我國超高層建筑結構分析與探討201905

我國超高層建建筑結構分析析與探討丁潔民吳吳宏磊王王世玉同濟大學建筑筑設計研究院院(集團)有限公司2019.05匯報內容我國超高層建建筑發(fā)展現狀狀超高層建筑發(fā)發(fā)展特點超高層建筑結結構設計新技技術300m級與500m級超高層建筑筑結構設計探探討結論及展望一、我國超高高層建筑發(fā)展展現狀1.1建筑高度1.2分布地區(qū)1.3小結一、我國超高層建建筑發(fā)展現狀狀1.1建筑高度截至2018年5月底，我國已建成250m以上的超高層層建筑共170幢。超高層建筑主主要集中在250~300m，約占64%。500m以上已建成超高層建筑僅僅有4幢，分別為上海中心大廈廈（632m）、平安金融融中心（599.1m）、廣州周大大福金融中心心（533m）、臺北101大廈（508m）。一、我國超高層建建筑發(fā)展現狀狀1.1建筑高度截至2018年5月底，我國在建250m以上的超高層層建筑共84幢。在建的超高層層建筑主要集集中于250~300m與300~400m，分別占48%和36%。500m以上在建超高層建筑有有8幢，典型的有武漢綠地中心心（636m）、天津高銀117大廈（596.6m），中國尊大大廈（528m）、合肥恒大大國際金融中中心（518m）等。一、我國超高層建建筑發(fā)展現狀狀1.2分布地區(qū)250m以上建成超高層建筑250m以上在建超高層建筑我國已建成的超過過250m的超高層建筑筑主要分布于珠三角、長三三角等經濟發(fā)達區(qū)區(qū)域，建筑數數量分別占34%和29%。我國正在建的超過過250m的超高層建筑筑在珠三角、長長三角地區(qū)分分布比例減少少，分布明顯顯向西部地區(qū)區(qū)轉移，西南地區(qū)約占占26%，西北地區(qū)約占占9%。地區(qū)分布一、我國超高層建建筑發(fā)展現狀狀1.2分布地區(qū)250m以上建成超高層建筑250m以上在建超高層建筑我國已建成的超過250m的超高層建筑筑主要分布于于6度及7度（0.1g）地區(qū)，約占占77%；7度（0.15g）及以上高烈烈度地區(qū)數量約占23%。我國正在建的超過250m的超高層建筑筑分布仍以6度及7度（0.1g）地區(qū)為主，但8度以上高烈度度地區(qū)數量明顯增加，約占14%?？拐鹪O防烈度度一、我國超高層建建筑發(fā)展現狀狀1.2分布地區(qū)250m以上建成超高層建筑250m以上在建超高層建筑我國已建成的超過過250m的超高層建筑筑中，位于風壓壓大于0.5kN/m2的強風地區(qū)的的數量約占總總數的43%。我國正在建的超過250m的超高層建筑筑中，位于風壓壓大于0.5kN/m2的強風地區(qū)的的數量有所減小，約占總數的的32%?；撅L壓一、我國超高層建建筑發(fā)展現狀狀1.3小結截至2018年5月底，我國已已建成250m以上超高層建筑筑共170幢；在建250m以上超高層建建筑共84幢；我國已建成的的250m以上超高層建建筑主要分布布于珠三角、長三三角等經濟發(fā)達區(qū)區(qū)域；受“一帶一路””政策影響，我我國在建的250m以上超高層建建筑分布區(qū)域域明顯向西部地區(qū)轉移移，約占35%；對于我國在建的250m以上超高層建建筑，位于8度以上高烈度度地震區(qū)的建筑數量明顯增加（約約占14%）；位于基本風風壓大于0.5kN/m2強風地區(qū)的建筑數量有所減?。s約占32%）。二、超高層建建筑發(fā)展特點點2.1建筑功能2.2結構體系2.3結構材料2.4小結二、超高層建筑筑發(fā)展特點2.1建筑功能19301940克萊斯勒大廈廈（319m）帝國大廈（381m）約翰漢考克中中心（344m）世貿中心（417m）19802000吉隆坡石油雙雙塔（452m）廣州中信廣場場（390m）日本LandmarkTower（296m）建筑功能辦公樓為主辦公樓為主辦公樓、酒店21世紀以前二、超高層建筑筑發(fā)展特點2.1建筑功能2000臺北101508m上海環(huán)球金融融中心492m迪拜AlmasTower360m美國特朗普國國際酒店423m2020沙特國王塔1000m迪拜哈立法塔塔828m上海中心632m建筑功能綜合體為主2000~2020中國尊528m平安金融中心心599.1m二、超高層建筑筑發(fā)展特點2.2結構體系各結構體系在在不同高度超超高層建筑中中的分布250m以上的超高層層建筑結構一一般主要采用用4種結構體系：框架-核心筒、框筒-核心筒、巨型框架-核心筒和巨型框架-核心筒-巨型支撐。