信合大厦高层钢结构设计.doc

信合大厦高层钢结构设计陈伟军（广州规划院钢结构设计研究所 广州 510060）摘要：本文介绍了广州信合大厦高层钢结构设计，包括结构体系的选择，计算结果的分析及材料和构造要求。关键词： 高层钢结构 钢支撑 箱形钢柱 H形钢梁 压型钢板工程概况　　“信合大厦”位于广州市珠江新城新城市中轴线的西侧，珠江的北岸，东面是拟建的广州歌剧院，东南面是海心沙，西南面是二沙岛，是一个集银行、办公和培训为一体的综合性超高层大厦。该大厦建筑平面呈方形，地下室4层，地上部分31层，主体高120m，包括装饰杆总高172m，总建筑面积约56000m2。该大厦造型新颖，钢结构与清玻璃的配合极富现代气息。 结构体系主体结构主体结构平面呈“L”形，由互成直角的北翼和西翼组成。l/b=1.781.5，属于平面不规则结构，必须采取措施控制结构的扭转。本工程对主体结构概念设计的思路是：在中心部位设置主核心 筒，为主体结构提供主抗侧力；在“L”形两翼端部分别设副核心筒和密框钢柱，加强端部的刚度，有效地控制两翼的摆动；另外，在副核心筒主剪力墙平面内分别于14层避难层和顶部28层设置钢腰桁架和钢帽桁架，进一步把端部的位移控制到最小的程度，详见右图。通过理论计算分析和试验证明，这些措施收到了非常显著的效果。观光塔观光塔布置于⑥～⑦× A ～ B ，为-8m×8m的方形平面。从首层到28层有102米的悬空段。结构上采用16根钢柱，通过钢梁和水平、竖向支撑连结在一起，形成一相当于高宽比为12:1的巨形格构柱，支撑着顶层的观光平台，保证该巨形格构柱具有足够的刚度和稳定性是关键所在。本工程对观光塔概念设计的思路是：设置砼刚性底座；提高中间段钢支撑的刚度；优化顶部约束，详见图。3、 连廊　　连廊设于28层+100.80米标高处，宽8米，高5.5米，跨度24米，采用巨型空间钢桁架。本工程连廊部分概念设计的思路是：保证连廊自身具有足够的抗弯和抗扭刚度；使用恰当的节点连接措施，使在水平荷载作用下连廊的杆件和节点不致遭受破坏。 整体分析比较本工程设计中对主体、观光塔、连廊三大部分组合成的整体进行分析比较，结果如下：连廊与观光塔采用滚动支座这种情况下主体结构与观光塔的水平位移是独立自由的，观光塔仅承受连廊传来的部分竖向荷载。主体结构的顶点位移约为1/1500，而观光塔的顶点位移约为1/600，位移差为120mm。该位移差将给使用带来不便，但结构是安全的。连廊与观光塔采用消能支座这种情况下主体结构与观光塔的水平位移通过弹性协调。观光塔不仅承受连廊传来的部分竖向荷载，还受到一定程度的转动约束。主体结构的顶点位移约为1/1300，而观光塔的顶点位移约为1/950，位移差减小为35mm。显示结构安全并很好地控制了位移差。连廊与观光塔采用刚性支座　　这种情况下主体结构与观光塔在顶部位移完全协调。观光塔顶部受到很强的约束，位移曲线反弯点下移。观光塔的稳定性最好。在多遇地震下，连廊的构件和节点均处于弹性工作状态。但实验表明，在中、大震作用下，连廊的构件和节点出现较大的应力应变，甚至出现较严重的破坏。这与中外地震灾害调查结果相吻合。 结构分析信合大厦结构分析采用如下三个结构软件进行分析和较核：（1）SATWE；（2）SAP84；(3)SAP2000（非线性版）。主要构件截面尺寸：主要剪力墙厚度为500，其余剪力墙厚300，250。主楼钢柱为 口600×600×40、口600×600×30、口600×600×20，钢梁为H 600×250×14×20、H 600×250×12×18、H 450×200×10×16。观光塔外围钢柱 口600×600×30，内部钢柱 口400×400×20，斜撑为H250×250×10×18。SATWE是中国建筑科学研究院开发的高层建筑结构空间有限元分析与设计软件。该软件采用空间杆单元模拟梁、柱及支撑等杆件，用在壳元基础上凝聚而成的墙元模拟剪力墙，可以较好地模拟工程中的实际受力状态。本结构分析采取多塔上连接形式，楼板选用弹性楼板，计算结果如下: 结构自振周期 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 周期(s) 2.61 2.30 2.18 2.17 1.39 0.99 0.75 0.65 0.59 0.57 振型 T11 T12 T13 T14 T15 T16 T17 T18 T19 T20 周期(s) 0.54 0.52 0.39 0.38 0.37 0.33 0.31 0.29 0.27 0.26 振型 T21 T22 T23 T24 T25 T26 T27 T28 T29 T30 周期(s) 0.25 0.23 0.20 0.20 0.19 0.18 0.17 0.14 0.14 0.12 ? 地震基底剪力Q0及地震弯矩