上海中心抗震設(shè)計(jì)

上海中心結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)研究工程介紹坐落于浦東陸家嘴商業(yè)中心區(qū)的上海中心大廈是一幢綜合性超高層建筑，其功能區(qū)域包括辦公、商業(yè)、酒店、觀光娛樂、會議中心和交易六大功能區(qū)域，具體分為大眾商業(yè)娛樂區(qū)域，低、中高檔辦公區(qū)域，企業(yè)會館區(qū)域，精品酒店區(qū)域，頂部功能體驗(yàn)空間等。地上可容許建筑面積（FAR）大約為380，000平米。其中包括地上120層辦公樓層（塔尖高度為632米，結(jié)構(gòu)高度574.6米），還包括一個(gè)5層的商業(yè)裙樓用作奢侈品零售，辦公和酒店大堂，飯店，會議和宴會等。此外，5層地下部分設(shè)計(jì)用作零售、泊車、保養(yǎng)和機(jī)電功能。筒體結(jié)構(gòu)Zone8Z筒體結(jié)構(gòu)Zone8Zone7Zone6Zone5Zone4Zone3Zone2Zone1BasementZone9巨型柱加強(qiáng)層巨型柱核心筒巨型角柱外伸臂桁架帶狀桁架結(jié)構(gòu)高度及高寬比都超過《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2002）的規(guī)定限值；結(jié)構(gòu)類型為混合結(jié)構(gòu)。中心為核心筒體，與外部四個(gè)巨型柱以及四個(gè)巨型角柱構(gòu)成結(jié)構(gòu)主體；通過外伸臂將核心筒與巨型柱聯(lián)系在一起；通過帶狀桁架將巨型柱圍成整體；帶狀桁架采用鋼桁架；巨型柱采用型鋼混凝土。沿結(jié)構(gòu)高度方向按每一個(gè)加強(qiáng)層設(shè)置一道外伸臂桁架。伸臂桁架采用兩層高的鋼桁架。沿結(jié)構(gòu)高度方向按每一個(gè)加強(qiáng)層設(shè)置一套帶狀桁架，把外圍柱子的荷載傳遞給巨型柱。建筑物采用了多重抗側(cè)力體系。鑒于此為了確保該建筑結(jié)構(gòu)的抗震安全性和可靠性，除進(jìn)行常規(guī)的計(jì)算分析、有效的設(shè)計(jì)手段和構(gòu)造措施外，應(yīng)當(dāng)對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行基于性態(tài)的抗震設(shè)計(jì)研究，通過非線性有限元手段，更深入、直觀、全面地研究該結(jié)構(gòu)的抗震性能?？拐鹪O(shè)防標(biāo)準(zhǔn)中國國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2001）采用“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設(shè)防目標(biāo)，其對應(yīng)于“小震、中震、大震”三個(gè)地震水準(zhǔn)的發(fā)生概率，50年超越概率分別為63％、10％和2～3％。本工程所處地區(qū)中國上海市的抗震設(shè)防烈度為7度。根據(jù)中國國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》（GB50223），該建筑物的重要性等級為乙類，即在地震時(shí)其使用功能不能中斷或需盡快恢復(fù)的建筑。因此該建筑物的地震作用按7度考慮，抗震構(gòu)造措施按8度考慮。7度小震、中震、大震和8度大震所對應(yīng)的地震地面加速度分別為35gal、100gal、220gal、400gal。森上海屬于軟土霉地基，場地類予別為呆Ⅳ次類，對應(yīng)的場沿地特征周期宴為頃0.9呼S每。萌鑒于該工程的殖重要性和復(fù)雜問性，除滿足現(xiàn)楚行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)外陰，特制定其抗胸震性能水準(zhǔn)如芳下：?。ň?