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5. 结构设计策略
5.1 内外筒剪力分配[5]
本工程外框结构为二道防线,确保其在水平荷载作用下承担一定比例的剪力是设计的关键点。
巨柱在层35以下及层95以上向内倾斜，水平荷载作用下其承受的轴向力有水平方向分力，外框结构分担的剪力可占同楼层总剪力的20%以上。巨柱层35~95竖直，考虑结构受力的有效性、施工的便利性、建筑外观及使用空间等因素，综合比较若干加强外框结构方案后，最终确定在外框结构中加设巨型钢斜撑以提高其抗剪刚度和承载力。外框结构在层35~95承担15%楼层总剪力。
5.2 空间带状桁架效用
结构设计由原平面带状桁架改变为空间带状桁架，内外2层带状桁架通过斜腹杆及水平弦杆构成了空间带状桁架，获得了更好的稳定性，增加了多余约束，改善了巨柱的工作性能和整体结构的抗震、抗连续倒塌性能。
5.3 巨柱计算长度
8根巨柱是该结构受力体系的主要组成部分，与普通高层或超高层结构之间的差异在于，楼层梁板刚度相对巨柱刚度小很多，不足以对巨柱形成有效侧向约束。该类巨柱的计算长度系数是本结构设计中面临的一个重要课题，对整体结构的安全性、经济性有很大的影响。本工程确定巨柱的计算长度包括三个步骤，首先进行线性屈曲分析得到巨柱的各阶屈曲模态以及屈曲临界荷载系数；然后检查各阶屈曲模态形状，确定该构件发生屈曲时的临界荷载系数，得到该构件的屈曲临界荷载；最后由欧拉临界荷载公式反算该构件的计算长度。
如下图所示，巨柱与核心筒相互依存，屈曲形态同时出现，巨柱以带状桁架为支点发生屈曲，很显然巨柱计算长度可取带状桁架之间的净距。
5.4 层高预留和竖向构件变形补偿
施工阶段到使用阶段全过程中，整体结构在重力荷载作用下，考虑混凝土的收缩和徐变的影响，可得到巨柱和核心筒竖向变形随时间变化规律。分析结果表明整体结构使用1年后绝大部分竖向变形基本完成。引入适当的变形补偿，有利于电梯设备正常运行，有利于控制和保证装饰工程质量。
（1）层高预留
楼层施工标高为楼层设计标高和该层设计标高预留高度之和。巨柱和核心筒各层标高预留高度如下图所示，巨柱最大楼层标高预留高度为152mm（层78），核心筒最大楼层标高预留高度为173mm（层78）。
（2）竖向构件变形补偿
层高预留要求各层竖向构件施工下料时需预留一定的长度，使得结构施工至使用一年后各层竖向构件长度达到设计层高，该预留长度即为该层竖向构件施工至建筑使用一年后压缩量。每层竖向构件施工长度为该层设计层高与该层竖向构件预留长度之和，下图给出了各层巨柱和核心筒预留长度，巨柱楼层最大预留长度为5.7mm（层3），核心筒楼层最大预留长度为7.4mm（层27）。
5.5 TMD研究
工程在台风作用下舒适度超过限值，设计拟加装TMD减振，如下图所示。层112内筒两个对角处分别设置TMD装置，单个TMD钢球重400t。
初步分析表明，加装TMD后，有效减小了结构第1阶模态平动加速度响应；同时，基本消除了结构第1，2阶扭转振动响应，舒适度满足要求。
减振前后结构554.5m标高楼面处最大加速度及角速度如下表所示。
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最大加速度/m/s2 |
最大角速度/rad/s |
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横风向(Y向) |
Z向 |
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峰值概率最大加速度方法 |
减振前 |
0.2506 |
0.00130 |
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减振后 |
0.1564 |
0.000346 |
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6. 结语
平安金融中心结构从方案到初步设计历时两年多，经过全国超限审查委员会多次论证，在风荷载取值、结构体系、设计标准和抗震性能目标等各方面不断改进与完善，最终完成，并于2010年3月通过了全国抗震设防专项审查。工程现已进入施工图设计阶段，现场基坑已开挖，设计正继续深化优化。工程设计研究主要成果如下：
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合理配置内筒外框结构及其连接构件，形成多重抗侧力空间结构体系十分重要。外框结构是本工程重要组成部分，设置空间带状桁架、巨型钢斜撑和V形撑等，提高外框结构刚度，增加多余约束，形成较为可靠的二道防线，有利于增强整体结构稳定性，提高整体结构抗震、抗连续倒塌能力。
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首创的V形撑主要承担建筑角部重力荷载，控制角部区域楼板竖向振动，同时巧妙结合了建筑立面造型，体现了建筑与结构和谐。
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合理确定巨柱计算长度，对保证巨柱安全性十分重要。
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首次提出超高层建筑楼层高度预留和竖向构件长度预留的设计概念和计算方法，为建筑施工及投入使用后的结构健康监测提供了科学依据，同时提高了建筑物使用性能水准。
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细致深化的计算分析极其重要。楼板局部有限元分析、楼板刚度退化影响分析、关键节点局部有限元分析、抗连续倒塌分析、屈曲稳定分析、人为激励下楼盖舒适度分析、风振舒适度分析、TMD减振分析、混凝土长期收缩徐变及温度效应影响分析和结构抗震动力弹塑性分析等计算分析，有力地保证了工程的安全性、合理性。
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拟进一步委托中国建筑科学研究院、同济大学等单位完成巨柱构件、关键节点工作性能试验研究，整体结构振动台试验研究，进一步研究改进结构性能。
参 考 文 献
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ThorntonTomasetti, Inc.，中建国际设计顾问有限公司.平安国际金融中心结构工程超限高层专项审查送审报告[R]. 2011.
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广州数力工程顾问有限公司.深圳平安国际金融中心第三方罕遇地震弹塑性时程分析报告[R].2011.
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JGJ 3 – 2002高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.
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GB 5001-2001建筑抗震设计规范[S]. 2008年版. 北京：中国建筑工业出版社，2001.
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徐培福，傅学怡，王翠坤，等.复杂高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.
（连载完）
转自：CCDI高成结构-公众号
“转自：CCDI高成结构-公众号”公众号