框架-核心筒、框筒筒-核心筒適用于高度250~400m的超高層建筑筑。巨型框架-核心筒、、巨型框框架-核心筒-巨型支撐撐適用于高高度400m以上的超高層層建筑。。二、超高層層建筑發(fā)發(fā)展特點點2.3結構材料料高度250m以上超高高層建筑筑的材料料使用情情況（1）超高層層建筑所所采用的的材料可可分為三三類：鋼結構、混凝土結結構和鋼-混凝土混混合結構構。（2）超高層層建筑采采用的材材料主要要以混合結構構為主，約占77%；其次為為混凝土土結構，，約占19%；純鋼結結構應用用最少，，約占4%。（3）鋼-混凝土混混合結構構是將鋼與與混凝土土組合而而成的結結構體系系，可有有效發(fā)揮揮鋼與混混凝土自自身優(yōu)點點，因此此，超高高層建筑筑中，鋼-混凝土混混合結構構應用最最為廣泛泛。一、我國超高高層建筑筑發(fā)展現現狀2.4小結隨著社會會經濟的的不斷發(fā)發(fā)展，超超高層建建筑功能能逐漸由由單一功能能為主轉變?yōu)榫C合體形形式；我國250m以上超高高層建筑筑結構主主要采用用4種結構體體系：框架-核心筒、、框筒-核心筒、、巨型框框架-核心筒、、巨型框框架-核心筒-巨型支撐撐；我國250m以上超高高層建筑筑結構材料料主要以以鋼、混凝凝土混合合應用為主。三、超高層層建筑結結構設計計新技術術3.1氣動優(yōu)化化技術研研究3.2風振控制制技術研研究3.3耗能減震震技術研研究3.4高性能材材料的應應用研究究3.5數字化技技術的應應用研究究3.6小結三、超高層層建筑結結構設計計新技術術3.1氣動優(yōu)化化技術研研究隨著建筑高度度的不斷斷增加，結構抗抗側剛度度趨于變變柔、阻阻尼降低低，結構對風風作用更更加敏感感。通過采用用氣動優(yōu)化化技術，可有效效減小結結構風荷荷載響應應，從而而降低結結構造價價。超高層建建筑氣動優(yōu)化化技術改變局部部形態(tài)：：附加開洞洞、附加加擾流翼翼、塔冠冠形態(tài)復雜化建筑物平面外外形優(yōu)化化：平面輪廓廓優(yōu)化、、角部修修正建筑物立立面外形形優(yōu)化：：錐形化立立面、階階梯縮進進平面、、隨高度度改變平平面形狀狀三、超高層層建筑結結構設計計新技術術3.1氣動優(yōu)化化技術研研究（1）建筑物物平面外外形優(yōu)化化——平面輪廓廓優(yōu)化對于超高高層建筑筑來說，，采用矩矩形平面面往往抗抗風效率率低。相相較而言言，平面面為圓形、橢橢圓形、、三角形形、Y形、月牙牙形的建筑，，對風荷載的敏感性性均沒有有矩形平平面的建建筑強。?，斃{大大樓（圓形平平面）美國鋼鐵鐵大廈（三角形平面））多倫多市市長大廳廳（月牙形形平面））三、超高層層建筑結結構設計計新技術術3.1氣動優(yōu)化化技術研研究（1）建筑物物平面外外形優(yōu)化化——角部修正角部修正正通過改變變分離剪剪切層的的特征，，促使其其再附著著，減小小尾流寬寬度，從從而有效效地降低低阻力和和脈動升升力；同同時，角角部修正正對抑制制氣彈不不穩(wěn)定性性也有效效。對建筑平面面輪廓的的角部修修正主要要有倒角、削削角和圓圓形化等措施。臺北101大廈（削角+倒角）上海中心心大廈（圓弧倒倒角）三、超高層層建筑結結構設計計新技術術3.1氣動優(yōu)化化技術研研究（2）建筑物物立面外形優(yōu)化化——錐形化立立面、階階梯縮進進平面錐形化立立面與階階梯縮進進平面只改變平平面比例尺寸寸，不改改變平面面形狀。錐形化立立面隨高高度變化化，按一一定速度度連續(xù)縮縮小平面面的比例例尺寸。。階梯縮進進每隔一一定高度度，縮小小一次比比例尺寸寸。