中国尊大厦巨型柱分叉节点性能研究_杨蔚彪.pdf

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1、第 45 卷 第 18 期 2015 年 9 月下建筑结构 Building StructureVol 45 No 18 Sep 2015中国尊大厦巨型柱分叉节点性能研究杨蔚彪1， 宫贞超1， 常为华1， 田士川1， 韩林海2， 李威2( 1 北京市建筑设计研究院有限公司，北京 100045; 2 清华大学土木工程系，北京 100084) 摘要 中国尊大厦采用多腔钢管混凝土巨型柱， 在 7 层一分为二， 形成分叉节点。该分叉节点承担的荷载巨大，且转换桁架与巨型斜撑均在此交汇， 构件连接关系复杂， 振动台试验亦表明该节点为结构的薄弱部位。通过有限元分析及 112 缩尺试验对该分叉节点从构造与受力

2、性能等方面进行专门的研究。该节点采取了分腔板和面板等主要竖向受力板贯通， 设置了竖向加劲肋和水平隔板， 以及在各腔体内布置了钢筋芯柱等构造措施。验证了该节点在中震弹性与大震不屈服抗震性能目标下的可靠性。 关键词 中国尊大厦;巨型柱;分叉节点;有限元分析;缩尺试验中图分类号: TU318文献标识码: A文章编号: 1002- 848X( 2015) 18- 0006- 07Performance study on branching node of mega column in China Zun TowerYang Weibiao1，Gong Zhenchao1，Chang Weihua1，T

3、ian Shichuan1，Han Linhai2，Li Wei2( 1 Beijing Institute of Architectural Design，Beijing 100045，China;2 Department of Civil Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China)Abstract: Multi- cavity concrete filled steel tubular column is used in mega columns of China Zun Tower The branchingnodes ar

4、e set at 7th floor，which split the mega column into two parts The branching node of the mega column bear hugeloading The mega braces and transfer trusses intersect at these nodes further complicate the connection relation of structuralelements The shaking table tests demonstrate that such node is th

5、e weak part of the structure A special study for thebranching node of the structure and the mechanical properties was done via finite element analysis and 1 12 scale modeltests Structural details of the branching node were adopted including penetrating the cavity plate，panel and other majorvertical

6、plates，setting the vertical stiffening and horizontal baffle，arranging vertical and horizontal steel reinforcements ineach concrete cavity The reliability of the branching node was verified under the seismic performance targets of keepingelastic under the fortification earthquake and not yielding un

7、der the rare earthquakeKeywords: China Zun Tower;mega column;branching node;finite element analysis;scale model test作者简介: 杨蔚彪， 博士， 教授级高级工程师， Email: yang- weibiao vip sina com。1工程概况中国尊大厦位于北京市朝阳区 CBD 核心区中轴线上。建筑高度 528m， 地上 108 层， 地下 7 层。外轮廓尺寸从底部的 78m 78m 向上渐收紧至中部的 54m 54m， 再向上渐放大至顶部的 59m 59m。本工程结构体系由外框

8、筒和核心筒组成， 其中外框筒由巨型柱、 巨型斜撑、 转换桁架以及次框架组成。巨型柱位于塔楼四个角部， 贯通至结构顶部， 并在各区段分别与转换桁架、 巨型斜撑连接。巨型柱采用多腔钢管混凝土柱， 底部共四根， 在 7 层一分为二， 变为八根， 形成分叉节点。塔楼总质量约 66 万 t， 巨型柱约承担总重的一半， 每根巨型柱在分叉前承担约 6 万 t 质量， 再叠加风荷载与地震作用等， 此分叉节点的内力将进一步增大， 所以采取合理措施对其优化设计显得尤为重要; 并通过有限元分析、 缩尺试验来验证此分叉节点设计的可靠性。 2巨型柱分叉节点设计从基础顶面( 标高 31. 30m) 至 106 层( 标高

9、 503. 10m) ， 巨型柱的截面形式根据一定的规则进行变化， 共有三种截面形式: 1) 7 层以下( 标高 31. 30 43. 15m)为 4 根八边形截面， 截面面积约为63. 9m2; 2) 7 19 层( 标高 43. 15 98. 65m) 为 8 根六边形截面， 截面面积约为 19. 5 21. 3m2; 3) 19 106 层( 标高 98. 65 503. 10m) 为 8 根四边形截面，截面面积约为 19. 2 2. 56m2。巨型柱共设 12 个控制转折标高， 具体见表 1。巨型柱分叉标高为 43. 15m， 即第 1 道转换桁架 ( TT1) 上弦上皮， 由一根八边