煉）否7眾度小震和中震倡作用下，結(jié)構(gòu)蜂基本處于彈性葵狀態(tài)，結(jié)構(gòu)完球好無損傷；偵（中2索）錫7密度大震作用下吵，結(jié)構(gòu)構(gòu)件允店許開裂，但開鄙裂程度控制在擇可修復(fù)的范圍黑內(nèi)，開裂部位起在可控制的范惡圍內(nèi)，主要抗僚側(cè)力體系（巨積型框架，巨型騾斜撐）在按標(biāo)裕準(zhǔn)強(qiáng)度計(jì)算時(shí)筑不屈服。梳（聯(lián)3當(dāng)）湯在厲8傷度大震作用下側(cè)，結(jié)構(gòu)可能出幫現(xiàn)嚴(yán)重的破壞箱，但不能倒塌錢。夜巴借助非線性有烤限元分析軟搞件事Perfor幼m-3炒D垂對建筑的主體曲結(jié)構(gòu)進(jìn)行推覆浙分析、街地震作用下的考時(shí)程分析，失從而實(shí)現(xiàn)對彩結(jié)構(gòu)抗震性能瓶的分析。結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)宋（溜1籮）趙7京度小震和中震紛下的結(jié)構(gòu)彈性活狀態(tài)玩層間位移角不慘大切于歌1/50米0急，理論分析和鐵模型試驗(yàn)中結(jié)黨構(gòu)不出現(xiàn)裂縫挽，鋼筋應(yīng)力不驚超過屈服強(qiáng)度堅(jiān)，混凝土壓應(yīng)帥力不超過抗壓籮強(qiáng)度舅的剛1/戰(zhàn)3屠，在地震作用喜后結(jié)構(gòu)變形基酒本恢復(fù)，節(jié)點(diǎn)微處在彈性狀態(tài)逝，地震作用后撈的結(jié)構(gòu)動(dòng)力特留性與彈性狀態(tài)遇的動(dòng)力特性基格本一致。瑞（常2暑）綿7翁度大震下結(jié)構(gòu)辯開裂程度和范迫圍的控制叔層間彈塑性位聞移角不大抱于伶1/10蕉0滴，巨型框架、埋斜撐、伸臂等們主要抗側(cè)力結(jié)局構(gòu)出現(xiàn)輕微損越壞和輕微裂縫僵，局部區(qū)域允山許構(gòu)件內(nèi)鋼筋元屈服墻；收R.C釘.錦核心筒允許開琴裂，但開裂處調(diào)鋼筋不屈服，寫按材料強(qiáng)度標(biāo)股準(zhǔn)值計(jì)算揀的屬R.C儲.繪核心筒的受剪良承載力大抹于百7繩度大震的彈性眼地震剪力；樓愚層梁端可以出帖現(xiàn)塑性鉸，拉餓區(qū)鋼筋屈服但第未進(jìn)入強(qiáng)化階兵段，壓區(qū)混凝東土應(yīng)變小于極吼限壓應(yīng)變；主看要抗側(cè)力構(gòu)件牢的節(jié)點(diǎn)未出現(xiàn)至明顯開裂且應(yīng)旺力未達(dá)到屈服晶狀態(tài)。險(xiǎn)（今3任）姻8孩度大震下結(jié)構(gòu)喊不發(fā)生倒塌炸主要抗側(cè)力構(gòu)哄件開裂嚴(yán)重，男壓區(qū)和拉區(qū)鋼泊筋基本屈服，濁有一些已進(jìn)入墓強(qiáng)化階段，壓贊區(qū)混凝土應(yīng)變戲接近其極限壓枝應(yīng)變；主要節(jié)宰點(diǎn)進(jìn)入屈服狀里態(tài)但不脫落。琴地震烈度歇頻遇地震筑（小震）反設(shè)防烈度地震頃（中震）域罕遇地震歪（大震）沸性能水平定性億描述綢不損壞禿可修復(fù)損壞均無倒塌匆結(jié)構(gòu)工作特性肌彈性農(nóng)不屈服，允許征少數(shù)次要壺或耗能震構(gòu)件屈服請?jiān)试S進(jìn)入塑性鳥，控制薄弱層些位移視層間位移角限串值點(diǎn)h/5屬00蕩h/闖200還h/100低構(gòu)件性能缸核心筒墻繳按規(guī)范要求設(shè)虛計(jì)，保持彈性辯壓彎驗(yàn)算按中投震不屈服，剪唉力驗(yàn)算按中震購彈性，整體受扮剪保持彈性虛允許進(jìn)入塑性逼，控制塑性變暖形樓，底部加強(qiáng)區(qū)姻不進(jìn)入塑性暗巨惡柱俱按規(guī)范要求設(shè)尺計(jì)，保持彈性乓驗(yàn)算按中震彈牌性，整體受剪稠保持彈性勵(lì)允許進(jìn)入塑性榴，嚴(yán)格控制塑礦性變形緒環(huán)形桁架塊按規(guī)范要求設(shè)冒計(jì)，保持彈性額驗(yàn)算按中震彈枯性，整體受剪彎保持彈性芬允許進(jìn)入塑性血，嚴(yán)格控制塑挽性變形志連梁蠟按規(guī)范要求設(shè)滲計(jì)，保持彈性麻允許進(jìn)入塑性匪即截面彎曲屈減服，吸收部分干地震能量，但刪不允許剪切破勸壞。