中国尊大厦巨型柱分叉节点性能研究

中国尊大厦采用多腔钢管混凝土巨型柱,在7层一分为二,形成分叉节点。该分叉节点承担的荷载巨大,且转换桁架与巨型斜撑均在此交汇,构件连接关系复杂,振动台试验亦表明该节点为结构的薄弱部位。通过有限元分析及1∶12缩尺试验对该分叉节点从构造与受力性能等方面进行专门的研究。该节点采取了分腔板和面板等主要竖向受力板贯通,设置了竖向加劲肋和水平隔板,以及在各腔体内布置了钢筋芯柱等构造措施。验证了该节点在中震弹性与大震不屈服抗震性能目标下的可靠性。

中国尊大厦外框筒建筑-结构一体化设计方法

中国尊大厦外框筒为巨型结构,各构件内力巨大,其布置力求规则以传力直接。根据建筑外形及结构传力要求,巨型柱分叉后的形心均在同一竖直面内,同时控制其一角点到幕墙外皮的最小距离,由此确定巨型柱的空间定位。巨型柱均以水平面为控制截面,采用分段折线的形式控制与外完成面的距离,转折标高为转换桁架的上弦上皮或下弦下皮标高。转换桁架弦杆的截面为平行四边形,即一条边水平,另一条边沿巨型柱外皮,转换桁架腹杆、巨型斜撑以及次框架等构件也采用平行四边形的截面形式。从水平视角看,外框筒结构构件不出现重影,构件之间的连接也不出现错边,保证巨型结构传力的同时,又完美体现建筑效果。

中国尊大厦内置钢板支撑混凝土剪力墙设计研究

为减轻结构总重量、控制墙身截面厚度、满足轴压比和抗震性能要求,中国尊大厦核心筒底部区域采用内置钢板混凝土剪力墙,中间区段采用内置钢板支撑混凝土剪力墙;在结构塔冠位置(104层及以上)由于刚度突变及鞭梢效应的影响,采用内置钢板混凝土剪力墙等措施予以加强。由于目前尚无内置钢板支撑混凝土剪力墙抗震性能的研究,因此对内置钢板支撑混凝土剪力墙进行了专项试验研究和动力弹塑性分析。结果表明,内置钢板支撑混凝土剪力墙施工简单,混凝土浇筑密实度容易得到保证。其刚度和受剪承载力与内置H型钢混凝土剪力墙的刚度和受剪承载力基本相同,两种墙的极限变形能力和耗能能力也基本相当。

中国尊大厦施工图设计中的弹塑性时程分析

北京CBD核心区Z15地块中国尊大厦是一栋地上108层、地下7层、建筑总高度528m、高宽比约7.2的复杂超高层建筑,是目前世界上8度抗震设防烈度区在建的最高建筑。结构设计采用了巨型钢-混凝土筒中筒结构体系。在施工图设计阶段,根据结构体系的最新调整情况对结构进行罕遇地震下的弹塑性时程分析,检验结构在大震下的抗震性能。弹塑性时程分析时采用ABAQUS软件和自主开发的S2A程序将梁、柱、剪力墙、支撑及楼板等构件的弹塑性在应力-应变层次上进行精确模拟,分析过程中考虑几何非线性,并采用显式积分算法。结果表明,结构整体及绝大部分构件的抗震性能满足规范和性能目标的要求。基于塑性区模型的弹塑性时程分析对本工程结构体系的优化起到了重要的作用。

基于中国尊大厦项目的高烈度区巨型超高层结构设计关键技术研究

对高烈度区巨型超高层结构的地震作用及效应、整体稳定性进行了分析研究,提出了地震作用剪力的质量分布法。对内置钢板混凝土组合剪力墙组合作用及抗裂、多腔钢管混凝土巨柱组合作用进行了原理分析、设计研究,工程实践和监测结果表明,工程中采用上述墙柱抗震效果非常理想。对巨柱分叉节点进行了有限元及试验研究,验证了该节点能很好地满足小震、中震及大震下的性能目标。对内置钢板支撑混凝土组合剪力墙结构进行了试验研究,大震弹塑性时程分析表明,该结构具有较好的延性,有效改善了核心筒墙的损伤程度。对钢制耗能双连梁阻尼器进行了试验验证,研究表明,钢制耗能双连梁阻尼器可以有效减缓混凝土梁的刚度退化。对三钢板高强混凝土叠合墙组成及抗剪承载力进行了分析。利用变刚度调平设计理论设计,实现了桩筏基础无缝设计,很好地控制了差异沉降和总沉降变形。

北京CBD核心区Z15地块中国尊大楼结构设计和研究

北京CBD核心区Z15地块中国尊大楼是目前世界上8度抗震设防烈度区的在建的最高建筑,建筑高度为528m,体型呈中国古代用来盛酒的器具"尊"的形状。为满足结构抗震与抗风的技术要求,中国尊在结构上采用了含有巨型柱、巨型斜撑及转换桁架的外框筒以及含有组合钢板剪力墙的核心筒,形成了巨型钢-混凝土筒中筒结构体系。为配合建筑外轮廓,结构设计使用了BIM技术特别是结构参数化设计和分析手段,满足了建筑功能的要求,达到了经济性和安全性的统一。

结构参数化设计在北京CBD核心区Z15地块中国尊大楼中的应用

为满足建筑师对北京CBD核心区Z15地块中国尊大楼外形的多方案比选及工程师对结构性能优化的需要,在设计中引入了结构参数化设计。通过对塔楼整体结构体系几何逻辑的定义,结合参数化插件Grasshopper和图形软件Rhinoceros,实现了不同建筑条件下几何模型的自动化建立。再通过奥雅纳二次开发工具将构件截面尺寸、材料属性、荷载形式及大小等信息赋予图形软件Rhinoceros中的几何单元,并导入GSA,ETABS,SAP2000等软件中,生成计算分析模型。以上模型成果可进一步应用到与建筑和机电专业的信息共享、CAD出图、有限元节点分析和BIM设计之中,实现了短时间内结构性能的优化和整体工作效率的提高。