金茂大廈廈（階梯縮縮進）上海環(huán)球球金融中中心（錐形化化+削角）三、超高層層建筑結結構設計計新技術術3.1氣動優(yōu)化化技術研研究（2）建筑物物立面外形優(yōu)化化——隨高度改改變平面面形狀不同的平平面形狀狀對應不不同的斯托羅哈哈數，影響渦渦激共振振產生的的臨界風風速。平平面形狀狀的改變變，擾亂亂脈動風風荷載沿沿高度的的相關性性，削弱弱疊加效效應，從從而減弱弱結構風風致響應應。隨高度改改變平面面形狀的的方法，，主要是是使建筑筑在不同高度度處的平平面形狀狀發(fā)生改改變。210oo180oo150oo120oo90o塔樓外表表皮旋轉轉120o（平面形形狀隨高高度扭轉轉）上海中心心大廈三、超高層層建筑結結構設計計新技術術3.1氣動優(yōu)化化技術研研究（3）改變局局部形態(tài)態(tài)——附加開洞洞通過附加開洞洞改變風場場環(huán)境。。合適的的開洞有有利于控控制建筑筑物整體體的風致致響應，，同時使使建筑更更加美觀觀。相關研究表明明：開洞洞位置選選在0.8H~0.9H時，對減減弱橫風風向風荷荷載最為為有效。上海環(huán)球球金融中中心大連綠地地中心武漢綠地地中心三、超高層層建筑結結構設計計新技術術3.2風振控制制技術研研究超高層建建筑風振振舒適度度問題顯顯著，改改善超高高層建筑筑風振舒舒適度的的措施有有：增大大結構抗抗側剛度度、空氣氣動力學學優(yōu)化、、附加減振振阻尼系系統(tǒng)。常用的附附加減振振阻尼系系統(tǒng)主要要包括：：調諧質量量阻尼器器（TMD）、調諧諧液體阻阻尼器（（TLD）、主動質質量阻尼尼器（AMD）、電磁渦渦流調諧諧質量阻阻尼器（（EC-TMD）等主動質量量阻尼器器（AMD）調諧質量量阻尼器器（TMD）電磁渦流流調諧質質量阻尼尼器（EC-TMD）調諧液體阻尼器（（TLD）三、超高層層建筑結結構設計計新技術術3.2風振控制制技術研研究——調諧質量阻尼尼器（TMD）調諧質量阻尼尼器是由彈簧簧或套索索、質量量塊、阻阻尼器等等組成的的減振系系統(tǒng)，用用來調整系統(tǒng)統(tǒng)的固有有頻率，使之與與主體結結構的控控制振型型形成共振，系統(tǒng)產產生慣性性力，抑制主體體結構振振動。臺北101———1個660噸TMD三、超高層層建筑結結構設計計新技術術3.2風振控制制技術研研究——調諧液體阻尼器（（TLD）調諧液體體阻尼器器是利用晃晃動的液液體吸收收并耗散散結構振振動能量量的附加加阻尼系系統(tǒng)。TLD實質上是是箱體，，部分以以液體（（一般為為水）填填充并置置于結構構頂部。。通過選選擇合適適的TLD箱體尺寸寸和液體體深度，，可將晃晃動的頻頻率“調調諧”至至結構的的自振頻頻率。蘇州國際際金融中中心消防水箱箱兼做TLD（約590t）大連國貿貿中心淺水水箱箱（TLD）置于大大廈頂層層三、超高層層建筑結結構設計計新技術術3.2風振控制制技術研研究——主動質量量阻尼器器（AMD）主動質量量阻尼器器是將結構響應應的反饋饋和結構中中關鍵位位置處激勵的前前饋，經計算算機分析析處理后后向驅動器發(fā)送適當當的消息息，將慣性控制制力施加于結結構實現現振動控控制。Floor902sets上海環(huán)球球金融中中心——2個300噸AMD300噸阻尼器器三、超高層層建筑結結構設計計新技術術3.2風振控制制技術研研究——電磁渦流流式調諧諧質量阻阻尼器（（EC-TMD）電磁渦流流式調諧諧質量阻阻尼器工工作原理理：永磁體導體板電磁感應應定律：導體板在磁場場中切割割磁力線線運動，，會在導導體板中中產生電電動勢，，形成電電渦流。。楞次定律律：電渦流流產生與與原磁場場方向相相反的新新磁場，，形成阻阻礙導體體板運動動的阻尼尼力。能量守恒恒原理：機械能能-電能-熱能，形形成能量量耗散。。三、超高層層建筑結結構設計計新技術術3.2風振控制制技術研研究——電磁渦流流式調諧諧質量阻阻尼器（（EC-TMD）上海中心心大廈首次將電磁渦流流技術引入到超超高層建建筑TMD阻尼系統(tǒng)統(tǒng)中，有有效提高高了TMD的工作效效率與穩(wěn)穩(wěn)定性。。