上海國際設計中心的結構分析與設計

王培

【摘要】上海國際設計中心為平面、立面不規則的復雜雙塔連體結構。本文結合其工程特點，首先比較了結構在多遇地震下單體結構的受力性能變化。結果表明，連體的設置增大了主樓地震作用。然后對連體樓板應力分布進行了分析。最后在上述分析的基礎上，對設計提出了建議。

【關鍵詞】復雜結構 連體結構 結構分析

1 工程概況

上海國際設計中心位于上海市楊浦區，與同濟大學隔路相望。該工程地上部分由主、副樓和連體三部分組成：主樓地上24層，結構高度為96m，平面呈矩形；副樓位于主樓東側，兩樓凈距為17.5m，副樓地上12層，結構高度為48m。副樓從首層開始設置斜柱向外逐層挑出1.05m，共12層，立面呈上寬下窄的梯形狀；地上11～12層處主副樓通過鋼結構框架連成整體，形成h型不等高雙塔連體結構。主、副樓均采用了鋼框架-混凝土核心筒體系，連體在12層采用整層桁架形式，并采用吊桿吊住11層連體樓層鋼梁。由于本工程為雙塔連體結構，且部分樓層開洞面積大于該層面積的30%，所以本工程屬平面、立面特別不規則的復雜高層建筑。

本工程抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10g，設計地震分組為三組，場地類別為Ⅳ類。內筒材料采用C40、C30兩種混凝土，壓型鋼板樓蓋澆注C30混凝土，框架梁、柱均采用Q345B鋼材。主樓典型框架柱為？ 550×550×25×25，典型框架梁HN600×200×11×17，副樓典型框架柱？400×400×16×16，框架梁HN500×200×10×16；連體弦桿HN700×300，豎直腹桿、吊桿鋼管？203×10，斜腹桿？90高強度鋼拉桿，核心筒厚度為400～200mm，樓板標準層厚度為130mm，連體部分為150mm。建筑效果圖如下。

2結構計算與分析

（1）樓層位移

X方向：原結構主樓層位移略大于主樓單體，而原結構副樓位移小于副樓單體；Y方向：原結構主樓位移與主樓單體相差很小，而原結構副樓位移小于副樓單體。

副樓單體X向呈倒三角，在水平地震作用下，基底傾覆彎矩大。在連體作用下，改變了副樓不利的受力形式，主、副樓呈門式結構形式，結構整體性增強，故副樓位移減小。在Y向上，連體的設置減小了副樓扭轉的不利影響，使得原結構副樓的位移減小。和副樓相比，主樓質量大且分布均勻，所以受連體影響小，只是受到連接體傳來的副樓不利作用，位移稍有變大。由于連體部分在垂直面內的軸向剛度及抗彎剛度大于水平面內的剛度，所以連體結構X方向上主副樓變形協調，位移相同，但Y方向上原結構主副樓變形不一致，位移不同。

（2）位移比

結構主樓單體、副樓單體、整體的扭轉位移比均滿足規范要求，其中副樓單體的扭轉較大。通過連體的連接，加強了兩塔樓之間的聯系，改善了副樓扭轉的不利影響。 （3）樓層剪力

原結構中主樓在連體部分剪力發生突變，連體的參與改變了結構豎向剛度的分布，造成了質量、剛度突變，因此產生剪力突變。由于連體豎直面內的剛度大于水平面內剛度，X向傳力要比Y向有效，因此X向剪力變化比Y向明顯。原結構主樓連體以上部分在副樓產生的不利作用下，剪力增大。同時副樓X方向連體部分剪力增大。這是由于兩樓單體連接以后，13層以上樓層側向剛度小，12層以下側向剛度大，下部連體樓層形成上部樓層的底盤效應引起的。底部剪力方面：由于連體作用，減小了副樓的X、Y向剪力，這對于副樓是有利的。主樓X、Y方向略有增大，但增大不明顯。

（4）基底傾覆彎矩

由于副樓單體立面呈上寬下窄的梯形狀，受力很不利。但連體的設置有利于減小了副塔樓的傾覆彎矩。在X向地震作用下，由于連體的作用使兩塔樓協同工作，塔樓的軸力抵消了除筒體底部傾覆彎矩外的多余的彎矩?？梢娍蚣苤蛢韧惨黄鹦纬闪祟愃崎T式結構的抗傾覆體系，抗傾覆能力加強。而在Y向地震作用下，沒有形成巨型框架的作用。

（5）柱子受力

連體的存在對結構外側邊柱影響不大，但對內側柱子影響很大，軸力明顯減小?？梢娫赬向上框架柱和內筒一起形成了類似門式結構的抗傾覆體系。兩塔樓中對不規則的副樓影響較大。此外，連體對角柱的影響大。由于副樓的不規則性，使得在兩種方向地震作用下副樓柱子受連體的影響大。

（6） 側向荷載作用下樓板受力

X方向中震作用下，連體部分的樓層受力：連體部分正應力不大，在與主塔樓相接處大致在5N/mm2。兩塔樓部分：沿X向，主塔樓核心筒左、右兩側直至外框柱之間樓板、副塔樓連接兩筒體的樓板，混凝土筒體角部正應力較大，最大應力達到15.61N/mm2。Y方向地震力作用下，連體部分樓板的正應力不大，在與主塔樓相接處大致在3 N/mm2。兩塔樓部分沿Y向，主塔樓核心筒左、右兩側直至外框柱之間樓板、副塔樓連接兩筒體的樓板，混凝土筒體角部正應力較大，最大應力達到12.29N/mm2。

（7） 連體桿件受力

在中震的荷載組合下，以X向作用為例，軸力方面：桁架軸力最大值出現在上弦與主塔樓相交的位置，最大值為1097KN（受壓），中間弦桿為956KN，下弦桿受拉最大值為264KN，斜撐由于要承擔剪力作用，受到較大的拉力，各弦桿剪力在250KN左右，上下弦桿的在與塔樓相連接的彎矩較大，為900 KN·m。

3 結論與建議

（1）副樓單體的不利響應得到主樓單體的幫助，使塔樓不利的動力響應得到調整，而主樓單體的動力響應變大。

（2）由于連體的作用，兩塔樓協同工作，塔樓的軸力抵消了除筒體底部傾覆彎矩外的多余彎矩?？蚣苤蛢韧惨黄鹦纬闪祟愃崎T式結構的抗傾覆體系，抗傾覆能力加強。

（3）連體的存在對結構外側邊柱影響不大，但對內側柱子影響較大，軸力明顯減小。連體對角柱的影響大，應特別注意控制這些桿件的應力比。

（4）核心筒四周、連體與塔樓連接處是連體桁架所在樓層處樓板主拉應力比較集中的區域，應增大板厚、加強配筋或加面內支撐。對于平面中樓板開大洞處及局部凹進處，洞口周邊樓板局部加厚，雙層雙向配筋，并適當加大配筋率以減小樓板開裂。

（5）應重視連體樓層及其上下二層的延性設計。增大主塔樓連體以上2～3層的剛度和強度；增大副塔筒體的抗側剛度，以改善整體結構的抗扭性能。重視連體桁架構件與節點的抗震設計，保證構件的整體與局部穩定及構件間的有效連接。

參 考 文 獻

【1】徐培福，傅學怡 復雜高層建筑結構設計. 中國建筑工業出版社 2005

【2】《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ 3-2010）

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