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【结构设计】
结构高度528米大大超过了《高规》和《抗规》中170米的高度限值。且大楼横截面基本为方形,底部平面尺寸78x78米,最窄的腰线位仅54x54米,结构竖向布置也非下大上小,必须进行超限结构专项审查。
在我国北方8度地震区域建造超高层建筑,地震作用产生的内力和变形均远远大于风荷载产生的,所以对结构整体刚度和延性提出了较高要求。巨型框筒体系无疑是此类超高层建筑最优的结构选型,而含有型钢或钢板的钢筋混凝土核心筒组成的组合结构体系,是当前较为经济的选择。
让我们开看看中国尊的最终方案:含有组合钢板剪力墙的钢筋混凝土核心筒和含有巨型柱、巨型斜撑及转换桁架的外框筒组成的双重抗侧力混合结构体系。
在塔楼腰部区域(55-77层),核心筒周边墙肢内的型钢暗柱间另外增设了型钢暗撑,以增强塔楼相对薄弱部位在罕遇地震下的抗震性能。
巨型柱位于建筑物平面四角并延伸至结构顶层,在各区段分别与转换桁架(腰桁架)、巨型斜撑、及次框架钢梁连接,结构整体刚度巨大。为避免双向偏心,各区段巨型柱质心在平面投影上均沿一条直线分布。
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由于结构外框筒全高设置了巨型斜撑,外框筒刚度得到了显著提高。巨型斜撑与次框架均布置于同一倾斜平面上。次框架不承担实质上的抗侧力作用,但在极端破坏工况下可形成第二传力途径,提高了结构的整体稳固性和安全性。
中国尊选取的方案显著缓解了传统钢-混凝土混合结构中“混凝土内筒强,型钢外筒弱”对结构产生的不利影响,降低了混凝土核心筒在罕遇地震下刚度退化、内力重分配对型钢外框架的不利作用,提高了结构的整体安全储备。
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【参数化建模】
为满足多方案比选及工程师对结构性能优化的需要,我们引入了结构参数化设计。结构参数化设计是将建筑及结构构件的全部要素转换成拥有多个参数的函数,通过修改参数或调整预先设置的函数,从而获得相同或近似逻辑下不同建筑体形及结构布置方案的设计方法。
尤其对于超高层和大跨度等结构体系存在较强逻辑性的项目,可以在确定结构布置整体逻辑的情况下通过参数化插件Grasshoper和Rhinoceros等图形软件中自动生成结构构件的几何模型。
一系列的分析表明:确定合理的底盘尺寸、腰线高度以及顶部放大尺寸等参数,对于结构高宽比和整体刚度控制、内外筒在腰部的剪力和倾覆力矩的合理分配、结构整体P-∆效应及其在弹塑性分析中的性能表现都有着重大影响。
论文全文载于《建筑结构》杂志12月下刊

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