上海国际设计中心的结构分析与设计

王培

【摘要】上海国际设计中心为平面、立面不规则的复杂双塔连体结构。本文结合其工程特点，首先比较了结构在多遇地震下单体结构的受力性能变化。结果表明，连体的设置增大了主楼地震作用。然后对连体楼板应力分布进行了分析。最后在上述分析的基础上，对设计提出了建议。

【关键词】复杂结构 连体结构 结构分析

1 工程概况

上海国际设计中心位于上海市杨浦区，与同济大学隔路相望。该工程地上部分由主、副楼和连体三部分组成：主楼地上24层，结构高度为96m，平面呈矩形；副楼位于主楼东侧，两楼净距为17.5m，副楼地上12层，结构高度为48m。副楼从首层开始设置斜柱向外逐层挑出1.05m，共12层，立面呈上宽下窄的梯形状；地上11～12层处主副楼通过钢结构框架连成整体，形成h型不等高双塔连体结构。主、副楼均采用了钢框架-混凝土核心筒体系，连体在12层采用整层桁架形式，并采用吊杆吊住11层连体楼层钢梁。由于本工程为双塔连体结构，且部分楼层开洞面积大于该层面积的30%，所以本工程属平面、立面特别不规则的复杂高层建筑。

本工程抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为三组，场地类别为Ⅳ类。内筒材料采用C40、C30两种混凝土，压型钢板楼盖浇注C30混凝土，框架梁、柱均采用Q345B钢材。主楼典型框架柱为？ 550×550×25×25，典型框架梁HN600×200×11×17，副楼典型框架柱？400×400×16×16，框架梁HN500×200×10×16；连体弦杆HN700×300，竖直腹杆、吊杆钢管？203×10，斜腹杆？90高强度钢拉杆，核心筒厚度为400～200mm，楼板标准层厚度为130mm，连体部分为150mm。建筑效果图如下。

2结构计算与分析

（1）楼层位移

X方向：原结构主楼层位移略大于主楼单体，而原结构副楼位移小于副楼单体；Y方向：原结构主楼位移与主楼单体相差很小，而原结构副楼位移小于副楼单体。

副楼单体X向呈倒三角，在水平地震作用下，基底倾覆弯矩大。在连体作用下，改变了副楼不利的受力形式，主、副楼呈门式结构形式，结构整体性增强，故副楼位移减小。在Y向上，连体的设置减小了副楼扭转的不利影响，使得原结构副楼的位移减小。和副楼相比，主楼质量大且分布均匀，所以受连体影响小，只是受到连接体传来的副楼不利作用，位移稍有变大。由于连体部分在垂直面内的轴向刚度及抗弯刚度大于水平面内的刚度，所以连体结构X方向上主副楼变形协调，位移相同，但Y方向上原结构主副楼变形不一致，位移不同。

（2）位移比

结构主楼单体、副楼单体、整体的扭转位移比均满足规范要求，其中副楼单体的扭转较大。通过连体的连接，加强了两塔楼之间的联系，改善了副楼扭转的不利影响。 （3）楼层剪力

原结构中主楼在连体部分剪力发生突变，连体的参与改变了结构竖向刚度的分布，造成了质量、刚度突变，因此产生剪力突变。由于连体竖直面内的刚度大于水平面内刚度，X向传力要比Y向有效，因此X向剪力变化比Y向明显。原结构主楼连体以上部分在副楼产生的不利作用下，剪力增大。同时副楼X方向连体部分剪力增大。这是由于两楼单体连接以后，13层以上楼层侧向刚度小，12层以下侧向刚度大，下部连体楼层形成上部楼层的底盘效应引起的。底部剪力方面：由于连体作用，减小了副楼的X、Y向剪力，这对于副楼是有利的。主楼X、Y方向略有增大，但增大不明显。

（4）基底倾覆弯矩

由于副楼单体立面呈上宽下窄的梯形状，受力很不利。但连体的设置有利于减小了副塔楼的倾覆弯矩。在X向地震作用下，由于连体的作用使两塔楼协同工作，塔楼的轴力抵消了除筒体底部倾覆弯矩外的多余的弯矩。可见框架柱和内筒一起形成了类似门式结构的抗倾覆体系，抗倾覆能力加强。而在Y向地震作用下，没有形成巨型框架的作用。

（5）柱子受力

連体的存在对结构外侧边柱影响不大，但对内侧柱子影响很大，轴力明显减小。可见在X向上框架柱和内筒一起形成了类似门式结构的抗倾覆体系。两塔楼中对不规则的副楼影响较大。此外，连体对角柱的影响大。由于副楼的不规则性，使得在两种方向地震作用下副楼柱子受连体的影响大。

（6） 侧向荷载作用下楼板受力

X方向中震作用下，连体部分的楼层受力：连体部分正应力不大，在与主塔楼相接处大致在5N/mm2。两塔楼部分：沿X向，主塔楼核心筒左、右两侧直至外框柱之间楼板、副塔楼连接两筒体的楼板，混凝土筒体角部正应力较大，最大应力达到15.61N/mm2。Y方向地震力作用下，连体部分楼板的正应力不大，在与主塔楼相接处大致在3 N/mm2。两塔楼部分沿Y向，主塔楼核心筒左、右两侧直至外框柱之间楼板、副塔楼连接两筒体的楼板，混凝土筒体角部正应力较大，最大应力达到12.29N/mm2。

（7） 连体杆件受力

在中震的荷载组合下，以X向作用为例，轴力方面：桁架轴力最大值出现在上弦与主塔楼相交的位置，最大值为1097KN（受压），中间弦杆为956KN，下弦杆受拉最大值为264KN，斜撑由于要承担剪力作用，受到较大的拉力，各弦杆剪力在250KN左右，上下弦杆的在与塔楼相连接的弯矩较大，为900 KN·m。

3 结论与建议

（1）副楼单体的不利响应得到主楼单体的帮助，使塔楼不利的动力响应得到调整，而主楼单体的动力响应变大。

（2）由于连体的作用，两塔楼协同工作，塔楼的轴力抵消了除筒体底部倾覆弯矩外的多余弯矩。框架柱和内筒一起形成了类似门式结构的抗倾覆体系，抗倾覆能力加强。

（3）连体的存在对结构外侧边柱影响不大，但对内侧柱子影响较大，轴力明显减小。连体对角柱的影响大，应特别注意控制这些杆件的应力比。

（4）核心筒四周、连体与塔楼连接处是连体桁架所在楼层处楼板主拉应力比较集中的区域，应增大板厚、加强配筋或加面内支撑。对于平面中楼板开大洞处及局部凹进处，洞口周边楼板局部加厚，双层双向配筋，并适当加大配筋率以减小楼板开裂。

（5）应重视连体楼层及其上下二层的延性设计。增大主塔楼连体以上2～3层的刚度和强度；增大副塔筒体的抗侧刚度，以改善整体结构的抗扭性能。重视连体桁架构件与节点的抗震设计，保证构件的整体与局部稳定及构件间的有效连接。

参 考 文 献

【1】徐培福，傅学怡 复杂高层建筑结构设计. 中国建筑工业出版社 2005

【2】《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2010）

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