漸（志α砍m損ax=愿0.2叮4癥的地震作用下層，連梁不屈服瑞，廚α語m調(diào)ax=篇0.3奉2思的地震作用下其，連梁不發(fā)生魯剪切破壞緊)*粉允許進(jìn)入塑性聾，控制塑性變辨形，不得脫落凡，最大塑性角款小付于貞1/50結(jié)構(gòu)模型信息斬4.1嗓嚷結(jié)構(gòu)總模型信鉛息牽上海中心原有垃設(shè)計(jì)為地面以推上喜9纏個(gè)區(qū)塊，共螺計(jì)鋤12勒6郵層。暴由于結(jié)構(gòu)非線雀性分析耗費(fèi)大游量的計(jì)算機(jī)時(shí)恩間皮。架因此對礎(chǔ)將對主體懂結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定頂?shù)暮喕瑥亩仆瓿赡蚪Y(jié)構(gòu)奮的爬非線性推覆以絕及時(shí)程分析。展Perfor炕m3討D鬧模型中簡化后途保留的樓層如菠下：耕區(qū)段樓層暴中部樓層棕結(jié)構(gòu)加強(qiáng)策層害MEP傾Zone1串2,3,肉4,5液6,7,孟8白Zone2碧14傷20,21棄,22你Zone3嫂29問35,36誓,37領(lǐng)Zone4碑44師50,51礎(chǔ),52羨Zone5兵5風(fēng)7緊，輪62蝦66,67夏,68潮Zone6索75腦82,83粥,84溫Zone7驚92川99,10千0,101減Zone8虧109服116,1吃17,11杏8燙Zone9嫩120,1怒23,12咱5b,12負(fù)6饑水平面上假定溜樓板剛度無窮停大，并且將荷巨載全部導(dǎo)算至錯(cuò)節(jié)點(diǎn)處。因此科建模過程中不寫考慮樓板以及皺相應(yīng)的次梁，碎僅對主要構(gòu)件馳進(jìn)行建模以及侍定義。須簡化后模型擁謹(jǐn)有襲4艘0猶層，循節(jié)諷點(diǎn)退405黎4臟個(gè)，構(gòu)件鐘種類糊包括驗(yàn)：全非線性烤條帶穩(wěn)混凝土梁構(gòu)件慕、非線性辰條帶贏混凝土柱構(gòu)件漿、非線性防已有憐截面型鋼構(gòu)件循（梁、柱）、寸非線性自定義市截面鍛型鋼構(gòu)件（梁識、柱）、非線攪性條帶剪力墻管構(gòu)件忠等；材料種類菊包括：混凝集土艷(濃C35,C響50灘,C60,翼C70,悶C80掉)錦，以及旁鋼為Q345丟?；jPerfor頭m3D士羞模型結(jié)構(gòu)如招圖浩1該所示：H1H1H2塘4.2粒它材料信息混凝土0.51.0齊根據(jù)《混凝土鑰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范漿》條文說統(tǒng)明竄-援附獲錄區(qū)C.焰2宅所規(guī)定的混凝遇土琴非線性去應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系怒，即如臺圖躍1鹽洋所示，其中鉛曲線的參數(shù)值貿(mào)，即峰值壓應(yīng)宅變燭槳(轎ε童c鼻)并菠、上升段和下拋降段參美數(shù)腫(巧α蝴a灰、提α組d鋒)圓老、下降段應(yīng)駕變童墻(榨ε附u死)消趴等都隨混凝土?xí)x的單軸抗壓強(qiáng)欣度刻值書(若f緊*蓬c責(zé)、亂N/mm擊2和)指新而變化，計(jì)算川0.51.0劑，本文中掠f衣*恢c慧取混凝土抗壓濁強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值灘。售Perfor谷m3展D客中對混凝土的猴本構(gòu)曲線采用既如下形式：FFRFUDLDRDXK0F=stressD=strain北取造FR/F凡U=0.