電磁渦流流式調諧諧質量阻阻尼器將TMD重量由1200噸降低到到1000噸，顯著降降低了TMD與主結構構的造價價。塔樓頂部部風致加速速度降低低43%，高端酒酒店舒適適度大幅幅度提高高。三、超高層層建筑結結構設計計新技術術3.3耗能減震震技術研研究阻尼器分類金屬阻尼尼器開孔式軟軟鋼阻尼尼器（HADAS）屈曲約約束耗耗能支支撐（BRB）黏彈性性阻尼器器黏滯類類阻尼尼器黏彈性性阻尼尼器（VED）桿式黏黏滯阻阻尼器器（VFD）黏滯阻阻尼墻墻（VDW）摩擦阻尼器器摩擦阻阻尼器器（FD）常用常用位移型阻尼尼器速度型阻尼尼器三、超高高層建建筑結結構設設計新新技術術3.3耗能減減震技技術研研究——金屬阻阻尼器器金屬阻阻尼器器主要由由軟鋼鋼、低屈服點點鋼和鉛等材料制成成，利用材料屈服時時產生的彈彈塑性滯回回變形耗散能量。超高層建筑筑中常用的的金屬阻尼尼器主要有有屈曲約束支支撐（BRB）、軟鋼阻阻尼器；屈曲約束支支撐（BRB）軟鋼阻尼器器滯回曲線三、超高層建建筑結構設設計新技術術人民日報社社報刊綜合合業(yè)務樓建筑高度：180m結構體系：鋼框架-中心支撐（（BRB）屈曲約束支撐數量：890根屈服機制：屈曲約束支撐在在小震下不不屈服，保保持彈性階階段；在中中震下部分分屈服耗能能；在大震震下多數屈屈服耗能。3.3耗能減震技技術研究——金屬阻尼器器三、超高層建建筑結構設設計新技術術3.3耗能減震技技術研究——金屬阻尼器重慶來福士士廣場建筑高度：356m結構體系：：巨型框架-核心筒減震技術：：采用組合伸臂系統(tǒng)，，在伸臂桁架結構構中應用剪切切型金屬阻尼尼器。組合伸臂系系統(tǒng)示意三、超高層建建筑結構設設計新技術術3.3耗能減震技技術研究——黏滯型阻尼器超高層建筑筑中常用的的黏滯型阻尼器有有黏滯阻尼器器、黏滯阻阻尼墻等。桿式黏滯阻阻尼器黏滯型阻尼器黏滯阻尼墻墻三、超高層建建筑結構設設計新技術術3.3耗能減震技技術研究——黏滯型阻尼器桿式黏滯阻尼器利利用活塞與與缸筒之間間相對運動動時所產生生的壓力差，迫使黏滯滯流體材料料從阻尼孔孔中通過，，從而產生生阻尼力，，通過黏滯耗能耗耗散能量。桿式黏滯阻阻尼器：桿式黏滯阻阻尼器滯回曲線三、超高層建建筑結構設設計新技術術桿式黏滯阻阻尼器的應應用方式：：人字支撐對角支撐阻尼伸臂套索支撐3.3耗能減震技技術研究——黏滯型阻尼器三、超高層建建筑結構設設計新技術術墨西哥市長長大樓建筑高度：：225m結構體系：：鋼結構筒中中筒（外筒筒由外框柱和巨巨型跨層支支撐組成的的框架支撐撐筒，內筒筒為鋼框架支撐結結構）減震裝置：：桿式黏滯阻阻尼器布置形式：：柱間支撐阻尼器數量量：96個3.3耗能減震技技術研究——黏滯型阻尼器三、超高層建建筑結構設設計新技術術山西晉中匯匯通大廈建筑高度：：229.8m結構體系：：框架-核心筒減震裝置：：桿式黏滯阻阻尼器布置形式：：黏滯阻尼伸伸臂阻尼器數量量：16個附加阻尼比比：3.2%（多遇地震震）3.3耗能減震技技術研究——黏滯型阻尼器三、超高層建建筑結構設設計新技術術黏滯阻尼墻安裝于結構構上下層間間，利用結構層間的的相對剪切運動，使內外鋼鋼板之間產產生速度梯梯度引起黏滯材料剪切切滯回耗能能，進而降降低結構的的動力響應應。黏滯阻尼墻：：黏滯阻尼墻墻滯回曲線3.3耗能減震技技術研究——黏滯型阻尼器三、超高層建建筑結構設設計新技術術中國銀聯(lián)運運營中心建筑高度：：150m結構體系：：SRC巨柱（1~4層）+鋼框架（5~33層）+鋼筋混凝土土核心筒減震裝置：：黏滯阻尼墻墻阻尼墻數量：60片性能目標：：底部4根巨柱達到到中震彈性3.3耗能減震技技術研究——黏滯型阻尼器三、超高層建建筑結構設設計新技術術3.4高性能材料料的應用研研究（1）高強鋼材材近些年，隨著鋼材加工工工藝的提高高，高強鋼（通常指屈屈服強度不不小于390MPa）逐漸被人人們重視，，越來越多多的應用于于實際工程程中。相比于普通強度度鋼材，高高強鋼具有有明顯的優(yōu)優(yōu)勢：高強鋼能減小構件尺寸和自重重，增大建筑使用空間；高強鋼能降低鋼材用量，，減少對資資源的消耗；高強鋼能更好地地滿足設計需求。