上海中建大厦结构设计与研究 一陈留国 上海中建大厦结构高度１４０米，采用钢筋混凝土框架核 心筒结构体系，属于超限超高层建筑，其平面呈三角形，扭 转效应明显，部分区域因建筑立面要求采用了斜柱，二层楼 面因大堂挑空大面积缺失。通过对其结构特点的研究，设计 中采用了相应的针对性措施，计算结果和分析表明，本工程 结构体系布置合理、加强措施有效，具有良好的抗震性能。 １．项目概况 上海中建大厦位于上海市浦东新区陆家嘴金融贸易区内 ２—１１—５地块，总占地面积９１８９．８平方米，建筑面积约 ９０２４７平方米。 建筑内容包括一幢３２层的办公塔楼，二层商业裙房和四 层地下室。塔楼主屋面高度１ ４０米，局部钢屋架高度１ ６８米。 工程结构设计使用年限为５０年，建筑结构的安全等级为二 级，结构重要性系数取１．０。抗震设防烈度为７度，设计地震分 组为第一组，设计基本地震加速度值为０．１ｇ，场地类别为ＩＶ 类，场地特征周期０９ｓ，建筑抗震设防类别为丙类建筑。 风荷载设计按上海地区１００年一遇基本风压Ｏ．６ｋＮｉｔ４， 地面粗糙度为Ｃ类，体型系数取为１．４。 ２．基础设计 本项目有４层地下室，开挖深度约１８．４Ｏ米。由地质报告 可知本地块缺失第０２、０８层土，地表填土层较厚。根据场地 环境和地质情况，采用桩筏基础，塔楼部分筏板厚度２．３ｍ， 桩基础为直径８５Ｏｍｍ的钻孔灌注桩，桩基持力层选用０７１ｂ 层，有效桩长约４０米，单桩抗压承载力特征值３８４ｏＫＮ。 裙楼及纯地下室部分筏板厚度１．０ｍ，其下布置直径 ６００ｍｍ的钻孔灌注桩，单桩抗拔承载力特征值８００ＫＮ。 地下室外墙采用两墙合一、厚度为１ｍ的地下连续墙，设 计能承受施工及正常使用状态下的荷载。 ３．结构体系和特点 主塔楼平面形状近￣．ｔ－角形，长约６８ｍ，宽约４２ｍ，高 宽比３．５，长宽比１．６，采用钢筋混凝土框筒结构体系。 裙房主屋面高１５０１ｍ，局部１８．３３ｍ，平面形状近似平 行四边形，长约３８ｍ，宽约２８ｍ。裙楼采用钢框架结构体 系，建于首层结构上，与主塔楼之间用伸缩缝兼抗震缝分成 两个的单元。 ３．１本工程结构超限的判断 参照《上海市超限高层建筑抗震设防管理实施细则》的 具体规定，对照本工程进行以下方面超限判断： ａ本工程高１４０ｍ，框架——核芯筒结构，抗震设防烈度 ７度。超过规范Ａ级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度 （１ ３０ｍ），低于Ｂ级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高 度（１８０ｍ），属高度超限。 ｂ．根据Ｓ ～Ｅ计算结果，在考虑偶然偏心（＋５％）的 地震作用下，主塔楼层竖向构件的最大层间位移与该楼层层 间平均位移比值大干１ ｌ２，属于扭转不规则。 Ｃ．以结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自 振周期比值：Ｔ 厂ｒ１：Ｏ．８２，小于复杂高层建筑限值０．８５。 ｄ．楼板开洞面积。本工程底层２层夹层平面大部分缺失， 开洞面积大于该层面积的３０％，属楼板局部不连续。 ｅ．根据ＳａＴｗｓ计算结果，主塔楼每一楼层侧向刚度均大 于上一层的７０％或其上相邻三层侧向刚度平均值的８０％。均 满足规范要求，结构薄弱层。 ｆ主塔楼不存在竖向抗侧构件内力的转换。 ３＿２针对本工程特点所采取的概念设计及构造措施 ａ．加厚两端墙，增强建筑物周围刚度，控制扭转。由于 主塔楼平面较为狭长，且为不等边三角形，核心简体长宽比 大干２，平面位置偏心，因此扭转效应明显。在满足建筑功能 要求下，在靠近建筑两端的位置上加厚墙体，增强建筑物两 端刚度，在建筑对梁高要求较严的情况下，采用较大梁宽来 增大边框架的刚度，以增强结构抗扭刚度。 ｂ．调整结构第一、二、三自振周期中扭转系数至合理范 围并使Ｔｔ厂ｒ１＜０．８５。同时调整抗侧力构件布置使之均匀对 称，减少质心与刚心之间的偏心，以减少结构的扭转效应。 Ｃ．由于首层大堂挑空，２层楼面板部分缺失，部分层高为 １ ２＿４米，相对第三层５米层高，刚度产生突变。