[分享]中国钢结构金奖——大连东港D10、D13地块超高层结构设计分享

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发表于2018-12-17 1264人浏览 2人跟帖总热度:510

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yuanyuan996

中国钢结构金奖——大连东港D10、D13地块超高层结构设计分享

项目信息

建设地点：大连市东港区

结构类型：超高层办公及住宅

结构高度：最高塔楼249.35m

建筑面积：556377㎡

所获荣誉：中国钢结构金奖

近日由四院担当设计的大连东港D10、D13地块项目顺利竣工，该项目位于东港商务区核心地段，由两栋高250m塔楼（D10地块）及两栋高200m塔楼（D13地块）组成超高层建筑群组，是恒力地产在大连未来的城市新核和价值高地打造的高端综合体项目。项目建成后已成为大连东港的新地标和大连高端住宅的标杆。

该项目整合了国际国内一流团队鼎力打造，方案由美国MG2公司与同济设计集团联合呈现，设计四院承担初步设计至施工图阶段的具体设计工作。本期“构思”我们将分别对这两个地块的超高层结构设计进行介绍。

D10地块概况

业主：恒力地产

建筑性质：办公及公建式公寓

建设地点：大连市东港区

结构高度：最高塔楼249.35米

层数：地下3层，地上68层

抗震设防烈度：7度（0.1g），并按安评报告提高

结构难点与挑战

1.结构整体高宽比较大——以幕墙顶算，整体高宽比达到7.7，而国内一般200~250米的建筑合理高宽比为4.5~6左右，过大的高宽比使抗侧力体系的设计成为挑战。

2.核心筒高宽比较大——为满足业主得房率需求，核心筒面积受限，高宽比达到21，核心筒面积仅为17%，而国内一般200~250米的建筑核心筒高宽比多为10~18。

3.风荷载极大——本项目濒临海边，为A类场地；基本风压0.65Kpa，由于本项目四栋塔楼相互间距较近，为准确考虑风力相互干扰的群体效应、保证抗风设计的可靠性及准确性，委托专业机构进行了风洞试验，试验得到的基本风压约为规范数值的1.33倍。同时建筑形体方正，风振效应明显。

4.安评地震力很大——本工程抗震设防烈度为7度0.1g，根据安评报告结果，水平地震影响系数的最大值为0.141，是规范数值的1.76倍

安评反应谱与规范谱对比

综上，较弱的抗侧体系和较大的水平荷载之间的矛盾，是本项目设计过程中遇到的最大挑战。同时考虑业主对立面开敞视野和施工速度的要求，如何合理地选择结构体系直接决定了项目的成败。

结构体系

结合前述难点，综合考虑造价及施工周期等因素，经多方案比选后最终采用矩形钢管混凝土框架+加强层（伸臂桁架+环带桁架）+核心筒的结构体系。

核心筒呈矩形，由于面积较小，根据受力需要在剪力墙内设置型钢。虽增加了一定的用钢量，但全楼可为业主增加近6500m2的套内面积，综合效益明显。

外框架采用矩形钢管混凝土柱（CFT柱），最大限度减少结构构件对视野的干扰，同时有利于加快施工进度。框架梁采用宽翼缘H型钢，外圈联系外框柱的环向钢梁与外框柱刚接，连接外框柱与核心筒的辐射钢梁一端与外框柱刚接，一端与核心筒铰接。

公寓层典型平面图（左）和加强层平面（右）

由于本工程塔楼高宽比及核心筒高宽比均较大，为减小建筑在风及地震作用下的侧移，同时减小核心筒在水平作用下承担的倾覆力矩，降低墙肢在水平荷载下的拉力，结合避难层及设备层共设置三个加强层，层高为4.2m，每个加强层包含3榀沿短向设置的伸臂桁架和一圈环带桁架。同时在顶层，沿短向设置环带桁架。

伸臂桁架及环带桁架示意图

关键设计要点

1.伸臂转换头节点的有限元分析

在加强层部分，伸臂桁架与核心筒内埋型钢连接，伸臂弦杆与腹杆均为箱型截面，过节点域后转换为H型钢截面，以便增加与剪力墙的接触面，保证轴力有效传递至混凝土中。由于该节点存在构件的转换，且各杆件交汇集中，内力较大，为了验证节点设计是否可靠，设计时对节点域进行了应力分析。

