上海环球金融中心巨型柱的设计与施工
四年级 其它 1563字 1331人浏览 zhaoxl_1991

上海环球金融中心巨型柱的设计与施工

郭献群

构造计画研究所 上海代表处

摘要:首先介绍了上海环球金融中心的结构体系,其次针对巨型柱截面设计进行了专门讨论,然后对结构的抗震设计和施工中的问题进行了探讨。

关键词:巨型柱; 抗震设计;施工 英文名称

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1. 结构体系

上海环球金融中心是核心筒体系,以混凝土结构为主,在核心筒边缘部分有适当部分的钢结构,以协调核心筒边缘部分构件的轴压比,也使得核心筒与伸臂桁架的连接更加安全有效。外围结构是巨型斜支撑结构,主要是轴向受力杆件,与巨柱的受力性能有很大差异。在28层和52层分别设置了外伸桁架。每个标准层是58m×58m 的正方形,结构的主轴方向并不是正方形的两条互相垂直的边,而是45°方向。每边有一根巨型柱,其中两根又各自分为两根柱,因此结构中共有六根柱。核心筒与外伸桁架相连部位埋入含钢量很高的钢结构框架,以便与外伸桁架相连。除巨柱需承担重力及巨型斜撑传递的轴力外,其他柱由于只承担重力,因此截面尺寸较小,因此办公楼空间较为开阔。由于巨型斜撑传递到巨柱的轴力较大,因此巨柱需埋较大尺寸的钢结构构件。

2. 巨型柱截面

混凝土采用C40 ~C60、一部分采用高流动化混凝土,钢筋全部采用三级钢,即钢材屈服强度为400 Mpa 、纵筋直径36mm 与40mm ,水平筋纵筋直径16mm ,钢骨采用A572-Gr50 (Fy = 345 Mpa),板厚 50 mm~80mm。

本结构中巨型柱有两种,分别称为巨型柱A 和巨型柱B ,两种截面都比较复杂。巨型柱A 的截面积范围为22.8 ㎡~9.7 ㎡,纵筋配筋率控制在2.0%~3.5%,型钢含钢率控制在

3.1%~3.6%。拉筋配筋率大于0.6 %,箍筋配筋率大于0.6 %。巨型柱B 的截面积范围为21.9 ㎡~5.8 ㎡,纵筋配筋率控制在2.0%~4.5%,型钢含钢率控制在2.9%~3.5%。拉筋配筋率大于0.6 %,箍筋配筋率大于0.6 %。 初步设计中主要采用D50、D60钢筋,在深化设计中改成了D36、D40钢筋,避免了D50、D60钢筋节点施工难度较大的问题,但使得箍筋和拉筋施工较为繁琐。

3. 设计方针与设计结果

中国抗震设计的基本原则为“中震可修,大震不倒”,在此原则下,对四种强度的地震作用(如表1)下的巨型柱截面强度进行核查,并对于不同的机构构件和地震类别考虑不同的安全系数。与风荷载组合后,巨型柱的应力比基本在0.5以下。地震力组合作用下的巨型柱轴压比 应全部保持在0.65以下,在外伸桁架层及其上、下相邻一层,巨型柱轴压比在0.6以下。

表1 不同强度地震的峰值加速度

表2 不同结构构件的安全系数

对结构进行推覆分析与时程分析,两种分析结果均显示建筑物於罕遇地震下仍处于弹性阶段。其中推覆分析中推覆曲线非线性部分主要被巨型斜撑塑性铰支配,少量或无巨型柱轴向铰。时程分析中巨型斜撑应力比一般 高于巨型柱和核心筒应力比,巨型柱应力比较低。

本结构进行了1:50的缩尺振动台试验,振动台试验对结构在大震作用下处于弹性进行

了验证。巨型柱与巨型斜撑与带状桁架间节点也在同济大学进行了试验,验证了此节点在大震和大风下处于弹性阶段。

图1 上海环球金融中心缩尺振动台试验

图2 上海环球金融中心典型节点试验

4. 施工过程中的问题与对应

(1)巨型柱的截面变化并内倾斜的对应给模板工程带来很大的问题,模板位置很难精确控制,从而影响保护层厚度。因此外模板采用DoKa 油压自动升模系统,起到了比较好的作用。

(2)不规整截面形状引起的钢筋密集问题,应对措施为提高混凝土流动性指标、加强工地配筋检查及指导和型钢上预设焊接拉筋箍筋的连接板。

(3)核心筒与巨型柱的不同沉降的问题,应对措施为外伸桁架斜杠设置临时活动节点。 中英文参考文献