深圳京基金融中心結(jié)構(gòu)設(shè)計

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深圳華森建筑與工程設(shè)計顧問有限公司:張良平總工程師
 
張良平：各位專家、各位同行上午好，今天我想跟大家交流的是深圳京基金融中心的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在座的好多專家也參與了這個項目審查，都給我們這個項目提出了很多寶貴的意見。首先我要介紹一下我們這個團隊，當(dāng)然初期階段是有泰瑞法瑞建筑設(shè)計有限公司、奧雅納工程顧問有限公司，華森建筑與工程設(shè)計顧問有限公司初步設(shè)計。施工圖由華森建筑與工程設(shè)計顧問有限公司中國建筑設(shè)計研究院完成的。設(shè)計顧問公司是廣州容柏生建筑工程設(shè)計事務(wù)所。今天主要分4個部分講，第一部分工程概況。第二部分結(jié)構(gòu)體系及性能控制。第三部分 超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)。第四部分 結(jié)構(gòu)優(yōu)化。大家看這個圖很清楚，邊上是它的帝王大廈，它在帝王大廈的西側(cè)，在大劇院的東側(cè)，是一個舊城改造的項目，這個項目總的建筑面積是60.24萬平方米，京基金融中心建筑面積地上部分為23.3萬平方米，其中辦公17.6萬平方米，酒店4.65萬平方米，裙房也約7萬平方米，地下室12.35萬平方米。今天主要講的是439米的主樓，它地上是98層，地下是4層，這個是來自于噴泉，這個是大樓的效果圖。喻示中國和深圳經(jīng)濟的快速增長和持續(xù)穩(wěn)健發(fā)展， 建成后將成為深圳第一高樓，也是目前世界上最高的建筑之一。這個大樓有4個功能分區(qū)，大廈共有4個功能分區(qū)：其中1～3層為寬闊的大堂空間，4層上設(shè)置了酒店宴會廳、相關(guān)功能區(qū)和餐廳，與裙房商業(yè)連通。5～74層為甲級寫字樓，標(biāo)準(zhǔn)層層高為4.2米；7個專業(yè)證券交易樓層層高5米，凈高達到3.3米。頂部75～97層設(shè)六星級酒店，層高3.6米，總共有278套房間，包括1個總統(tǒng)套房，另外還設(shè)置了與酒店相關(guān)的餐廳、健身俱樂部、游泳池、商務(wù)中心及多功能用房等。其他還有一些餐廳等等簡單的配套設(shè)施。這個大樓的建筑比較特殊，鋼結(jié)構(gòu)，這兩個是分開的，這是主要的路口，這個路口有8米高，這是大樓的剖面圖。第二部分講一下結(jié)構(gòu)體系及性能的控制。這個我們做了很多方案比較，方案一：核心筒及斜支撐框架，方案二：核心筒，周邊框架，伸臂桁架及腰桁架，方案三：核心筒，斜支撐框架，伸臂桁架及腰桁架。結(jié)果是選擇了第三個，選了方案以后我們對方案進行進一步的研究，一個容易角度保持，因為這個東西是可以提升的。第二個是減少，對施工來說比較方便。還有一個是方案比較密的，對各方面都做了很深的研究，最后采取了三重結(jié)構(gòu)體系，鋼筋混凝土核心筒，核心筒從承臺面伸延至辦公樓頂層。因酒店層設(shè)有開放式中庭，故部分核心筒到酒店層下終止，由內(nèi)鋼框架取代，內(nèi)柱直接支承于核心筒頂部；酒店在每個樓層上設(shè)置水平支撐與樓板共同作用，加強鋼斜柱的橫向約束，確?？傮w穩(wěn)定和剛度。 斜支撐框架，斜支撐采用X交叉型式分別設(shè)置于大樓東西垂直立面上。周邊框架由鋼管混凝土柱及型鋼組合梁組成。采用鋼管混凝土柱可增加框架的延性，同時亦可減少柱截面從而提高使用率，構(gòu)成核心筒和型鋼混凝土外框柱之間相互作用的伸臂桁架及腰桁架，5個腰桁架沿塔樓高度均勻分布，整合避難及設(shè)備層，增加了外框架的抗扭性能；3區(qū)伸臂桁架在核心筒內(nèi)貫通，優(yōu)化結(jié)構(gòu)效能。