三、超高層建建筑結構設設計新技術術3.4高性能材料料的應用研研究近年來國內內典型超高高層抗側力力結構構件件的鋼材選選材情況：：項目名稱截面類型、最大幾何尺寸鋼材型號上海中心型鋼柱，構件最大截面5300×4300Q390GJ,Q345GJ中國尊大廈鋼管混凝土巨柱，底部4根面積為60.8m2的異型巨柱Q390GJ,Q345GJ+Z15,Z25上海環(huán)球金融中心型鋼柱，構件最大截面2870mm×3150mm，最大壁厚130mmA572-GR50,DI-MC460B,SN490,Q345B央視新臺址型鋼柱，構件最大截面1900×1250Q420,Q390廣州新電視塔鋼管柱斜撐，最大截面φ2000×70，雙向鉸節(jié)點，板厚140mmQ460GJC,Q390GJC,Q345GJC+Z15,Z25深圳京基大廈鋼管柱□2700×3950，最大壁厚100mmQ420GJC,Q345GJC+25廣東煙草大廈復合鋼骨柱，截面900×700×100×100Q420GJC,Q390GJC,Q345GJC+Z15,Z25可見，高強強鋼在超高高層建筑中中的應用已已越來越廣廣泛。（1）高強鋼材材三、超高層建建筑結構設設計新技術術3.4高性能材料料的應用研研究（2）高性能混混凝土由于混凝土土材料造價較低，來源豐富，且具有良好的可塑塑性；同時鋼筋筋混凝土結結構經過合合理的設計計，可獲得得較好的抗震震性能，鋼筋混凝凝土始終是是高層及超超高層建筑筑主要建筑筑材料之一一。傳統(tǒng)混凝土土材料在超高層建筑筑中的應用用也受到一一定限制，主要表現現在：自重過大，混凝土強度不足；混凝土的豎向運輸輸隨高度增增加，難度度不斷增加加；超高層建筑筑施工時混凝凝土振搗困困難；高強混凝土土延性較差。三、超高層建建筑結構設設計新技術術3.4高性能材料料的應用研研究泵送混凝土土、自密實實混凝土纖維混凝土土輕型混凝土土高強混凝土土（2）高性能混混凝土隨著高性能混凝凝土材料的的研制和不不斷發(fā)展，，混凝土的的強度等級級、韌性性性能和運輸輸等困難正正在不斷地地得到改善善。三、超高層建建筑結構設設計新技術術3.4高性能材料料的應用研研究泵送混凝土土、自密實實混凝土流動性好，運輸方方便，施工工簡便，使使高層及超超高層使用用鋼筋混凝凝土結構成成為可能。（2）高性能混混凝土三、超高層建建筑結構設設計新技術術3.4高性能材料料的應用研研究纖維混凝土土具有良好的的耐沖擊、、耐疲勞、、抗爆性能能，大大提提高了混凝凝土的延性性。（2）高性能混混凝土輕型混凝土有利于結構降低重重量，降低低下部混凝凝土強度，，有利于建建筑高度的的提高?；旎炷恋膹姀姸鹊燃壓秃晚g性也不不斷得到改善。三、超高層建建筑結構設設計新技術術3.4高性能材料料的應用研研究高強混凝土目前，混凝土的的強度等級級已經可以以達到C100以上，在高高層建筑中中應用高強強混凝土可可以減小結結構構件的的尺寸，減減少結構自自重。（2）高性能混混凝土項目名稱最高混凝土標號上海中心C70中國尊大廈C70平安金融中心C70上海新天地禮興酒店C80廣州西塔C90沈陽遠吉大廈C100國內典型超超高層高強強混凝土的的工程應用用情況三、超高層建建筑結構設設計新技術術3.5數字化技術術的應用研研究超高層建筑筑設計具有有以下特點點：（1）超高層建筑造型趨趨于復雜化化，給傳統(tǒng)二二維設計帶帶來了巨大大的挑戰(zhàn)；；（2）超高層結結構設計隨隨建筑方案的的改變而不斷調整整，需要不不斷重新建?；蚧蛘{整模型型，從而導致致工作效率率低下；（3）超高層建建筑設備層涉及專業(yè)業(yè)多，設備備管線復雜雜，空間緊緊張，利用傳統(tǒng)統(tǒng)設計手段段，難以協(xié)協(xié)調設備管管線與各專專業(yè)之間的的關系；（4）超高層建建筑鋼構件設計計、建造分分離，導致構件件加工精度度較低，返返工率高，，增加建造造成本與施施工工期。。因此，現代代超高層建建筑設計需需借助數字化技術術進行三維設計。