上海某超限高层结构优化设计.pdf

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1、第五届全国现代结构工程学术研讨会上海某超限高层结构优化设计苏慈沈祖炎罗永峰王朝波(目*★{《n』R§．±*200092)提要原结构自境外世汁2q进行设计，有些指标与国自相差标准有差异，使得总用钢量偏大e忧化设计遵照业主提出的尊重原结构设计，井符台中国现行醴¨施T规范(规程)，材料和型制规格标准，确保结构安全等要求，对主楼结掏进行优化。通垃细致的鲒构优化分析，提高了结构的安±性能，用钢量从原来17570吨F降-9116350吨，有显著的经济效益。优化设”的原则，方法和思想对以月蠲限高层建筑的优化设计将起到有益的指导作用。美键词超艉高屡结构，优化设计一、引言本结构摧体为欧式风格，主

2、楼用途为商办楼，主楼的地下室设有停车场和设备用房，位于上海陆家瞒地区，与东方明珠电视塔相邻。主楼菇38层，第38层处屋面标高为GL+1640m，38层以t设有塔楼2层和球形穹顶，穹顶顶部标高为GL+2l0．0rn，穹项结构为单层钢恻壳结构。共享卒间结构平面尺寸长：735m，宽：45m开洞面积：675m2楼板面积：2334m阔’☆图1结构的标准层平面结构图和结构三维计算模型主楼1层标商(GL+1000)以上结构为左右对称，2～29层结构平面x方向边长为735m·Y方向边长为450m，29层咀上和37层以上各有一次平面缩小，即结构在竖向有2次退进。退进处竖向构件不连续，存在着竖向不

3、规则。t楼中央从下至L设有大型共享空问，围绕共亭空间设有电梯井道，楼板开洞率为289(30％，满足要求，电梯井道附近楼板有效宽度较小，属平面薄弱部分。本工程主楼结构为框架支撑体系。中央为钢管混凝士(CVT)柱、钢粱以及钢支撑构成的框支结构-外周的SRC柱间距3m，与SRC粱构成部分封闭的框架简体。CFT柱的管壁厚达50ram，对CFT柱与钢粱相交节点处的钢管材料有特殊要求。CFI"柱围绕中央电梯井道及片享空间设置，且在X、Y方向设有竖向钢支捧，构成了具有一定刚度的中央工业建筑2005年增刊第五届全国现代结构工程学术研讨会框支结构。为配合建筑设计风格，外周SRC柱截面为圆形，内设

4、十字型钢。因建筑要求，6层以上外周框架梁隔层设置。外周框架梁为内置H型钢的矩形断面SRC粱。SRC柱和SRC梁形成外周框架结构。主楼二层及以上楼盖体系为钢梁和压型钢板现浇混凝土组合楼板组成的梁板结构，主楼l层以下各层楼盖均采用钢筋混凝土现浇板。‘结构优化原则与要求结构优化设计遵照业主提出的尊重原结构设计，并符合中国现行设计、施工规范(规程)，材料和型钢规格标准，确保结构安全等要求，对主楼结构进行优化。优化结果要确定结构构件的截面；要保证结构构件在所有荷载和荷载组合下的强度、稳定和变形要求；需要进行结构在罕遇地震作用下的弹塑性分析，验算结构的弹塑性变形满足规范规定。(一)结构优化

5、原则1)改变原设计的结构体系、结构布置和结构高度2)满足上海市工程抗震办公室批准的《超限高层建筑初步设计抗震设防专项审查意见》的多项要求3)符合中国现行设计、施工规范(规程)和材料、型钢规格标准的规定和业主的要求，确保结构安全4)满足工程进度的要求(二)结构优化具体的技术参数和控制指标1)中国建筑抗震设计原则是：小震不坏、中震可修、大震不倒，故小震取规范规定的多遇地震，其加速度为35Gal中震取规范规定的基本烈度，其加速度为100Gal大震取规范规定的罕遇地震，其加速度为200Gal地震按弹性设计，强度、稳定及变形等满足规范规定，弹性位移限值为1／400：3)本烈度按弹性分析，

6、得出结构在基本烈度地震作用下的性能。关键构件保持弹性，一般构件容许进入塑性，位移不超过保证玻璃幕墙安全所需的限值，即多遇地震弹性位移限值的3倍：·4)地震进行弹塑性分析，确定塑性铰出现的位置及其顺序，计算弹塑性变形，结构层问位移不超过1／70，确保大震不倒，同时，保证关键构件和关键节点不出现塑性铰。结构构件允许出现塑性铰的原则：结构在出现塑性铰后仍能维持稳定，不因塑性铰发生而失稳。表一：关键构件和关键节点的要求关键构件及关键节点基本烈度罕遇地震结构退进处柱、支撑、穹项连接部位等保持在弹性极限内结构退进处粱保持在弹性极限内可出现弯曲塑性铰5)罕遇地震弹塑性分析采用Pushover

7、方法，所需的构件骨架曲线参考有关日本规范采用，明确塑性应变的限值，确认构件在设定限值以下。6)竖向荷载的作用应考虑施工过程的影响。7)多遇地震分析时考虑组合梁效应。8)大跨度梁包括格构式梁，按两端铰接模型验算跨中弯矩及断面安全性9)楼板考虑振动引起的居住性能的要求10)确定各层格构式粱的内力及变形状况，对该梁施工提出要求11)各楼层中部楼板连接薄弱部位，可按弹性楼板的假定进行分析12)顶部及下部钢穹项与主体结构一起进行整体分析，并在基本烈度地震作用下处于弹性。13)多遇地震分析时，阻尼比采用