這個樓的高寬比，這個平面大家看的出來，中間部位高寬比為9.54，端部的高寬比為10.98，平均高寬比為10.2，核心筒的高寬比為17.3，中間是46米，兩條是40米，這個樓下面小中間大，到上面又縮小，中間是南北向右49米，所以這個從中間那個部位看是9.54，高寬比將近11了，平均高寬比為10.2。這是一些高寬比，可以看的出來，這個高寬比給我們施工帶來很大的難度，這一塊因為時間關(guān)系我就跳過去了，第三部分講一下超高層設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)這一塊，那么這一塊用10個來講，第一個是超高寬比結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計；第二個是巨型柱截面形式選擇；第三個是伸臂桁架形式選擇；第四個鋼骨混凝土厚墻構(gòu)件設(shè)計與分析；第五個罕遇地震作用非線性動力時程分析；第六個節(jié)點設(shè)計和節(jié)點的三維有限元分析；第七個結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌分析；第八個基于數(shù)學(xué)的優(yōu)化方法；第九個非荷載作用下的變形分析；第十個有限元程序控制臺。這是我們初級階段做的實驗，詳細工程實現(xiàn)是高平天平風(fēng)洞測驗，從這個結(jié)果可以看出來，和以往咱們設(shè)計的，一般的設(shè)計不太一樣，因為它是水平方向的風(fēng)，這個大樓在Y方向擺動，這個風(fēng)是30—40%，這是一個和正常咱們計算的不一樣的預(yù)算。整個大樓的舒適度，我們有一個分析。結(jié)果大概是25個限制。根據(jù)這個情況的話呢，我們對大樓的施工，畢竟里面有一個酒店，考慮怎么控制這個速度，有兩種，一種是增大阻尼降低風(fēng)荷載。二是增加大樓剛度能有效減低橫風(fēng)荷載。
　　第一個方案，成本也比較高。第二個是典型的大樓建筑系統(tǒng)，660噸的大橋，這個也不太合適的，主要是本身的結(jié)構(gòu)比較大。最后我們講AMD整個系統(tǒng)，在380米高度的布置控制系統(tǒng)，左右兩側(cè)，控制了上面的控制系統(tǒng)。我們對不同質(zhì)量塊，控制效果進行了比較，如果這兩塊是550，價格減少了20%左右，200噸的時候，現(xiàn)場采取了300噸，這樣控制效果出來以后達到30%。
第二個是超高層設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)巨型截面形式選擇。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化的時候再給大家說，這是現(xiàn)場的一個照片。第三個是腰桁架和敏感性分析，所以大樓設(shè)計的時候?qū)Σ煌奈恢煤筒煌臄?shù)量都進行的充分的比較。從而找到一個最優(yōu)的組合。這個是組合的一個研究，這是位置和數(shù)量研究。這是一個實例，包括環(huán)球貿(mào)易廣場的。這個是沈陽恒隆市府廣場的一個圖。這是財富中心二期的。類似的是由兩個斜板組成的。那么這個是貫通的，其中下面兩層是每層帶4層下面是2片。第四部分是鋼骨混凝土厚墻構(gòu)建設(shè)計與分析，本工程混凝土剪力墻厚度最大達1.9m，初步設(shè)計時為內(nèi)置工字鋼，施工圖設(shè)計時改為內(nèi)置王字形鋼骨，布置更均勻，同時適當(dāng)減小斷面。規(guī)范尚沒此類構(gòu)件設(shè)計方法。因為這個樓它為了勘測的需要，1.9m的墻怎么來施工，這也是非常困難的，我們也做了幾套方案，初步設(shè)計的時候這個工程單，對鋼筋的板子可能影響多一些。
超高層設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)五，罕遇地震作用非線性動力時程分析，這個因為時間關(guān)系我們也不講了，目前還在做模型，可能快做完了，做的同時我們對整個模型進行一個分析。