三、超高層建建筑結構設設計新技術術3.5數字化技術術的應用研研究（1）基于數字字化技術的的建筑找形形++三、超高層建建筑結構設設計新技術術3.5數字化技術術的應用研研究（2）基于數字字化技術的的結構設計計RHINO（建筑）+SAP2000（結構）結構師隨形形而動。根據建筑師師調整后的的形體，迅速調整幕墻結結構。利用程序實實現人機互互動。三、超高層建建筑結構設設計新技術術3.5數字化技術術的應用研研究（3）基于數字字化技術的的復雜設備備層協(xié)同設設計復雜設備層層的結構機機電協(xié)同設設計，大幅幅降低現場場安裝工程程的返工率。三、超高層建建筑結構設設計新技術術3.5數字化技術術的應用研研究鋼結構深化化設計模型型提取構件導出加工信信息尺寸信息導導入加工設設備（4）基于數字字化技術的的鋼構件設設計與深化化加工數字化技術術的價值“設計、建建造分離””到“設計計+制造+建造一體化化”提高精度與與效率，降降低成本，，壓縮時間間三、超高層建建筑結構設設計新技術術3.5數字化技術術的應用研研究上海中心大大廈采用數數字化技術術產生價值值：鋼結構構件件損耗不超過2噸機電管線減少60%現場制工作量機電安裝工程減減少90%的焊接、膠膠粘等危險險與有毒有有害作業(yè)機電管道制作預預制率達到到70%三、超高層建建筑結構設設計新技術術3.6小結超高層建筑筑氣動優(yōu)化化技術主要要包括建筑物平面面外形優(yōu)化化、建筑物物立面外形形優(yōu)化、改改變局部形形態(tài)以及建建筑朝向優(yōu)優(yōu)化，設計時，，往往多種優(yōu)化方方式混合應應用，以取得更更好的優(yōu)化化效果；超高層建筑筑舒適度控控制主要通通過附加減振阻阻尼系統(tǒng)的形式保證證，主要包包括調諧質質量阻尼器器（TMD）、調諧液液體阻尼器器（TLD）、主動質量阻尼器器（AMD）、電磁渦渦流式調諧諧質量阻尼尼器（EC-TMD）；耗能減震技技術主要分分為位移型阻尼尼器、速度度型阻尼器器；在超高層層建筑工程程應用中，，主要以金屬阻尼尼器（BRB、軟鋼阻尼尼器），黏黏滯阻尼器器（桿式黏黏滯阻尼器器、黏滯阻阻尼墻）為為主；隨著研究的的不斷深入入，高性能能材料不斷斷被研發(fā)成成功并逐漸漸應用與超超高層建筑筑中，比如如高強鋼、高高性能混凝凝土；隨著社會的的發(fā)展，超超高層建筑筑更加趨于于復雜化，，借助數字化技術術，采用三維設計手段，保證證建筑的順順利實施，，同時可大大幅提高工作效率，保證證設計精度度。四、300m級與500m級超高層建建筑結構設設計探討4.1結構體系4.2控制荷載4.3構件設計4.4節(jié)點設計4.5經濟性分析析4.6小結四、300m級與500m級超高層建建筑結構設設計探討4.1結構體系各結構體系系在不同高高度超高層層建筑中的的分布我國300m級超高層建筑筑結構體系系主要為框架-核心筒結構構體系。框架-核心筒結構構體系的組組成：由梁、柱柱組成的框框架結構布布置在結構構周邊，由由兩個方向向的剪力墻墻和內部隔隔墻構成筒筒體布置在在中間。四、300m級與500m級超高層建建筑結構設設計探討4.1結構體系——300m級超高層建建筑蘭州鴻運金金茂綜合體體建筑信息內容地理位置甘肅·蘭州建筑高度285m結構高度279m建筑面積11.2萬m2抗震設防烈度8度（0.2g）結構體系框架-核心筒加強層布置2道伸臂桁架3道環(huán)帶桁架四、300m級與500m級超高層建建筑結構設設計探討4.1結構體系——300m級超高層建建筑蘭州鴻運金金茂綜合體體——結構體系組組成=++結構整體鋼管混凝土土外框架混凝土核心心筒伸臂桁架+環(huán)帶桁架四、300m級與500m級超高層建建筑結構設設計探討4.1結構體系——300m級超高層建建筑韓城綠地黃黃河中心建筑信息內容地理位置陜西·渭南建筑高度303m結構高度268.6m建筑面積12.2萬m2抗震設防烈度7度（0.15g）結構體系框架-核心筒加強層布置2道阻尼伸臂1道環(huán)帶桁架四、300m級與500m級超高層建建筑結構設設計探討4.1結構體系——300m級超高層建建筑韓城綠地黃黃河中心——結構體系組組成=++結構整體SRC柱型鋼框架架混凝土核心心筒阻尼伸臂+環(huán)帶桁架四、300m級與500m級超高層建建筑結構設設計探討4.1結構體系各結構體系系在不同高高度超高層層建筑中的的分布我國500m級超高層建建筑結構體體系主要為為：巨型框架-核心筒、巨型框架-核心筒-巨型支撐巨型框架結結構的組成成：（1）巨型柱——實腹式鋼骨骨混凝土柱柱、鋼管混混凝土柱、、空間格構構式柱；（2）巨型梁——采用高度在在一層以上上的平面或或空間格構構式桁架，，一般隔若若干層才設設置一道。。