计方法设计,同时考虑地基和上部结构的相互作用。采用有限元软件PLAXIS 3D进行变形分析(图5)。





图5 基础计算模型及沉降结果


塔楼下采用钻孔灌注桩,一般桩长70m、外围桩长65m,直径均为1m。塔楼基础底板厚度4m。


五、主体结构设计


塔楼采用框架-核心筒结构体系,外框由型钢混凝土柱与钢梁组成,内筒为钢筋混凝土剪力墙核心筒(图6)。



图6 标准层结构布置


在建筑第2、4避难层设置伸臂桁架及腰桁架,第5避难层设置腰桁架。结构平面及主要的抗侧力体系如图7所示:




图7 结构抗侧力体系示意图


1. 外框架

塔楼外框架采用钢骨混凝土柱和钢梁,首层柱截面1600×1600mm,顶部柱截面1300×800mm。外框型钢梁梁高1000mm。


2. 楼盖

塔楼楼盖采用钢-混凝土组合梁形式,楼板采用钢筋桁架组合楼板,标准层楼板厚度110mm。


标准层核心筒与外框之间的楼面梁跨度12m,钢梁高度490mm,钢梁挠度问题通过预起拱解决。


3. 顶部悬挑桁架

观光层以上两层均为悬挑结构,建筑效果及屋顶结构布置示意见图8、9。



图8屋顶层建筑效果



图9 顶部结构形式示意


屋顶结构抗震设计时,采用罕遇地震时程分析方法对竖向鞭梢效应进行模拟。悬挑钢结构按大震不屈服设计,支承悬挑钢结构的剪力墙按中震弹性、大震抗剪不屈服设计。


4. 核心筒

首层核心筒剪力墙最大厚度1.4m,二层及以上为1300~500mm。底部楼层剪力墙内设置钢板,提高剪力墙承载力及延性,中部楼层核心筒边缘构件内设置型钢,过渡楼层、加强层及顶部支承悬挑的核心筒墙体内设置钢支撑。


5. 伸臂桁架

本工程共布置了两道伸臂桁架和三道腰桁架。




图10 结构伸臂桁架立面布置图


六、主要分析结果


1.  塔楼弹性分析结果


本工程塔楼X、Y两个方向的平动周期分别为6.26s和6.27s,第一扭转周期3.61s。按水平地震影响系数0.18得出的X和Y方向的最大层间位移角分别为1/509和1/503,首层剪重比分别为2.50%和2.52%。


2.  结构罕遇地震下的性能分析


采用有限元分析软件ABAQUS进行弹塑性性能分析,同时考虑了材料非线性、几何非线性及施工过程非线性。


罕遇地震下,结构X向层间位移角最大值为1/106;结构Y向层间位移角最大值为1/109;均满足规范限值1/100的要求。





图11 核心筒底部剪力墙内钢板大震下应力结果


伸臂桁架与核心筒相连的节点在中震下的最大应力为266Mpa,满足中震弹性的设计要求。



图12 伸臂桁架节点中震应力结果


七、 用钢量统计


本工程塔楼部分用钢量计算值见图13




图13伸臂桁架节点中震应力结果


塔楼地上地下面积共计23万m2,按塔楼计算的型钢用量为125kg/m2(不含栓钉、节点板、连接螺栓、混凝土内的埋件);钢筋用量约85 kg/m2(不含基础底板和桩)。


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  • c03775a 2楼
    感谢分享,谢谢~
    2017-12-2 08:56
  • shawn9148 3楼
    谢谢分享!
    2017-12-4 14:09
  • bluetree2014 4楼
    多谢分享!学习了!
    2017-12-4 14:22
  • fish-tian 5楼
    多谢分享!学习了!
    2017-12-4 15:24
  • lifanggang2004 6楼
    好的工程案例,谢谢楼主分享。希望以后多一些这样的实例。
    2017-12-4 15:39
  • 全能金融 7楼
    学习了,很不错。
    2017-12-4 20:07
  • jws6805 8楼

    感谢分享,谢谢~
    2017-12-4 20:34
  • 丛林突击 9楼


    感谢分享,谢谢~
    2017-12-4 22:06
  • 既土且木 10楼
    非常精彩,谢谢楼主分享。
    7 天前

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