在满足建筑功 能的前提下，适当增大首层竖向构件的截面，严格控制上下 刚度差不超过规范要求，在计算时将首层、二层定义为薄弱 层，地震力放大１．１５倍。二层采用２００ｍｍ厚现浇混凝土楼 板，双层双向配筋进行加强。 ｄ加强结构延性设计。对框架柱、筒体剪力墙底部加强 区等部位采取较严的抗震措施，适当增加其箍筋和纵筋配筋 率。控制剪力墙轴压比＜Ｏ ５，框架柱轴压比＜Ｏ．７５ｏ并且采用 Ｃ６０高强混凝土，用以提高其强度，对于个别轴压比超过 ０．７５的柱采用型钢混凝土结构。 ｅ斜柱区域楼面分析及加强。由于建筑立面造型要求， 在三角形左侧框架柱向外倾斜约２。使框架梁产生向外水平拉 力。使用ＳＡＰ２０００进行局部分析的最不利斜柱结果显示，在 设计楼面荷载作用下最大梁正截面拉应力为Ｏ．２～Ｏ．５Ｎ／ ｍｍ 小于混凝土抗拉设计强度，可以构造处理方式解决。设 计时加强梁、板合理配筋，框架梁上下对称通长配筋。此区 域板双层双向通长配筋，并适当加强。 ｆ屋顶钢结构在主体结构计算分析时的考虑。 根据ＳＡＰ２０００对屋顶钢结构标准区作为子结构的计算结 果，在主体结构分析时，竖向荷载在屋面层每个柱上加 ２５０ＫＮ的竖向集中力和小屋面层附加荷载１０ＫＮ／ｍ 。风荷戴 Ｘ方向、Ｙ方向各考虑３０００ＫＮ，加在屋面核芯筒中部的四个 角上。顶部楼层地震力考虑放大系数１．５倍。 ３．３结构计算结果比较和分析 本工程结构计算均采用ＳＡ］￣ＮＥ、ＥＴＡＢＳ最新版本。 ＳＡＴｖｖＥ为目前我国结构计算常用的程序，程序根据我国现行 的规范编制，并有构件的配筋输出，所以结构的施工图设计 将拟以该程序为参考。 本工程二层楼板缺失较多，在模型中楼面以弹性板考 虑。其余楼层因楼梯、电梯开洞，核心筒内楼板作为弹性板 考虑。 ａ．主要计算结果比较。 从上表可以看出，结构周期比小于０．８５，最大层问位移 ＳＡＴＷＥ计算 ＥＴＡＢＳ计算 结构总重量（ＫＮ） １１０５１７５ １０９６２２８ ｌＴｌ ３ ４２（Ｙ向平动） ３．５０ Ｙ向平动） ｌＴ２ ３．１０（ｘ向平动） ３．１２（ｘ向平动） Ｔ３ ２．８０（扭转） ２．８３（扭转） ｌＴｔ／Ｔ１ ０ ８２ ０．８１ Ｘ向 ｙ向 ｘ向 ｙ向 地震作用基底剪力ＫＮ ２１４１５ ２４９５２ ２３８８７ ２４９６７ （剪重比） （１．９３） （２．２６） （２．１８） （２．２８） 最大层间 地震作用 １／１０８１ １／９７４ １／９７９ １／８１８ 位移角 风作用 １／３１７３ ｔ／１５１４ １／２８３５ １／１４５６ 最大层间 位移比 地震考虑偶然偏心 １．２８ １．３１ １．３２ １．３５ 刚重比 ４．８５ ４ ６５ 该结构刚重比ＥＪｄ／ＧＨ＊＊２大于１．４，能够通过高规（５．４．４）的整体稳定验算，且大于２．７， 可以不考虑重力二阶效应 角小于１／８００，最大层间位移比小于１．４，均满足规范的要 求。 ｂ．弹性时程分析结果与反应谱法结果比较。 此外，结合上海当地经验选用三条地震波（ＳＨＷ１＿２．３） 对结构进行弹性动力时程分析补充计算，弹性时程分析结果 按抗震设计规范的要求与反映谱法的计算结果进行了比较。 弹性时程校核位移基本连续，经比较每条时程曲线计算 ＳＨＷ１ ＳＨＷ２ ＳＨＷ３ 平均值 Ｃ０Ｃ 底部剪力 Ｘ ２０３４３ ２６７０３ １９７７９ ２２２７５ ２１４１５ （ＫＮ） Ｙ ２３９０３ ３Ｉｌ２５ ２０１３８ ２５０５５ ２４９５２ 所得的结构底部剪力均不小于反应谱法求得的底部剪力的 ６５％，且三条时程曲线计算的结构底部剪力的平均值不小于 振型分解法求得的底部剪力的８０％，满足规范要求，部分楼 层弹性时程分析地震剪力平均值大于反应谱法，根据规范要 求在设计计算时对其进行相应放大。 ４．结论 上海中建大厦存在高度超限，平面形状不规则，二层大 开洞，局部区域为斜柱等超限内容。结构设计结合其建筑布 置，在对结构体系及其特点深入分析的基础上，进行了针对 性的加强。 本工程选用的两种不同计算程序，计算结果大致吻合， 位移角、位移比、剪重比、刚重比等主要指标均在规范规定 的合理范围内，竖向构件荷载传力明确，无转换层，侧向刚 度沿高度变化均匀，无结构薄弱层，表明本工程结构体系布 置合理、具有良好的抗震性能。 （作者单位：上海艾奕康咨询有限公司（深圳）上海分公司）