2.巨型钢骨节点的灌浆处理

加强层部分的伸臂节点，除杆件汇交外，还有较多加劲板，对核心筒墙体的浇筑带来困难。设计中预先设置好流淌孔并通过模拟确定流淌路线，综合考虑高空施工的可行性和质量，最终确定采用C60灌浆料进行地面灌浆。

3.湿混凝土浇筑对钢管壁的影响

在进行钢管混凝土柱的混凝土浇捣时，混凝土呈流动状态，而单节钢柱的长度约为12m，因此混凝土对底部钢管侧壁产生较大的侧压力，为解决此问题，在每层钢管中部，增加一块横隔板。并采用MidasGen通用有限元软件验算施工阶段湿混凝土状态下的钢管强度。通过分析避免了采用常规设置纵向加劲肋的方法，有效节省了用钢量。

项目信息

建设地点：大连市东港区

结构类型：超高层办公及住宅

结构高度：最高塔楼249.35m

建筑面积：556377㎡

所获荣誉：中国钢结构金奖

看了前面关于D10地块的设计内容，是不是感觉意犹未尽呢？接下来让我们继续了解D13地块的结构设计内容。

项目概况

业主：恒力地产

建筑性质：超高层住宅

建设地点：大连市东港区

层数：地下3层，地上53层

结构高度：192.2米

抗震设防烈度：7度（0.1g），并按安评报告提高

结构难点与挑战

1.整体高宽比较大——平面形状为较规则的长矩形，高宽比为8.6超过规范中“6”的限值，国内一般200~250米的建筑合理高宽比为4.5~6左右

2.纵向短墙较多——为满足建筑南北向开窗面积要求，结构纵向剪力墙短墙较多

标准层平面

3.首层局部转换——底层大堂因建筑功能要求，部分剪力墙不能落地，在二层楼面处设置框支转换结构，且由于建筑门厅挑空的要求，二层楼板需开大洞。

4.风荷载极大——本项目濒临海边，为A类场地；基本风压0.65Kpa，由于本项目四栋塔楼相互间距较近，为准确考虑风力相互干扰的群体效应、保证抗风设计的可靠性及准确性，委托专业机构进行了风动试验，试验得到的基本风压约为规范数值的1.33倍。

5.安评地震力很大——本工程为抗震设防烈度为7度0.1g，根据安评报告结果，水平地震影响系数的最大值为0.141，是规范数值的1.76倍

安评反应谱与规范谱对比

结构体系

D13地块两栋塔楼均采用框架剪力墙结构体系，结构剪力墙尺寸及布置主要考虑控制轴压比、层间位移角、建筑功能需要等因素，底部最大墙肢厚度为400。建筑周边梁高一般为700mm，室内外露的梁高控制在500mm以内，并尽量减少次梁的设置，以增加室内净高，且避免影响建筑美观。为减轻结构自重，住宅室内隔墙多采用100~200厚的轻钢龙骨石膏板，隔墙下不设次梁，方便建筑空间的灵活隔断。

底层大堂处因建筑功能要求，部分剪力墙不能落地，在二层楼面处设置框支转换结构，且由于建筑门厅挑空的要求，二层楼板需开大洞。洞口及转换结构周边板厚均适当加厚，框支柱及框支梁均采用钢骨混凝土结构。

关键设计要点

1.带钢骨剪力墙的设计

对于与框柱柱相邻的剪力墙墙肢，在双向水平荷载作用下（包括双向地震和顺风向及横风向组合工况），处于双向压弯状态，同时构件中存在钢骨，现行规范对于此类情况并未给出明确算法。为保证构件计算的准确性，了解构件的真实受力性态，采用纤维单元法对其进行正截面承载力的计算，采用XTRACT软件对带钢骨剪力墙的墙肢进行纤维剖分，并计算出剪力墙的压弯拉弯的三维包络曲线。