四、300m級與500m級超高層建建筑結構設設計探討4.1結構體系——500m級超高層建建筑上海中心大大廈建筑信息內容地理位置上海建筑高度632m結構高度580m建筑面積57.6萬m2抗震設防烈度7度（0.1g）結構體系巨型框架-核心筒加強層布置6道伸臂桁架8道環(huán)帶桁架四、300m級與500m級超高層建建筑結構設設計探討4.1結構體系——500m級超高層建建筑上海中心大大廈——結構體系組組成巨型柱環(huán)帶桁架核心筒伸臂桁架伸臂桁架+環(huán)帶桁架環(huán)帶桁架結構體系：：巨型框架（巨型型柱+環(huán)帶桁架））+核心筒+伸臂桁架四、300m級與500m級超高層建建筑結構設設計探討4.1結構體系——500m級超高層建建筑中國尊大廈廈建筑信息內容地理位置北京建筑高度528m結構高度522m建筑面積43.7萬m2抗震設防烈度8度（0.2g）結構體系巨型框架-核心筒-巨型支撐加強層布置8道環(huán)帶桁架四、300m級與500m級超高層建建筑結構設設計探討4.1結構體系——500m級超高層建建筑中國尊大廈廈——結構體系組組成=+結構整體巨型框架+巨型支撐混凝土核心心筒四、300m級與500m級超高層建建筑結構設設計探討4.2控制荷載一般情況下下，隨著建建筑高度的的增加，結結構風荷載載敏感性越越強，風荷荷載更可能能成為結構構水平控制制荷載。影響超高層層建筑水平平控制荷載載的因素除除建筑高度外，還包括括抗震設防烈烈度、基本本風壓、建建筑體型等。建筑名稱地理位置建筑高度（m）抗震設防烈度基本風壓（kN/m2）水平控制荷載300m級蘭州鴻運金茂綜合體甘肅蘭州2858度（0.20g）0.30地震作用韓城綠地黃河中心陜西渭南3037度（0.15g）0.35地震作用長富金茂大廈廣東深圳304.37度（0.10g）0.75風荷載廈門國際中心福建廈門339.887度（0.15g）0.80風荷載500m級中國尊大廈北京5288度（0.20g）0.45地震作用天津周大福金融中心天津5307度（0.15g）0.50地震作用平安金融中心廣東深圳599.17度（0.10g）0.75風荷載上海中心大廈上海6327度（0.10g）0.55地震作用、風荷載武漢綠地中心湖北武漢6366度（0.05g）0.35風荷載四、300m級與500m級超高層建建筑結構設設計探討4.3構件設計300m級超高層建筑筑多采用框架-核心筒結構體系，框架柱截面面積一般不超過5m2；框架柱截面形形式多為CFT柱（一般無需需分腔）、SRC柱（一般為十十字型鋼骨））；（1）框架柱——300m級超高層建筑筑晉中匯通大廈廈229.8m（SRC柱，2.25m2）深圳匯德大廈廈260.6m（CFT柱，1.32m2）四、300m級與500m級超高層建筑筑結構設計探探討4.3構件設計500m級超高層建筑筑多采用巨型框架-核心筒結構體系，巨型柱截面面積一般不小于10m2；巨型柱截面形式一般為CFT柱或SRC柱。（1）巨型柱——500m級超高層建筑筑上海中心SRC巨柱（5.3mX3.7m，19.61m2）天津高銀117大廈CFT巨柱（45m2）中國尊大廈CFT巨柱（60.8m2）四、300m級與500m級超高層建筑筑結構設計探探討4.3構件設計巨型柱承載力力驗算方法主主要有三種：：規(guī)范計算法、、纖維單元法法、實體單元元法。對于500m級超高層建筑筑巨型柱承載載力的驗算，，往往需要采采用多種驗算方法法相結合，以保證計算算的安全度。。