10、形巨型柱分叉成两根六边形巨型柱， 如图 1 所示。根据外框筒外轮廓控制规则， 分叉后两根巨型柱沿轴线张开， 且因建筑功能需要， 分叉后两根巨型柱之间最小净距控制为 3m， 使得分叉后一段截面面积出现底小( 19. 49m2( 标高 43. 15m) ) 上大( 21. 13m2( 标高 84. 40m) ) 的不利情况。对巨型柱分叉节点设计需要解决以下三个问第 45 卷 第 18 期杨蔚彪， 等 中国尊大厦巨型柱分叉节点性能研究题: 1) 巨大的内力如何在分叉节点有效、 可靠地传递; 2) 巨型柱分叉后截面面积底小上大， 如何改善此不利情况; 3) 如何采取有效的措施既保证内力的有效传递， 又

11、使得在各分腔狭小的空间内具备可操作性。巨型柱控制转折标高表 1编号控制转折 标高/m所在楼层、 位置19. 10地下 1 层， 巨型柱由竖直变倾斜243. 157 层， 第 1 道转换桁架( TT1) 上弦上皮389. 3517 层， 第 2 道转换桁架( TT2) 下弦下皮4144. 3529 层， 第 3 道转换桁架( TT3) 下弦下皮5208. 8543 层， 第 4 道转换桁架( TT4) 下弦下皮6271. 3557 层， 第 5 道转换桁架( TT5) 下弦下皮7345. 3573 层， 第 6 道转换桁架( TT6) 下弦下皮8409. 3587 层， 第 7 道转换桁架( T

12、T7) 下弦下皮9418. 6589 层， 第 7 道转换桁架( TT7) 上弦上皮10483. 85103 层， 第 8 道转换桁架( TT8) 下弦下皮11493. 20105 层， 第 8 道转换桁架( TT8) 上弦上皮12503. 10106 层， 巨型柱顶标高图 1巨型柱分叉位置示意以上三个问题相互关联， 需要采取综合的解决措施。首先， 对于巨型柱分叉问题， 将分叉后巨型柱的主要竖向受力板( 面板、 分腔板) 直接向下延伸，作为下部巨型柱部分面板、 分腔板， 再在二者之间设置构造联系板， 将其连接成整体， 共同组合成分叉前巨型柱的轮廓及内部构造， 使得主要竖向受力板件是连续的、 直

13、接的， 如图 2 所示。各腔面积约 4 8m2， 基本可满足施工操作。为满足建筑抗震设计规范 ( GB 500112010)1 对板件宽厚比的要求，需在各腔体内部设置少量竖向加劲肋与水平拉结钢筋。在楼层标高位置、 转换桁架与巨型斜撑翼缘板对应位置以及其他需要加强位置设置水平隔板， 既能保证各主要竖向受力板件的稳定性， 又可将楼板、转换桁架与巨型斜撑等构件传来的水平力有效传递。为满足建筑轮廓控制的需要， 给分叉后的巨型图 2巨型柱分叉节点截面尺寸柱带来截面面积底小上大的不利情况， 而采用由面板、 分腔板和内填的混凝土组成的多腔钢管混凝土巨型柱， 通过分阶段调整其面板、 分腔板的钢板厚度， 控制分

14、叉后巨型柱的折算面积底部大于顶部， 使得分叉后底部的实际承载力强于顶部， 即“底大上小” 。取三个典型位置的截面比较: 截面面积最小的分叉处( 标高 43. 15m) ， 截面面积增大的顶部( 标高 84. 40m) ， 以及中间位置( 标高 63. 78m) 。通过调整面板与分腔板的钢板厚度( 巨型柱所使用的钢板厚度范围为 30 60mm) ， 按刚度等效原则， 将钢材面积折算成混凝土面积， 折算后底部面积已大于中部与顶部， 见表 2。进一步比较各截面的承载力包络线( P- M) ， 以实现 “底大上小” 的目标。折算面积计算表 2标高 /m面板厚 /mm分腔板 厚/mm钢材面 积/m2混凝

