¿Diseño estructural de la Torre Tianjin Jinta?
La Pagoda Dorada de Tianjin está ubicada en el lado norte de Xing'an Road, en la ciudad de Tianjin, en la orilla del río Haihe. El edificio de oficinas tiene un total de 75 plantas y una altura de 336-9m. Una vez finalizado, se convertirá en el edificio más alto de Tianjin (Figura 1) y la estructura de muro de corte de placa de acero más alta del mundo. El proyecto Jinta cuenta con la inversión y el desarrollo de Financial Street Holdings Co., Ltd., y las unidades de diseño son SOM Company de Estados Unidos y East China Architectural Design and Research Institute Co., Ltd.[1].
La base del proyecto Tianjin Jinta cubre un área de 22257-9m2 y consta de una torre de 75 pisos y un edificio de apartamentos de 30 pisos. Todas las unidades individuales tienen cuatro sótanos debajo y disfrutan del mismo nivel base.
1 Sistema estructural
El edificio principal de Tianjin Golden Tower tiene una altura de 336-9 m (desde el terreno exterior hasta el techo principal), lo que lo convierte en un rascacielos súper alto. edificio. Las capas estándar del sistema estructural incluyen un marco de columna de tubo de acero relleno de concreto, un sistema de muro de corte con placa de acero central y un sistema de resistencia a fuerzas laterales con estabilizadores. El plano de la estructura del equipo y el alzado parcial del muro de corte de placa de acero se muestran en las Figuras 2 a 5. Como componente importante del sistema de resistencia a fuerzas laterales, el muro de corte de placa de acero rara vez se utiliza en edificios de gran altura en nuestro país. En las especificaciones de nuestro país, . La relación de aspecto máxima es 7-88, superando el 6 requerido por la especificación; el piso es parcialmente discontinuo; se instalan vigas de estabilizadores y vigas de cintura en los pisos 15, 30, 45 y 60 para mejorar la rigidez lateral y la carga del piso. -cambios de fuerza de rodamiento entre los pisos superior e inferior.
El marco exterior de la torre consta de columnas de tubos de acero rellenas de hormigón y vigas de acero de ala ancha. El espacio típico entre columnas alrededor del cuerpo de la torre es de aproximadamente 6 a 5 m, y las columnas del marco exterior simplemente están conectadas. El núcleo del muro de corte de placa de acero consta de columnas de tubos de acero rellenas de hormigón y vigas de acero de ala ancha rellenas con placas de acero estructural. Los muros de corte de placa de acero se ubican en el área central de la estructura, alrededor de ascensores de pasajeros y de servicio, escaleras y cuartos de equipos. Se instalan capas de refuerzo de armadura de estabilizadores en los pisos 15, 30, 45 y 60, se instalan grandes armaduras de acero entre el tubo central y el marco exterior del muro de corte de placa de acero, y se instalan armaduras de cintura en el marco exterior. Según los resultados del análisis, las unidades de muro de corte de placa de acero en diferentes posiciones se convierten en sistemas de soporte de estructura de acero de diferentes alturas.
El sistema de cimentación de la torre consiste en una cimentación convencional de hormigón armado soportada por pilotes perforados de 4 m de espesor. El diámetro del pilote perforado es de 1000 mm, la longitud del pilote es de 60 m, la capa de soporte del extremo del pilote es 11 y el hormigón de cimentación es C40. El sistema de cimentación se cubrirá con una capa de grava de 400 mm de espesor y un techo de hormigón armado de 150 mm de espesor.
El sistema de gravedad de la torre consta de un marco de acero tradicional de ala ancha y losas de piso compuestas. Una losa de piso compuesta típica es una placa de acero perfilada cerrada de 65 mm, una cara de concreto de 55 mm, con un espesor total de 120 mm, vigas de acero compuestas de ala ancha en su mayoría de 450 mm de alto, desde paredes de corte de placa de acero con núcleos hasta marcos de flexión dúctiles circundantes. Las luces típicas de las vigas son de 3 a 25 m. También se utilizan columnas de tubos de acero rellenas de hormigón en los muros de corte de placa de acero y los marcos de flexión dúctiles circundantes para resistir las cargas de gravedad.
Los sistemas de fuerza lateral y gravedad de la superestructura normalmente se extienden hasta la estructura base. El diámetro máximo de las columnas de tubos de acero rellenos de hormigón es de 1700 mm, y la estructura del marco consistirá en un marco de acero estructural tradicional de ala ancha y losas de piso compuestas. Las vigas compuestas de acero de ala ancha generalmente tienen una altura de 450 mm. Desde el tubo central del muro de corte de placa de acero hasta el marco de flexión dúctil circundante, las vigas generalmente se colocan en el centro de 3 a 25 m.
2 Cálculo y análisis estructural
2-1 Bases del diseño estructural y parámetros básicos de diseño
En el diseño estructural no sólo es necesario cumplir las normas nacionales, regulaciones y normas, y se refieren al "Diseño de estados límite de estructuras de acero" de Canadá (cansas 16-01) y a las "Prácticas recomendadas para nuevos edificios y otras estructuras" de 2003 de los Estados Unidos.