　　第六個關(guān)鍵技術(shù)是節(jié)點設(shè)計和節(jié)點的三維有限元分析。交匯的時候，因為我們原來做首層節(jié)點的時候高度是10幾米高，都是一個非常大的挑戰(zhàn)。這是我們下面的主要節(jié)點類型，包括怎么連接，這是一個鋼筋混凝土的一個連接。這些節(jié)點也很重要。這是節(jié)點的一些分析。伸臂桁架與混凝土核心筒連接部分的節(jié)點，伸臂桁架與鋼管砼柱連接部分的節(jié)點，巨型斜撐與鋼管砼柱連接節(jié)點，腰桁架與鋼管砼柱的連接節(jié)點，頂拱和下部樓層連接節(jié)點，巨型鋼管砼柱腳，57m跨入口大雨棚與鋼管砼柱連接節(jié)點，我剛才說的就是這幾個節(jié)點，左邊就是這幾個節(jié)點，后來也漸漸的優(yōu)化。第五個結(jié)構(gòu)倒塌，我們現(xiàn)在的這個大樓，也能保證這個大樓的結(jié)構(gòu)安全。這是一個發(fā)動著的汽車，每小時40公里的速度，因為這個柱子非常大，汽車把它撞以后基本上沒有什么，因為這個柱子太大了。第八個優(yōu)化的三要素，目標(biāo)函數(shù)、設(shè)計變量、約束條件，我們采取了一些作為優(yōu)化的內(nèi)容。因為時間關(guān)系說不來，我們選的這個大樓里面的優(yōu)化，這個是優(yōu)化的敏感性分析。第九個超高層設(shè)計關(guān)鍵關(guān)鍵技術(shù)，非荷載作用下的變形分析，這是施工的加載時間，考慮因素彈性壓縮、混凝土收縮。徐變。這是軸變分析結(jié)果，這是內(nèi)力分析結(jié)果，分析完了以后我們主要做一些施工的順序問題，什么地方合攏做了一些要求。包括施工的時候什么時候采用，我們最后采用了核心筒。關(guān)鍵技術(shù)十有限元程序控制臺。我們平時也做了程序之間的一個來回的應(yīng)用，這個施工結(jié)構(gòu)，通過這個平臺不在是前處理轉(zhuǎn)換。這是我們的一些圖表，用曲線表示出來，這個上面都做了大量的工作。顯示面積是多少，做了這方面的工作。
第四部分結(jié)構(gòu)優(yōu)化，我們主要是給型鋼是占一半，53%。那么第一個是，這個是量的740的，因為以往的一般的100米800米足夠了，為什么這個要那么高，也是節(jié)省造價，中心地板2.5米增后了4米，小的地方比較小，這樣減少地板的協(xié)調(diào)工作。我們用多點模擬的方式來計算的。下面講的是截面的一個主要特點有這幾個方面，這是一個中間過程，里面是鋼管柱，我們在這個技術(shù)上，我們采用的是這個方案，這個方案經(jīng)過兩次優(yōu)化。這個優(yōu)缺點我來不及講，我們原來是10%，鋼板比較厚，這樣算下來的造價可以節(jié)省4千萬。第二階段考慮外框注斷面主要是軸向控制的。同時混凝土我們提高了15%，這樣的話把柱子，整個柱子的優(yōu)化可以節(jié)約300萬。這是一些構(gòu)建上的一些優(yōu)化。這個造價是3700萬元，這是不同的柱子形式變化。這三種截面形式經(jīng)過市場調(diào)查已經(jīng)非常難以采購，要去定做，所以成本也比較高，這個斷裂面加高了達到了10公分，樓面梁優(yōu)化，初步設(shè)計梁間距2.5毫米。懸條斷梁截取，減少現(xiàn)場焊接。這個優(yōu)化結(jié)果可以減少60萬。這是入口大雨蓬，我們后來改成，來使它更安全。這個鋼管施工起來也比較容易，鋼頂拱桿優(yōu)化，考慮風(fēng)荷載分布不均的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，中間四榀桁架采用三管拱，兩端局部加強采用四管桁架拱，提供所需抗扭轉(zhuǎn)剛度。利用三管拱的寬度減低橫梁的自由長度，減小橫梁尺寸及提高整體穩(wěn)定性 優(yōu)化結(jié)果約節(jié)省用鋼量 535噸，施工圖優(yōu)化合計節(jié)約造價約 1.5億元。因為時間關(guān)系講不了，如果大家有興趣，我們再進行交流，謝謝大家。