15、土 面积/m2总面积 /m2折算面 积/m2 43. 1560601. 5817. 9119. 4926. 7163. 7860301. 3319. 2320. 5626. 6384. 4050301. 1719. 9621. 1326. 47注: 钢材弹性模量与混凝土弹性模量之比 Es/Ec=5. 568。截面承载力分析中的混凝土本构关系采用混凝土结构设计规范( GB 500102010)2 附录 C2. 4 的混凝土单轴受压本构关系， 钢材本构关系采用双折线模型， 不考虑钢材屈服后的硬化。分析中均采用材料强度设计值。取分叉后巨型柱的单肢进行分析， 分别得到其 X， Y 向( 方向参见图 2

16、) 各截面承载力包络线。验算结果如图 3 所示， 三处截面 X， Y 两方向的 P- M 承载力包络线， 底部大于中部， 中部又大于上部， 可实现承载力的 “底大上小” 目标。图 1 所示的巨型柱分叉节点位于巨型斜撑与第 1 道转换桁架( TT1) 上弦的交汇处， 这会对整个结构设计带来利弊两方面影响: 有利方面是巨型斜撑与转换桁架在此位置会对巨型柱起到侧向约束作用，提高结构整体抗侧刚度; 不利方面是多构件交汇， 局部内力分布复杂， 节点设计也变得更复杂， 采取合理、 可靠的措施使内力传递更为通畅显得十分关键。7建筑结构2015 年图 3截面承载力包络线综合前述各种因素及对应措施， 此分叉节点

17、设计的组成步骤如下: 第一步， 由竖向面板、 分腔板以及内填混凝土组成分叉节点的整体骨架， 以承担主要的竖向力; 第二步， 增加水平隔板， 为面板、 分腔板提供主要的侧向约束， 保证巨型柱在水平面内的刚度， 并且有效传递楼板、 巨型斜撑与转换桁架的内力; 第三步， 增加竖向加劲肋与水平拉结筋， 进一步为面板、 分腔板提供约束， 满足宽厚比要求; 第四步，在各分腔混凝土中增加钢筋芯柱， 以抵抗混凝土自身的收缩、 徐变以及温度应力。巨型柱分叉节点细部构造表 3构件组成面板、 分腔板增加水平隔板增加竖向加劲肋与水平拉结钢筋增加腔内钢筋芯柱材料信息板厚 60mm， Q390板厚 30/60mm， Q3

18、45板厚 30mm， Q345;20600， HB40025( 配筋率 =0. 4%) ， HB400; 8250， HB400分叉前分叉后综合以上四步确定巨型柱分叉节点的细部构造， 见表 3。文献 3对本工程进行了模拟地震振动台试验， 模型高度约 13m， 缩尺比例 1 40。振动台试验结果表明， 在巨型柱分叉位置， 根部外侧焊缝开裂，在 8 度大震作用后， 分肢处出现损伤， 开始阶段焊缝开裂较小， 在超 8 度大震作用下， 开裂宽度明显增大 ( 由于模型已经经受过 8 度大震作用， 此结果仅供参考) ， 破坏情况如图 4 所示。由于振动台模型与真实结构有所差异， 模型中出现的损伤虽不代表真

19、实结构的损伤， 但能表明巨型柱分叉节点是结构的相对薄弱部位， 应予以重点关注。图 4振动台试验巨型柱分叉节点破坏情况针对此问题， 结合巨型柱在分叉位置的钢板设置， 材质选用 Q390GJD 级， 提高冲击韧性; 尽量减少焊缝重叠， 并要求分叉位置的主要焊缝在钢结构加工厂内制作完成; 利用钢板在轧制方向( 长度方向)的优良性能4 ， 要求轧制方向作为巨型柱面板、 分腔板的主受力方向。鉴于分叉节点的重要性、 复杂性以及又是整个结构的薄弱部位， 进行了巨型柱分叉节点的 1 12 缩尺试验5 ， 对当前设计构造及承载力提供可靠验证。通过有限元分析， 进一步验证此分叉节点设计的合理性、 安全性。8第 4

