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3. 荷载作用
3.1 重力荷载
结构自重包括楼板、梁、柱、墙重量，按各自容重由程序计算。办公区考虑吊顶、架空地板、管线等做法恒荷载取1.6kN/m2，活荷载考虑隔墙及高端办公需要取4.5kN/m2，外墙考虑幕墙，附加恒载取1.5 kN/m2。其他部分根据建筑做法和使用功能取相应荷载。
3.2 风荷载
地貌类型取C类。考虑建筑物超高及重要性，基本风压取0.9 KN/ m2，重现期为100年。风荷载体型系数按照《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2002）第3.2.5条取1.4，高度系数、风振系数按照规范取值。同时在加拿大RWDI风洞试验室进行了测压、测力风洞试验研究。风洞试验结果和中国规范计算值对比见下表。结果表明，单方向规范标准计算值略高于风洞试验结果。考虑顺风向、横风向及扭转三向组合后，风洞试验结果略高于规范值。设计采用风洞试验结果。
RWDI风洞试验结果表明，10年重现期塔楼顶部风振加速度为0.109m/s2，满足舒适度要求；考虑10年重现期台风顶部风振加速度为0.259m/s2，超出舒适度要求，设计拟加装TMD（调质阻尼器）来控制和减小塔楼的风振加速度。
3.3 地震作用
本工程所处地区场地类别Ⅲ类，小震反应谱曲线大于6s衰减段按规范规定延伸取值，中大震反应谱曲线大于6s衰减段偏安全取平。多遇地震水平峰值加速度为35gal，罕遇地震水平峰值加速度为220gal。X，Y，Z三向地震作用效应组合系数为1:0.85:0.65。反应谱参数及其曲线如下表和下图所示，其中各地震作用水准下考虑了填充墙刚度影响周期折减。
|
地震作用水准 |
阻尼比ξ |
地震影响系数最大值 αmax |
特征周期Tg/s |
周期折减系数 |
|
多遇地震 |
0.035 |
0.09 |
0.45 |
0.85 |
|
设防烈度地震 |
0.04 |
0.248 |
0.45 |
0.9 |
|
罕遇地震 |
0.05 |
0.5 |
0.5 |
1.0 |
3.4 荷载效应组合
考虑恒荷载、活荷载、风荷载（包括横风向风振）、地震作用（包括三向地震及单向偶然偏心）等各种效应组合，共计129种。
其中：
-
小震反应谱抗震组合时考虑承载力抗震调整系数YRE；
-
核心筒底部加强区内力调整；
-
载力计算中考虑外框架小震作用效应放大系数；
-
横风向风振采用三向同时输入，均方根法效应组合；
-
中震弹性：考虑荷载分项系数，材料取设计强度，考虑承载力抗震调整系数YRE；
-
中震不屈服：荷载分项系数为1，材料取标准强度，承载力抗震调整系数为YRE=1；
-
中震基本弹性：荷载分项系数为1，材料取标准强度，考虑承载力抗震调整系数YRE。
4. 整体结构性能[1,3,4]
结构计算主要采用ETABS9.2.0软件，其中梁、普通柱采用杆单元，楼板、墙体及巨柱采用壳单元。
4.1 模态分析
第1，2阶为结构45°方向平动主振型，第3阶为扭转主振型，第15阶为竖向主振型，第1扭转周期/第1平动周期=3.380/8.530=0.396<0.85，满足规范的要求。
4.2 刚重比
塔楼沿高度方向逐渐内缩，下部大上部小，更多的质量集中在塔楼的下半部分，考虑下重上轻的因素后，整体结构折算刚重比如下表。
|
楼层 |
方向 |
EJ/kN/m2 |
G/kN |
EJ/GH2 |
|
STORY1 |
X |
3.33E+12 |
6592E+06 |
1.75 |
|
STORY1 |
Y |
3.31E+12 |
6592E+06 |
1.74 |
其中G=1.2恒载+1.4活载，为重力荷载设计值，如上表可见刚重大于1.4，小于2.7，因此结构整体稳定性满足要求，但需考虑重力二阶效应影响。
4.3 最大层间位移角及顶点位移
4.4 小震反应谱作用剪重比
剪重比=本层剪力/本层及本层以上总重力荷载代表值，如图所示。底部楼层剪重比1.02%，少数楼层的剪重比略小于1.2%，满足规范的要求。
4.5 小震反应谱作用内筒外框结构剪力分配
小震反应谱作用下内筒外框结构楼层剪力分配如下图所示。剪力分布突变处为带状桁架及伸臂楼层；层35以下，巨柱向内侧倾斜，外筒承担剪力约占同层总剪力的50%；层35~95巨柱竖直，外筒承担剪力约占同层总剪力的15%，占基底总剪力7%~10%；95层以上巨柱向内侧倾斜，外筒承担剪力约占同层总剪力21%。
4.6 小震反应谱作用内筒外框结构倾覆弯矩分配
小震反应谱作用下内筒外框结构楼层倾覆弯矩分配如下图所示。外框结构承担的倾覆弯矩占总倾覆弯矩的70%。
4.7 抗震性能指标
|
地震作用 |
多遇地震 |
设防烈度地震 |
罕遇地震 |
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最大层间位移角 |
1/500 |
1/200 |
1/120 |
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核心筒墙 |
弹性 |
基本处于弹性状态 |
允许进入塑性，底部加强区满足大震下抗剪截面控制条件 |
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连梁 |
弹性 |
允许进入塑性 |
允许进入塑性，最大塑性角小于1/50 |
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巨柱 |
弹性 |
基本处于弹性状态 |
允许进入塑性，钢筋应力可超过屈服强度，但不能超过极限强度 |
|
巨型支撑 |
弹性 |
中震弹性 |
不进入塑性，钢材应力不可超过屈服强度 |
|
周边桁架 |
弹性 |
中震弹性 |
不进入塑性，钢材应力不可超过屈服强度 |
|
伸臂桁架 |
弹性 |
中震不屈服 |
允许进入塑性，钢材应力可超过屈服强度，但不能超过极限强度 |
|
塔尖钢结构 |
弹性 |
中震弹性 |
允许进入塑性，钢材应力可超过屈服强度，但不能超过极限强度 |
|
其他构件 |
弹性 |
中震不屈服 |
允许部分进入塑性 |
|
节点 |
中震保持弹性，大震不屈服 |
||
内筒底部轴压比0.5；巨柱底部轴压比0.61，小震组合下无拉力出现。工程主要由风荷载组合和中震作用组合控制，伸臂弦杆最大应力水平0.85fy，腹杆最大应力水平0.72fy；空间带状桁架外桁架弦杆最大应力水平0.43fy，腹杆最大应力水平0.69fy，内桁架弦杆最大应力水平0.78fy，腹杆最大应力水平0.54fy。角桁架弦杆最大应力水平0.70fy，腹杆最大应力水平0.29fy；巨型钢斜撑最大应力水平0.82fy。
对工程进行动力弹塑性分析的结果表明[2],部分连梁出现损伤；核心筒剪力墙的受压损伤主要表现在：内腹墙出现纵向受压损伤带、层95与伸臂桁架相连的4个角部剪力墙局部损伤、层81核心筒收进位置局部损伤等几种典型情况，核心筒翼墙没有出现明显受压损伤；巨柱混凝土在转折位置及与伸臂桁架连接位置出现局部开裂，型钢未屈服；伸臂桁架、周边桁架及巨型支撑均不屈服。
（未完待续）
转自：CCDI高成结构-公众号
“转自：CCDI高成结构-公众号”公众号