價(jià)4,DR=露屯ε辮u喬,DL=唉(1+5%)讀ε脅c杯,夏DX=(1+際10%)遙ε真u點(diǎn),青由務(wù)式中1索可得到不同標(biāo)舒號混凝土的對現(xiàn)應(yīng)參數(shù)：時(shí)Ec罩/桐Mpa渴f針cu羨/塌Mpa斗DL錄DR場DX紛C35抄3.15e4鹿23.4絕0.0016鳴0863相0.0040煮8494足0.0044優(yōu)9344床C50沸3.45e某4告32.4衣0.0017慨6299香0.0037決1658觀0.0040悠8824賤C60潤3.6e4碌38.5議0.0018仍5559崇0.0036娘276孕0.0039兩9036隱C70原3.7e4踐44.5其0.0019蔥3975戚0.0035矮8982余0.0039亭488暖C80樣3.8e4傾50.2尸0.0020如1459狀0.0035更7902旬0.0039秋3692鋼買統(tǒng)一采旺用蘆Q34廣5監(jiān)鋼，叉E=2.1e押8kN/m厚2鎖，米f頸y甜=7.83民kN/m蠟2揚(yáng)，投w=里76.8k上N/m灘3細(xì)，逆泊松比互=0.3套。變4.晴3豐紫截面信息訊本文中采用非沸線性推覆及時(shí)竟程分析軟普件否Perfor嫂m3監(jiān)D怕對結(jié)構(gòu)進(jìn)行非師線性分析，結(jié)域構(gòu)構(gòu)件均采用振非線性單元：問型鋼結(jié)構(gòu)桿件薄（梁、柱）均屢采用相同截面醋的非線性型鋼畝梁、柱單元，怕材料受力過程耍中不發(fā)生屈曲由；混凝土梁單粉元（連梁）采換用分層纖維條頑帶模型，混凝愁土捆超級工柱單元?jiǎng)t瓣采用等效鋼筋漁位置和面積的野纖維模型，混患凝土剪力墻采寫用纖維條帶模劇型。貿(mào)具體截面信息惰如下：航鋼筋條數(shù)炎混凝土行陷混凝土列煩總條帶數(shù)騎配筋率圣連梁搏2熔5削1拾7危3%爹混凝土墻接3肆1濟(jì)5雨8鄭1%潤超級角柱嘩16剝8電4使48至4%朗超級柱暮16俯8厭5校56塔6留%唐，沙8%鋼筋條帶鋼筋條帶混凝土條帶等效鋼筋條帶混凝土條帶等效字巨型柱的型鋼尸的等效原則遵山循單：等效前后傲鋼面積相等，南相對于兩軸蛇極淚慣性矩相等秧。蕩結(jié)構(gòu)非線性有幫限元腹推覆賠分析查本文采顯用憤Perfor負(fù)m3隨D煌三維非線性分必析程序?qū)ι虾Ｉ缰行慕Y(jié)構(gòu)模型膛進(jìn)行了三維推驟覆模擬。推覆騾力分布于每一流簡化后的結(jié)構(gòu)居層面，不同層蕉間世的推覆力大小餃比例雅按照結(jié)構(gòu)自振遙模態(tài)分配曲，該比例在推牧覆過程中保持夫不變。還結(jié)構(gòu)的模態(tài)周僻期如下：笑Mode1侵Mode2另Mode3渣Mode4趙Mode5永Mode6管周排期焰/s飽8.641澤8.351告6.31奇3.184資2.975池2.759嗓推覆取用第一群、第二模態(tài)作飲為荷載加載依深據(jù)，水平推覆佛荷載將按照模飲態(tài)形狀分布。站采取按照模態(tài)式形狀加載的方揚(yáng)法可以更加有疲效地尋找沿結(jié)論構(gòu)豎向的薄弱置層，使得推覆煮荷載分布更加機(jī)合理?？淄聘膊扇烙闷?為0臟步分布加載，駝單步相對位移幼取滔值為寫1/5肆0面的界限位移，堪界限位移取宿為安7任%棗，即單步護(hù)相對升位移取到為雀0.14克%狗。黃推覆過程中考園慮結(jié)構(gòu)球的彼P-植Δ尊效應(yīng)。結(jié)構(gòu)的慧相對位跳移黨-久底部剪力圖如佩下圖所示：善結(jié)構(gòu)永在億H扭1我方向的推覆達(dá)模到結(jié)構(gòu)極限狀車態(tài)的過程中表泛現(xiàn)出較大的剛漫度和較好的抗徹震性能，結(jié)構(gòu)董的整體的變形捉穩(wěn)定而協(xié)調(diào)?？蛉欢诮Y(jié)構(gòu)超耐過其極限狀態(tài)資后，結(jié)構(gòu)變形類突然增大，下災(zāi)降段淚的位移增長劇叮烈，反映在推督覆的時(shí)程過程指中表現(xiàn)為在有范限次荷載增長任步內(nèi)出現(xiàn)巨大旁的結(jié)構(gòu)變形和沃位移。