NEHRP (FEMA450), Práctica de resistencia sísmica para edificios con estructura de acero en los Estados Unidos.
(AISC-3412005) se utiliza para el diseño de muros de corte de placa de acero.
El nivel de seguridad estructural de la torre es el Nivel 2, la intensidad de la fortificación sísmica es de 7 grados, la aceleración sísmica básica de diseño es de 0-15 g, el grupo de terremotos de diseño es el primer grupo y la relación de amortiguación bajo terremotos frecuentes es 0-035. La categoría del sitio de construcción es Categoría Tres, la relación de amortiguamiento bajo terremotos raros es 0-050 y el período característico del sitio Tg = 0-5 s.
Determine la carga de viento de la estructura principal de la torre y controle la carga de prueba en el túnel de viento de acuerdo con la velocidad del viento estándar de 100 en función de la fuerza. El control de desplazamiento debe basarse en el principio de carga de prueba en el túnel de viento de la velocidad del viento estándar; de 50 años.
2-2 Se utiliza una variedad de software y programas autoescritos para calcular y analizar los principales resultados del análisis estructural. La estructura general es:
El análisis elástico se basa principalmente. en ETABS, complementado por MIDAS, incluyendo carga muerta Análisis de simulación de construcción de carga viva, análisis de espectro de respuesta, análisis de carga de viento. Se utilizaron ABAQUS y SAP2000 para realizar un análisis histórico-temporal elástico-plástico para verificar el desempeño de la estructura bajo terremotos moderados y grandes.
Los principales resultados del análisis elástico se muestran en la Tabla 1~Tabla 3. Los resultados del análisis de los dos software muestran que los resultados del análisis de ETABS y MIDAS son básicamente consistentes, ambos pueden cumplir con los requisitos de las especificaciones y la estructura es segura y confiable.
2-3 Diseño de muro de corte de placa de acero
La estructura de muro de corte de placa de acero (SPSW) es un nuevo tipo de sistema estructural resistente a fuerzas laterales desarrollado en la década de 1970. La unidad de muro de corte de placa de acero se compone de placas de acero incrustadas, componentes de borde vertical (columnas o refuerzos verticales) y componentes de borde horizontal (vigas o refuerzos horizontales). Cuando las placas de acero se disponen continuamente de arriba a abajo a lo largo de la estructura, se forma un sistema de muro de corte de placas de acero. Como un nuevo tipo de componente resistente a fuerzas laterales, los muros de corte de placa de acero tienen las características de una gran rigidez inicial elástica, una gran capacidad de deformación, un buen rendimiento plástico y características histeréticas estables. Hasta ahora, hay docenas de edificios que utilizan muros de corte de placas de acero como estructuras resistentes a fuerzas laterales, principalmente distribuidos en áreas de terremotos de alta intensidad como América del Norte y Japón. El Apéndice 4 de las "Especificaciones técnicas para estructuras de acero de edificios civiles de gran altura" de China (JGJ99-98-98) estipula las normas y métodos de cálculo para muros de corte de placas de acero. El ángulo de diseño es para evitar la falla por pandeo de la placa de acero, es decir, la resistencia al pandeo elástico se usa como estado límite de diseño del muro de corte de la placa de acero, y la resistencia al pandeo local elástica de la placa de acero no se usa, por lo que Generalmente se le llama muro de corte de placa de acero gruesa. Sin embargo, los muros de corte de placas de acero gruesas utilizan una gran cantidad de acero y su desarrollo es limitado. La bahía central del edificio de oficinas Jinta es grande y la relación ancho-espesor del muro de corte de placa de acero también es grande. Los diseños que utilizan conceptos de muros de corte de placa de acero gruesa aumentarían significativamente los costos. Los edificios de oficinas Golden Tower son actualmente populares en todo el mundo.
El concepto de diseño del muro de corte de placa de acero es permitir que la placa de acero se pandee localmente bajo la acción de una fuerza horizontal y utilizar el efecto del campo de tensión generado por la resistencia de la placa de acero después del pandeo para continúa resistiendo la fuerza horizontal. Tiene las siguientes cinco características:
(1) Los muros de corte de placa de acero no soportan cargas verticales en principio, pero en la práctica inevitablemente soportan la influencia de cargas verticales (como. cargas vivas del piso, etc.), lo que resulta en esfuerzos de compresión vertical;
(2) Bajo el valor de diseño combinado de cargas frecuentes de terremotos y viento, el diseño de muros de corte de placas de acero cumple con los requisitos del Apéndice 4 de Según el código (JGJ99-98-98), es decir, solo se produce deformación elástica sin pandeo (Figura 6a), el cálculo de pandeo de la placa de acero debe satisfacer la fórmula de cálculo de estabilidad de tensión tridimensional de la placa delgada;
(3) En terremotos moderados y raros, se permite el pandeo local de la placa de acero, y el efecto de campo de tensión generado después del pandeo de la placa de acero se convierte en la resistencia. El principal mecanismo de fuerza lateral (Figura 6b);
(4) Bajo la acción de terremotos moderados y raros, pueden aparecer bisagras de plástico en los extremos de las unidades de límite horizontales (vigas), pero no deben dañarse ni perder fuerza;
(5) Bajo acción sísmica moderada, las bisagras plásticas no aparecerán en los extremos de las unidades de límite verticales (columnas). En terremotos raros, a excepción de los miembros de límite verticales debajo del piso 16 que no pueden ceder, pueden aparecer bisagras de plástico en los extremos de otras columnas, pero no pueden dañarse ni perder fuerza.