20、5 卷 第 18 期杨蔚彪， 等 中国尊大厦巨型柱分叉节点性能研究3巨型柱分叉节点试验研究3. 1 试验设计巨型柱分叉节点试验研究需确定试验模型的几何参数、 材料参数、 荷载参数和边界条件。根据分叉柱的实际尺寸以及试验设备尺度与加载能力等条件， 几何缩尺比例为 1 12。参照原型材料强度， 试件中柱内混凝土强度和钢板屈服强度按照模型名义约束效应系数( e) 与原型名义约束效应系数( a) 相等的原则确定， a和 e分别按下式进行计算:a= fys， aAs， a/fck， aAc， a( 1a)e= fys， eAs， e/fck， eAc， e( 1b)式中: fck， a， fys， a分

21、别为原型混凝土强度标准值和钢材屈服强度标准值， 分别为 44. 5MPa( C70) ， 390MPa ( Q390) ; Ac， a， As， a分别为原型混凝土截面面积和钢板截面面积; fck， e， fys， e分别为模型混凝土强度标准值和钢材屈服强度标准值; Ac， e， As， e分别为模型柱内混凝土截面面积和钢板截面面积。试验最终采用 Q345 钢材与 C50 混凝土来近似模拟， 巨型斜撑与转换桁架等钢构件也采用 Q345模拟。根据上述几何及材料等效原则， 确定试件的几何尺寸及试验材料， 按轴压比相等的原则进行荷载调整。原型和模型的轴压比分别按下式计算:na=N0， a Nu， a

22、=N0， a As， afys， a+ Ac， afck， a( 2a)ne=N0， e Nu， e=N0， e As， efys， e+ Ac， efck， e( 2b)式中: na， ne分别为原型和模型的轴压比; N0， a， N0， e分别为原型和模型施加的轴向荷载; Nu， a， Nu， e分别为原型和模型的极限受压承载力。以中震弹性轴向荷载为例， 原型分叉柱柱顶轴力约为 1 560MN( 分叉后两柱轴力之和) ， 模型加载轴力为 8 244kN。试验边界条件: 通过固定分叉柱柱底截面， 在分叉柱柱顶、 巨型斜撑与转换桁架施加荷载。需要说明的是， 由于本工程外框为巨型支撑结构体系，

23、各构件弯矩、 剪力都相对较小， 特别是距节点区一定距离之后， 此特点更加明显， 也由此可见巨型支撑结构体系的优势。除分叉柱外， 每侧还有巨型斜撑、 转换桁架弦杆、 斜腹杆等三根杆件的作用力， 此处转换桁架斜腹杆轴力较小， 且与巨型柱交角也很小， 不便试验加载， 故将此轴力略去。经比较， 巨型斜撑与转换桁架传来的轴力， 一侧压一侧拉对节点设计更不利， 结合上述边界条件分析， 最终确定试验加载示意如图 5 所示， 试验试件及加载装置如图 6 所示。图 5试验加载示意图 6试件及加载装置3. 2 试验加载试验加载共设置三组工况， 分别为中震工况、 大震工况和超越工况。每组工况的加载分两步， 第一步是

24、施加巨型柱轴向荷载， 第二步是斜撑和弦杆的轴向加载， 均为单向加载。正式加载前对巨型柱进行预加载以消除连接间隙， 同时检验布置的量测装置是否正常工作。第一步为巨型柱轴向加载， 采用分级加载制， 每级荷载约为设计轴压荷载的 1/4。每级荷载的持荷时间约为 2min， 观察试验现象。第二步为巨型斜撑与转换桁架等构件加载。当巨型柱上的轴力加载到位后保持不变， 开始对斜撑和弦杆加载， 加载顺序为先弦杆再斜撑。采用分级加载制度， 每级荷载约为预计荷载的 1/5， 每级荷载的持荷时间约为 1min， 并观察试验现象。当所有荷载加载到预计值时暂停并持荷， 记录试验现象。超越工况在大震工况加载完成后进行， 保

25、持斜撑和弦杆的轴力不变， 增大柱轴力至巨型柱破坏， 观察其破坏的发生位置及破坏过程。具体加载工况见表 4。 3. 3 试验结果中震工况下， 巨型柱分叉后柱身平均应变约为 1 000( 压应力 206MPa) ， 分叉前柱身平均应变9建筑结构2015 年试验加载工况表 4工况加载 部位加载 步骤巨型柱 /kN斜撑- 1 /kN弦杆- 1 /kN斜撑- 2 /kN弦杆- 2 /kN中震 工况巨 型 柱斜 撑 弦 杆11 000000022 000000033 000000044 000000055 000000066 000000077 000000088 000000098 2440000108

