上海环球金融中心钢结构设计与施工

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「上海环球金融中心钢结构设计与施工」

2009.9.25 杭州

日本构造计画研究所上海代表处

首席代表郭献群

讲义纲要

1．项目简介

2．结构设计简介

1)结构体系

2)设计参数

3)抗风抗震设计

4)结构实验

3．确保钢结构施工质量及精度的设计考量及施工措施

1）钢材选用及特殊规格要求，材料试验

2）焊工考核及工艺施工试验

3）高强螺栓的选用及施工试验

4）关键结构节点的设计及施工

5）特大型铸钢件的设计及施工

6）顶部结构的设计与施工

4．阻尼器在本项目中的应用

1）阻尼器的种类，原理及用途

2）本项目阻尼器的设计及效果

上海环球金融中心的结构设计与施工

１．项目概要

上海环球金融中心位于上海市浦东新区陆家嘴金融贸易中心区、是上海的世界金融中心建设的标志性项目。上海环球金融中心在外观造型新颖的建筑物中提供最顶尖的办公环境同时有机地配置了酒店、观光设施、会议设施、商铺等的多业种商业设施。建筑物的规模为：总建筑面积：381，600㎡、地上101层、地下3层、高度达492m。

２．结构设计概要 2.1结构体系

以下结构要素的有机结合形成一个抗侧力的效率高且却结构安全储备的冗余度高的结构体系。

① 巨型柱（M egacolumn ）(内置钢

结构的巨型RC 柱)、巨型斜支撑(M egadiagonal )（巨型混凝土填充钢架斜支撑）、带状桁架(钢架桁架)组成外围巨型结构(图2-1-1) ② 内置钢架的钢筋混凝土设施核心(图2-1-2)

③ 在核心筒墙和外围巨型结构的巨型柱之间产生相互联结作用的3层高钢架外伸桁架(图2-1-1、

图2-1-3)

④ 把每12层的垂直荷载转移到巨型柱和核心筒墙上的转换桁架（图2.1-4）和外围的带状桁架(图

2-1-3)

同时，为了确实实现及提供与本建筑顶尖性能相称的居住性能，如图2.1-5所示，在酒店层上部第90层设置了2台可动质量为150t 高效的主动控制阻尼器（主动控制多段钟摆型）。

图 2.1-1 外围巨型结构

图 2.1-2 设施核心筒

图 2.1-4 核心筒内转换桁架

上部コア中間コア上部核心筒墙

中间核心筒墙

外围混凝土墙

带状桁架

核心筒墙内置桁架

2.2结构设计

2.2.1风荷载和地震荷载

根据上海的台风和季风气象统计数据利用蒙特卡罗模拟方法确定建筑物最顶部（高度500m）的设计风速（使用界限设计=再现期间100年的风速43.7m/s、耐力界限设计=再现期间200年的风速46.3m/s）、 根据在安大略西部大学（加拿大）进行的风洞实验天平实验的结果计算出风荷载。按照上海市及中国有关规范中规定的反应谱应答法以及时程分析法确定地震荷载。用于时程分析的地震波，除了采用中国有关规范中规定的地震波外还追加了长周期成分卓越的实测地震波。頻发地震时地表面最大加速度设定为35cm/s2（在再现期间50年超过概率63%）、稀少地震时设定为220 cm/s2（在再现期间50年超过概率2-3%）。 2.2.2设计结果

结构设计是根据4个分析程序(ETABS ，SATWE ，SAP2000，MIDAS)的分析结果进行的。表2.2.-1为建筑物的固有周期。图2.2-1和图2.2-2表现了水平负荷时即风荷载时(风速43.7m/s)以及频发地震时(35m/s2) 建筑物的层间变形角。 无论那种情况都满足中国设计标准的容许值1/500。 确认了高度为492m

施除了由于计算机分析设计的确认以外，利用高度10m 的1/50缩小(图2.2-3)，谨慎地确认抗震安全性。

表2.2.-1 固有周期

振动模式

周期

Y 方向平进 T1=6.52秒

X 方向平进 T2=6.34秒

扭转 T3=2.55秒

图2.2-3 振动台实验和接合部实验振动

0.0000

0.0010Elevation 0.0005

0.00150.0020

0.0025

Interstory Drift

(m)

Elevation

0Interstory Drift

(m)

图2.2-1 100年再现风荷载

图2.2-2 频发地震时

３．钢结构工程施工

施工承包商中国建筑工程总公司—上海建工（集团）总公司组成的联合体旗下的中建三局负责钢结构现场施工、上海驹井铁工公司负责制图和指导，精工PD 结构有限公司，上海冠达尔钢结构有限公司，上海中远川崎重工钢结构有限公司，江苏沪宁钢机股份有限公司的四家工厂负责钢结构的制造。施工监理由上海市建设工程监理有限公司执行，并且业主方面的设计监理人员以及第三方检查机构并行检查·监理。主要的钢结构材料采用了以ASTM A572 Gr50规格为基准附加了特殊要求的50Kg 级钢材。巨型结构接合部嵌板采用了60kg 级的钢材EN DI-MC460、铸钢为日本产ＳＣＷ550、高强螺栓采用日本产高强螺栓F10T。由于材料的规格·制造商·施工单位的组合的多样化、为了维持钢结构工程的质量保证体制，除了上述严格的监理体制之外还多次进行了各种试验（材料试验、焊接工艺试验、焊接工技能附加试验、高强螺栓剪切试验）。

如图3-1所示30多吨的大型复杂的铸钢部件和图3-2所示的带状桁架巨型部件·接合部的加工制造·现场施工突破了许多技术课题和中国施工规范的整合性，施工精度很高。图3-3所示一例，外伸桁架的斜支撑用HTB 采用临时连接，91F 的楼板铺设后进行焊接。通过这个措施减小由于施工期间的核心部分和外围框架的压缩收缩差·沉降差产生的外伸桁架的斜支撑的内力

４．小结

本建筑的结构设计由日本的森大厦株式会社的设计本部和日本株式会社构造计画研究所的负责策划、设计监修及各参与方协调指导、美国Leslie E. Robertson Associates 公司负责初步设计、中国的华东设计院负责施工图设计。多个国家的参与各方的通力合作、保证本工程顺利完工，在此再一次由衷向各关系单位表示感谢。

图3-2大型桁架的予拼装组

图3-3外桁架的临时接合的卸开