文档介绍：天津津塔结构设计

工程概况
天津津塔位于天津市兴安路北侧,海河岸边,其中办公楼共75层,高度为,建成后将成为天津最高的建筑(图1) ,也将成为世界上高度最高的钢板剪力墙结构。津塔项目由金融街控股股份有限公司投资开发,设计单位为美国SOM公司和华东建筑设计研究院有限公司。
天津津塔项目基地面积2 ,由一幢75层的塔楼和一幢30层的公寓楼组成,所有单体下部均设4层地下室,并共享同一基础层。
1 结构体系
天津津塔主楼房屋高度为(室外地面到主要屋面) ,属超高层建筑,且采用“钢管混凝土柱框架+核心钢板剪力墙体系+外伸刚臂抗侧力体系”的结构体系标准层,设备结构平面图及钢板剪力墙局部立面图见图2~图5,其中钢板剪力墙( steel plate shear wall)作为抗侧力体系的重要组成部分,在中国高层建筑中应用较少,中国规范未规定此体系的高度限制值;最大高宽比为值为, 超出规范要求6较多;楼板局部不连续;在第15、30、45、60层设置了伸臂桁架和腰桁架加强层,上下楼层间侧向刚度、楼层承载力存在突变。
塔楼的外框部分由钢管混凝土柱和宽翼缘钢梁组成,周边典型柱距约为,外框柱刚接。钢板剪力墙核心筒由钢管混凝土柱和内填结构钢板的宽翼缘钢梁组成,钢板剪力墙位于结构的核芯筒区域,在载客与服务电梯以及楼梯和设备室的周围。第15、30、45、60层设置伸臂桁架加强层,在钢板剪力墙核心筒与外框之间布置大型钢桁架,在外框内布置腰桁架。根据分析结果,不同位置的钢板剪力墙单元在不同高度变成钢框架+钢支撑体系。
图1 工程效果图
图2 主楼结构体系示意图
塔楼的基础体系由4m厚的常规钢筋混凝土筏式基础组成,并由钻孔灌注桩支撑。钻孔桩直径为1000mm,桩长60m,桩尖持力层为11 层,基础混凝土为C40。基础体系上将覆盖400mm厚的砾石层和150mm厚的钢筋混凝土顶板。
塔楼的重力系统由传统的宽翼缘钢框架和组合楼板组成。典型的组合楼板为65mm闭口型压型钢板,加55mm混凝土面层,总板厚为120mm。大部分宽翼缘组合钢梁为450mm高,从核心筒钢板剪力墙一直到周边延性抗弯框架。典型梁跨中板跨。钢板剪力墙和周边延性抗弯框架处的钢管混凝土柱也用于抗重力荷载。
上部结构的侧力和重力系统一般向下沿伸到基础结构。钢管混凝土柱最大直径为1700mm。框架结构将由传统的结构宽翼缘钢框架及组合楼板组成。宽翼缘钢组合梁一般450mm高,从钢板剪力墙核心筒一直到周边延性抗弯框架,梁一般置于中央处。
2 结构计算分析
结构设计依据及基本设计参数
结构设计中不仅要满足国内规范、规程和标准,同时参考了加拿大《钢结构极限状态设计》(CANCSA S16201) , 美国《新建建筑与其他结构的推荐做法》XX NEHRP ( FEMA 450 ) , 美国《钢结构建筑的抗震做法》(A ISC2341 XX)进行钢板剪力墙设计。
津塔结构安全等级为二级,抗震设防烈度7 度,设计基本地震加速度g, 设计地震分组第一组,多遇地震下阻尼比,建筑场地类别III类,罕遇地震下阻尼比,场地特征周期Tg = s。
津塔主体结构的风荷载确定,按照“强度控制按100年规范风速风洞试验荷载;位移控制按50 年规范风速风洞试验荷载”原则进行。
结构分析主要结果
计算分析采用了多种软件和自编程序,整体结构的弹性分析主要依靠ETABS为主,MIDAS为辅完成,包括恒活载的施工模拟分析,反应谱分析和风荷载分析等;采用ABAQUS和SAPXX进行弹塑性时程分析,用以验证结构在中震和大震下的性能。
主要弹性分析结果见表1~表3。两种软件的分析结果均表明, ETABS和MIDAS不仅分析结果基本吻合,而且所有均能够满足规范的要求,结构是安全可靠的。
钢板剪力墙设计
钢板剪力墙(简称“SPSW”)结构是20世纪70年代发展起来的一种新型抗侧力结构体系[2]。钢板剪力墙单元由内嵌钢板和竖向边缘构件(柱或竖向加劲肋) 、水平边缘构件(梁或水平加劲肋)构成。当钢板沿结构某跨自上而下连续布置时,即形成钢板剪力墙体系。钢板剪力墙作为新型抗侧力构件,具有较大的弹性初始刚度、大变形能力和良好的塑性性能、稳定的滞回特性等。
到目前为止,采用钢板剪力墙作为抗侧力结构的建筑已达数十幢,主要分布于北美和日本等高烈度地震区。我国《高层民用建筑钢结构技术规程》( JGJ 99—98)附录四明确了钢板剪力墙的计算准则和方法,其设计角度是从避免钢板发生屈曲破坏切入的,即以弹性屈曲强度作为钢板剪力墙的设计极限状态,没有利用钢板弹性局部屈曲后强度,通常称之为厚钢板剪力墙。而厚钢板剪力墙用钢量大成本较高,发展则受到一定限制。
津塔办公楼核心筒开间较大,钢板剪力墙的宽厚比也较大,采用厚钢板剪力墙理念进