襲結(jié)構(gòu)在第五區(qū)湖與第六區(qū)交界城處，第六區(qū)內(nèi)段出現(xiàn)較大的層木間位移以及層蠟間位移角，井結(jié)構(gòu)最終也是觀在第六區(qū)內(nèi)產(chǎn)挽生破壞。償在該區(qū)域第五信區(qū)的交界處，界結(jié)構(gòu)的剛度突屋變較為明顯?；w變形出現(xiàn)攻不協(xié)調(diào)。橋結(jié)構(gòu)嫂在削H敲2主方向的推覆表范現(xiàn)出相似的結(jié)械果，變形較大棄的薄弱層亦出艙現(xiàn)在第六區(qū)，懼只不輪過鏟H爪2揭方向的推覆滲較祝H造1骨方向更為穩(wěn)定摟，沒有出現(xiàn)時(shí)訴程描述中的突西變，極限狀態(tài)秘以后變形的增而長也比較泊緩慢異平穩(wěn)。盞結(jié)構(gòu)的非線性雜性能評價(jià)：逝通過結(jié)構(gòu)的非吩線性推覆分析丑，我們可以評糊定出結(jié)構(gòu)的整俯體抗震性能，葵即推測出規(guī)結(jié)構(gòu)能夠承受簽多劇烈的地震蛙。竿根押據(jù)前Perfor速m3之D柄的推覆結(jié)果，狂我們可以通過燕繪制需求曲線值（巴Demand陸Curv刪e很），通過換算丹不同推覆荷載槳步（周期）下刊的結(jié)構(gòu)基地剪挑力，以及繪制歌基于我國規(guī)范泥的影響系數(shù)譜戒，禾了解結(jié)構(gòu)在抵涌御不同地震和呆在作用下的響膠應(yīng)情況。攀地震針響應(yīng)譜選取的蒸是飄220ga私l高地震作用下基匠于移FEMA35炒6夾的地震響應(yīng)譜揪，以及我國大柳震作用下的地從震影響系數(shù)譜蹲。巷沿關(guān)H告1抵方向的推覆分雅析結(jié)果天如下圖所示：華基于我國抗震穩(wěn)規(guī)范規(guī)定，可匯以看出結(jié)河構(gòu)殲H沫1捧方向沃，飛H北2潑方向的性能曲權(quán)線與地震影響漿系數(shù)需求曲線售相交猴于壁12.4費(fèi)s洗、斯12.2從s求左右，有說明結(jié)構(gòu)具有蔥在大震作用下漆抵抗地震的能亦力。掉而基芽于章FEMA35哪6這規(guī)范的性能反制應(yīng)譜曲線反應(yīng)甩出結(jié)構(gòu)能夠疑在喘11.8s換周期內(nèi)穿越大匆振作用下的反猴應(yīng)譜曲線，能灰夠滿足多遇以叢及罕遇地震下勢的結(jié)構(gòu)變形要懷求。守針對結(jié)構(gòu)在推捕覆和在作用下掃所顯現(xiàn)出來的脹結(jié)構(gòu)水平向位線移的突變，可繞能原子結(jié)構(gòu)本刮身沿豎向的剛隆度的突變。結(jié)盤構(gòu)榮的眉2洽類巨型遇柱介SUPER日COLUMN眼磁2員截止于第五區(qū)毀頂層，自第六領(lǐng)區(qū)向上巨型柱劑的數(shù)量減少域?yàn)殂?趣根，并且截面薄面積逐層減小擺；核心筒剪力溫墻的截面厚度裁也隨柜區(qū)域疏高度的增加逐爬區(qū)減少描，使得在第五哨區(qū)與第六區(qū)的瞇交界處，結(jié)構(gòu)殿剛度發(fā)生明顯敢變化，有效抗向側(cè)力體系急劇聯(lián)減弱。竿并最終導(dǎo)致推扁覆荷載作用下牛結(jié)構(gòu)在該區(qū)域咱發(fā)生破壞。孫結(jié)構(gòu)非線性有房限元?dú)r(shí)程終分析急時(shí)程分析所選限用的地震波活，根據(jù)拘規(guī)范關(guān)于輸入轎地震波的選用踏要求恥建筑抗震設(shè)計(jì)鞏規(guī)程（管DGJ0機(jī)8功‐纏9蒸‐假2003咸），建筑抗震蒜設(shè)計(jì)規(guī)范（呀GB5001害1紡‐兄2001士，很2008輩版）先場地類別要求舒：上海地區(qū)為格IV弦類場地，設(shè)計(jì)卵地震分組為第炕一組。德數(shù)量：不少于六二組的實(shí)際強(qiáng)臨震記錄和一組盾人工模擬的加膛速度時(shí)程曲線適。騎頻譜特性：由開設(shè)計(jì)反應(yīng)