上海中心巨型型柱驗算采用規(guī)范驗算算法與纖維單單元法相結合合的方式，從而即保證證巨型柱承載載力計算的安安全度，同時時又不會過于于保守，節(jié)約約造價。巨型柱截面承載力力驗算方法巨型柱纖維單單元模型（上海中心））承載力驗算（上海中心））（1）巨型柱——500m級超高層建筑筑四、300m級與500m級超高層建筑筑結構設計探探討4.3構件設計巨型柱計算長度確確定500m級超高層建筑筑巨型柱截面面尺寸遠大于一一般框架柱，樓面梁剛度較小，均無法對其形成成有效約束。。因此，巨型柱柱計算長度不能簡單取為為樓層層高。采用分區(qū)巨型框架架模型，通過線彈性屈曲分析，計算巨巨型柱1階屈曲臨界荷荷載，再結合歐拉公式，反推得到計計算長度系數數。巨型框架分區(qū)模型型1階屈曲模態(tài)線彈性屈曲分析析臨界荷載歐拉公式分區(qū)分區(qū)高度/m臨界荷載/kN計算長度/m計算長度系數876.656787132.090.42776.6141122531.790.42674.7251134929.740.40574.7231068734.480.46470.2304218234.340.49370.2430945632.690.47265.7687894731.860.48137.82044221421.600.57（1）巨型柱——500m級超高層建筑筑四、300m級與500m級超高層建筑筑結構設計探探討4.3構件設計巨型柱延性分析巨型柱實體有有限元模型（（ABAQUS）混凝土巨型柱鋼骨鋼筋籠500m級超高層建筑筑巨型柱的延延性對保障結結構抗震性能能至關重要，，設計時，需需對巨型柱進進行精細的有限元元分析。通過建立精細的有限元元模型，對上海中心心巨型柱延性性進行分析。。分析結構表表明，巨型柱柱延性系數達到到2.81，接近于3.0（常規(guī)混凝土土構件），巨巨型柱延性較較好。（1）巨型柱——500m級超高層建筑筑四、300m級與500m級超高層建筑筑結構設計探探討4.3構件設計300m級超高層建筑筑一般采用鋼筋混凝土剪剪力墻，必要時設置置適量鋼骨；（2）核心筒剪力力墻500m級超高層建筑筑由于結構自重和水平荷荷載較大，且剪力墻抗震性能目標提高，鋼筋混凝土土剪力墻往往往需設置鋼板，形成鋼板組合剪力力墻，以滿足設計計要求。墻肢纖維單元模模型鋼板組合剪力力墻四、300m級與500m級超高層建筑筑結構設計探探討4.4節(jié)點設計300m級超高層建筑筑由于結構構件尺寸相對對常規(guī)，節(jié)點設計一一般采用相對對成熟的節(jié)點點做法即可滿滿足設計要求求，不需要節(jié)節(jié)點試驗。500m級超高層建筑筑由于結構構件尺寸趨于于巨型化，節(jié)點復雜，，按傳統(tǒng)設計計方法處理節(jié)節(jié)點無法準確確的反應其力力學性能，往往往需要進行行精細的有限元元分析，同時進行節(jié)點試驗。對于500m級超高層建筑筑，復雜節(jié)點點主要有以下下幾類：（1）由于巨型柱柱尺寸巨大帶帶來的巨柱分分叉節(jié)點；（2）巨型柱與伸伸臂桁架、環(huán)環(huán)帶桁架的連連接節(jié)點；（3）超長螺栓拼拼接節(jié)點。四、300m級與500m級超高層建筑筑結構設計探探討4.4節(jié)點設計（1）巨柱分叉節(jié)節(jié)點（以中國國尊大廈為例例）巨型柱分叉位置示示意巨型柱截面形狀中國尊大廈采采用巨型框架-核心筒-巨型支撐結構構體系。隨著建筑外形形的曲面變化化，每個角部部的巨柱在結結構底部匯交交在一起，形形成結構底部部4根面積為60.8m2的多腔體鋼管管混凝土巨型型柱。巨型柱分叉節(jié)節(jié)點設計步驟：（1）由豎向面板板、分腔板以以及內填混凝凝土組成分叉叉節(jié)點的整體體骨架，以承承擔主要豎向向力；（2）增加水平隔隔板，為面板板、分腔板提提供主要的側側向約束；（3）增加豎向加加勁肋與水平平拉結筋，進進一步為面板板、分腔板提提供約束，滿滿足寬厚比要要求；（4）在各分腔混混凝土中增加加鋼筋芯柱，，以抵抗混凝凝土自身的收收縮、徐變以以及溫度應力力。四、300m級與500m級超高層建筑筑結構設計