26、 24411. 99. 243. 66. 7118 24423. 818. 487. 113. 3128 24435. 727. 6130. 720. 0138 24447. 536. 8174. 226. 6148 24459. 446. 1217. 833. 3158 24471. 355. 3261. 339. 9168 24483. 264. 5304. 946. 6178 24495. 173. 7348. 553. 3大震 工况巨 型 柱斜 撑 弦 杆189 00095. 173. 7348. 553. 3199 50095. 173. 7348. 553. 32010 00095

27、. 173. 7348. 553. 32110 38295. 173. 7348. 553. 32210 382 128. 881. 1372. 962. 22310 382 162. 588. 6397. 371. 22410 382 196. 196. 0421. 880. 12510 382 229. 8103. 4446. 289. 1超越 工况巨 型 柱2611 000 229. 8103. 4446. 289. 12711 420 229. 8103. 4446. 289. 12812 000 229. 8103. 4446. 289. 12912 459 229. 8103. 4

28、446. 289. 13013 000 229. 8103. 4446. 289. 1约为 600( 压应力 124MPa) 。试验现象和应变测试结果表明， 在中震阶段柱身面板、 水平隔板以及巨型斜撑转换桁架均处于弹性状态。大震工况下， 巨型柱分叉后柱身平均应变约为 1 300( 压应力 268MPa) ， 分叉前柱身平均应变约为 800( 压应力 165MPa) 。试验现象和应变测试结果表明， 在大震阶段巨型柱分叉节点模型柱身面板总体上处于弹性状态， 水平隔板和巨型斜撑转换桁架处于弹性状态。超越工况是加载至大震的 1. 25 倍轴压荷载时，分叉柱身和受拉斜撑连接处附近应变较大， 钢板受压鼓曲

29、破坏。此工况并非为分叉柱实际受荷工况，而是人为压至破坏， 目的是为了估计其安全余量与可能发生破坏的位置。 4巨型柱分叉节点有限元分析对巨型柱分叉节点进行有限元分析前， 首先采用 ETABS 对整体结构进行杆件有限元分析。由于巨型柱分叉节点处各构件尺寸较大， 对准确模拟杆件带来一定困难， 最终确定用中心线加刚臂的方式进行模拟: 取转换桁架各构件的中心线、 巨型斜撑的中心线以及巨型柱分叉前后的中心线作为各自的分析单元， 再通过刚臂在分叉处将以上单元连接成整体， 对分叉节点进行简化和模拟， 如图 7 所示。通过整体分析， 得到巨型柱分叉节点各构件在各工况下的内力， 供节点有限元进一步分析。巨型柱的抗

30、震性能目标: 小震弹性， 并满足相关规范调整要求; 中震弹性; 大震下允许进入塑性， 破坏程度可修复并保证生命安全。为便于节点有限元分析荷载施加， 偏安全取大震不屈服荷载组合进行分析。图 7杆件模拟图 8有限元单元网格划分分叉节点有限元分析采用 ABAQUS 软件， 分析时对原施工图作出一定简化， 即不考虑构造用的竖向加劲肋及水平拉结筋， 不考虑混凝土内构造钢筋芯柱。巨型柱部分由面板、 分腔板形成的外骨架和内填混凝土组成， 斜撑与转换桁架为箱形截面。单元划分如图 8 所示。巨型柱面板、 分腔板材质为 Q390， 水平隔板材01第 45 卷 第 18 期杨蔚彪， 等 中国尊大厦巨型柱分叉节点性能

31、研究质为 Q345， 钢材本构采用五段式曲线的弹塑性模型6 : 弹性段( Oa) 、 弹塑性段( ab) 、 塑性段( bc) 、 强化段( cd) 和二次塑流( de) ， 如图 9 所示， 弹性模量 Es=206GPa， 泊松比 s=0. 3。图 9钢材本构模型内填混凝土强度等级为 C70， 本构模型采用 ABAQUS 中提供的塑性损伤模型( Concrete damageplasticity model) ， 参考 ACI 318- 117 ， 混凝土弹性模量 Ec=4 730( fc)0. 5， 其中 f c为混凝土圆柱体抗压 强度， 可由立方体抗压强度 fcu， k换算得到。对于 C