A través de los conceptos y métodos de diseño anteriores, el muro de corte de placa de acero del edificio de oficinas Jinta puede cumplir con los requisitos del estado de capacidad de carga máxima y del estado de uso normal.
2-4 Análisis de simulación de construcción
Como sistema estructural de edificio complejo de gran altura con cerchas estabilizadoras y muros de corte de placas de acero, las características mecánicas estructurales de la Torre Dorada son altamente relacionados con la construcción. Las fuerzas internas de las columnas de tubos de acero y las paredes de placas de acero varían mucho según las diferentes condiciones de construcción y, debido al diferente progreso de la construcción de las paredes de placas de acero, las placas de acero producirán diversos grados de tensión de compresión durante el proceso de construcción, lo cual también es muy importante. para el análisis de pandeo de las placas de acero. Por lo tanto, se debe realizar un análisis de simulación de construcción durante el proceso de diseño de la Torre Tianjin, como se muestra en la Figura 7.
Durante el proceso de análisis, se consideraron principalmente los siguientes factores:
(1) Secuencia de instalación de los muros de corte de placa de acero: la instalación temprana de los muros de corte de placa de acero contribuye a garantizar la rigidez general de la estructura en las diferentes etapas. durante el proceso de construcción, lo cual es beneficioso para el progreso de la construcción, pero es fácil hacer que la pared de corte de placa de acero soporte una gran carga vertical, y la diferencia de tensión vertical entre las columnas internas y externas del tubo central es grande; Lo contrario es cierto para la instalación posterior.
(2) Secuencia de instalación de las armaduras de los estabilizadores: la instalación temprana de las armaduras de los estabilizadores favorece la mejora de la rigidez y la integridad estructural en las diferentes etapas durante el proceso de construcción y favorece el progreso de la construcción. Al mismo tiempo, se pueden descargar más cargas internas a la sarta de tubería exterior a través de la armadura de estabilizadores, reduciendo el valor de presión de la columna de tubería interior bajo carga constante, pero esto no favorece el diseño de tracción de la columna de tubería interior bajo condiciones importantes. terremotos.
El análisis de simulación de construcción utiliza el software ETABS. Todo el proceso de instalación se divide en 21 etapas. Cada etapa tiene diferentes estados estructurales y de carga. El efecto P-δ se considera durante el proceso de construcción. El estado después de completar la simulación de la construcción se utiliza como un reflejo de la carga muerta sobre la estructura y se combina con la actividad, el viento y el terremoto en el diseño posterior (etapa de diseño de terremoto pequeño), o se utiliza como estado inicial para la Análisis elástico-plástico de sismos medianos y grandes.
Durante el proceso de diseño, se realizó un análisis comparativo de los factores anteriores y finalmente se determinó el plan de construcción para el sistema de muro de corte de placa de acero y la instalación de armadura de estabilizadores con un retraso de 15 pisos, de la siguiente manera:
(1) El muro de corte de placa de acero va por detrás de la instalación de la estructura principal de 15 pisos (columnas, vigas, piso de concreto);
(2) El soporte del cilindro interior arriba el muro de corte de placa de acero es similar al muro de corte de placa de acero, y también va por detrás de la instalación de la estructura principal en el piso 15;
(3) Armazón en voladizo: las varillas diagonales van por detrás de la instalación de la estructura principal (columnas, vigas, piso de concreto) en el piso 15, y las varillas horizontales se instalan en secuencia.
El proceso de construcción anterior desempeña las siguientes funciones
(1) La instalación del muro de corte de placa de acero va por detrás de un determinado piso. Entre el progreso de la construcción, la rigidez general de la estructura. y la tensión vertical del propio muro de corte de placa de acero. Para lograr el equilibrio, es decir, bajo la premisa de soportar una cierta carga muerta vertical, el muro de corte de placa de acero está diseñado para no ceder durante pequeños terremotos, lo que es beneficioso para la rigidez general. de la estructura y el progreso de la construcción;
(2) Armadura de estabilizadores Se instala en una determinada capa en la parte posterior para equilibrar la presión de los cilindros interior y exterior y hacer el diseño de tensión en la parte inferior de la Cilindro interior más razonable.
Para obtener más información sobre licitaciones de ingeniería/servicios/adquisiciones y para mejorar la tasa de adjudicación de ofertas, puede hacer clic en la parte inferior del sitio web oficial de servicio al cliente para realizar una consulta gratuita: /#/? fuente=bdzd