32、70 混凝土， fc = 0. 857fcu， k， 泊松比 c= 0. 2。混凝土应力峰值采用轴心抗压强度标准值 fck。混凝土受拉采用断裂能定义， 断裂能 Gf8 对于 C20 混凝土取 40N/m， C40 取 120N/m， 其余向内或向外插值计算。图 10杆件编号及单元方向钢管和混凝土之间采用韩林海接触关系6 : 法线方向采用 “硬接触” 来模拟; 切线方向服从库伦摩擦准则， 即摩擦应力和法线方向的压力相关， 摩擦系数取 0. 6， 钢管与核心混凝土之间平均界面粘结力公式参见文献 6 。边界条件确定: 约束柱底全部自由度， 在分叉柱顶、 巨型斜撑与转换桁架等 8 根构件的端部( P-

33、 1 P- 8) ， 单向逐级施加荷载， 如图 10 所示。所施加的荷载是由 ETABS 软件整体分析得到各构件在中震弹性工况、 大震不屈服工况下的内力。节点有限元分析中震考虑三个较不利荷载工况: MI- 1， MI- 2， MI- 3; 大震也考虑三个较不利荷载工况: MA- 1， MA- 2， MA- 3。分析结果从主要竖向受力板( 面板、 分腔板) 的应力分布、 水平隔板的应力分布和内部混凝土的应力分布等方面对整个分叉节点设计进行校核与判断。主要计算结果见表 5。中震及大震工况各板件的应力如图 11、 图 12 所示。各板件的应力计算结果表 5荷载工况竖向受力板应力 /MPa水平隔板应力

34、 /MPa内部混凝土应力 /MPaMI- 1186. 3(274. 6) 167. 5( 279. 2)22. 0(33. 8)MI- 2202. 3(295. 6) 189. 3( 292. 4)23. 1(35. 5)MI- 3190. 3(282. 6) 173. 3( 283. 1)22. 6(34. 7)MA- 1243. 8(347. 6) 195. 4( 307. 2)27. 3(43. 4)MA- 2255. 4 (365. 2)208. 7( 329. 8)29. 0(46. 1)MA- 3249. 7(359. 1) 199. 2( 319. 3)28. 2(44. 8)注

35、: 1) 应力分别为截面的平均、 最大应力( 括号中数值) ， 拉正压 负; 2) 水平隔板应力仅给出 43. 15m 标高分叉位置的水平隔板内力。图 11中震工况各板件应力云图/MPa图 12大震工况各板件应力云图/MPa11建筑结构2015 年通过有限元分析可以发现， 中震弹性与大震不屈服的应力分布规律基本一致， 大震不屈服的整体应力水平较中震弹性的应力水平约高 30%。面板与分腔板( Q390) 在大震作用下平均压应力约为 255MPa， 最大压应力约为 365MPa， 仍有一定安全储备; 分叉位置水平隔板( Q345) 在大震作用下平均拉应力约 210MPa， 最大拉应力约 330MP

36、a， 已接近于屈服强度， 主要发生在两分叉柱之间的隔板位置， 存在一定程度的应力集中。混凝土( C70) 在大震作用下平均压应力约为 29MPa， 最大压应力约为 46MPa， 最大应力发生巨型柱分叉之后的根部内侧， 有一定程度的应力集中， 整体上小于混凝土抗压强度标准值。分析结果还表明， 巨型柱分叉之后， 在两分叉柱之间混凝土存在受拉情况， 分析得到最大拉应力为 3. 9MPa， 超过混凝土抗拉强度标准值 ftk约 30%， 分析其原因是该区域混凝土并未直接承受轴压荷载，而因两侧混凝土的压缩使水平隔板受拉， 由内力平衡导致混凝土局部出现纵向拉应力。实际混凝土配有钢筋芯柱， 可有效抵抗混凝土的

37、开裂。在大震工况下， 转换桁架与巨型斜撑也均未进入屈服， 安全储备较大。综合以上有限元分析与节点试验结果， 中震工况下， 有限元分析的平均压应力约为 186. 3 202. 3MPa， 节点试验分析结果平均压应力约为206MPa; 大震工况下， 有限元分析的平均压应力约为 243. 8 255. 4MPa， 节点试验分析结果平均压应力约为 268MPa， 二者分析结果较接近。需要说明的是， 节点试验未能就混凝土的应力给出定量的判断， 无法直接与有限元分析结果对比。通过对节点超越工况的钢板受压鼓曲破坏模式进行分析可知， 外围钢板的应力水平是节点承载力的控制因素， 且有限元分析也同样表明外围钢板的

38、应力水平是节点承载力的控制因素， 可说明两者分析结果的一致性。 5结论通过对巨型柱分叉节点进行详细的传力与构造设计， 解决了由分叉带来的诸多问题。通过调整面板、 分腔板板厚， 使其承载力实现 “底大上小” 。通过将分叉后巨型柱的主要竖向受力板( 外围板、 分腔板) 直接向下延伸， 作为下部巨型柱部分外围板、 分腔板， 使分叉之后巨型柱的内力尽可能直接向下传递， 避免转换。结合巨型柱受力状态， 对其内部构造进行合理布置， 以达到传力直接、 构造可靠以及方便施工操作等。结合振动台试验发现的问题， 从巨型柱钢板材质、 下料排板以及加工制作等方面对此分叉节点进行优化设计。通过缩尺试验、 有限元分析等方

39、法验证了巨型柱分叉节点设计的合理性与可靠性， 验证了采用上述构造处理的分叉节点在中震、 大震工况下是安全可靠的。超越工况下， 轴力加大至大震的 1. 25 倍时， 分叉柱身在与受拉斜撑连接处钢板才发生受压鼓曲破坏， 可说明巨型柱分叉节点留有一定的安全储备。参考文献1 GB 500112010 建筑抗震设计规范 S 北京: 中国建筑工业出版社， 20102 GB 500102010 混凝土结构设计规范 S 北京: 中国建筑工业出版社， 20113 中国建筑科学研究院建研科技股份有限公司 CBD 核心区 Z15 地块项目超高层塔楼模拟地震振动台模型试验报告 20144 郭亮， 吴金龙 样品取向对轧

40、制钢板拉伸性能的影响 J 理化检验- 物理分册， 2010， 46( 4) : 211- 2145 清华大学土木工程系， 北京市建筑设计研究院有限公司 北京市朝阳区 CBD 核心区 Z15 地块项目巨柱分叉处节点钢暗撑混凝土剪力墙试验研究报告 20156 韩林海 钢管混凝土结构 理论与实践 M 2 版北京:科学出版社， 20077 ACI 318- 11 Building code requirements for reinforcedconcrete S Detroit: American Concrete Institute， 20118 HIBBITT，KALSON，SOENSON AB

41、AQUS Version6. 5:theory manual，users manual，verification manualand example problems manual M 20052015 年 9 月 8 日天津 117 大厦封顶9 月 8 日上午， 天津 117 大厦终于封顶， 596 5m!超越415 2m 的天津广播电视塔， 成为中国北方最高建筑物。天津 117 大厦创造 11 项世界、 中国之最。成为世界第 8 座、 中国第 5 座超过 500m 的摩天大楼， 预计在 2016 年 8 月投入使用。世界上最高的室内游泳池将在天津诞生!迪拜帆船酒店建造标准也将被引进!建造历

42、程: 2012 年年底完成塔楼地上 8 层主体结构施工。2013 年 12 月 30 日， 随着地上 38 层钢板剪力墙的最后一个区段混凝土浇筑完毕， 由中建三局承建的中国结构第一高楼 117 大厦主塔楼结构标高达 200 94m， 顺利突破200m。2014 年 11 月底 32 层以下提前营业。2015 年 9 月 8日实现大厦主体结构封顶。2015 年 12 月底， 外幕墙将完成封闭。预计 2016 年 8 月底全部施工完毕并投入使用。更多详情请查看 建筑结构 2012 年3 期 天津高银117大厦结构体系设计研究 、 2012 年 5 期 天津高银 117 大厦基础设计研究 以及 建筑结构 技术通讯 2014 年 4 月天津高银 117 大厦系列专访。21