《北京国贸中心大厦：高楼钢结构工程实例》

1.建筑概况

北京市于1989年建成的中国国际贸易中心大厦（一期）的主楼，建筑面积为8.6×10⁴m²，地面以下两层，采用筏板基础，埋深为-15m；地面以上39层，高155m。抗震设防烈度为8度。

2.结构体系

（1）主楼采用钢结构筒中筒体系。地下室，采用钢筋混凝土结构；地面以上1～3层，采用型钢混凝土结构；4层以上，采用全钢结构。

（2）主楼典型层的结构平面如图5-88a所示。典型楼层的层高为3.7m。内框筒的平面尺寸为21m×21m，外框筒为45m×45m；内、外框筒的柱距均为3m，构成密柱深梁型的筒中筒结构体系。房屋的高宽比（即外筒的高宽比）为3.4，内筒的高宽比为7.3。

图5-88 北京市中国国际贸易中心大厦

a）典型层结构平面 b）结构剖面

（3）内、外筒之间跨度为12m的钢梁的两端，采用铰接构造分别简支于内筒和外筒的钢柱上。钢梁的间距与内、外框筒的柱距相同，也是3m，使钢梁与内、外框筒的各根钢柱一一对应。

（4）为了进一步提高结构体系的抗震能力，在内框筒四个边的两个端跨，各设置竖向支撑一道（图5-88b）。此外，还利用第20层、38层的设备层和避难层，沿内、外框筒周圈各设置一道高度为5.4m的周边钢桁架，形成两道刚性环梁，以加强内、外框筒的竖向抗剪刚度。

这些竖向支撑和刚性环梁的设置，也有利于减小框筒的剪力滞后效应，减缓框筒角柱的应力集中，提高框筒的侧向整体抗弯能力。

3.构件截面尺寸

（1）内、外框筒的柱，均采用了轧制H型钢，因为其造价低于焊接方形钢管。

（2）框筒柱，除承受较大轴力外，还承担顺所在框架平面作用的较大水平剪力和弯矩，而平面外的剪力和弯矩均较小，因而，将H型钢的强轴方向即腹板方向布置在内、外框筒的框架平面内（图5-88a）。

（3）内、外框筒柱所采用的H型钢，其截面尺寸（高×宽×腹板厚×翼缘厚），由第4层的468mm×442mm×35mm×55mm，分级变化到顶层的394mm×398mm×11mm×18mm；内框筒角柱的截面尺寸加大，第4层的截面尺寸为508mm×437mm×50mm×75mm。

（4）内、外框筒的窗裙梁均采用热轧工字钢，其截面尺寸为：由第4层的610mm×201mm×12mm×22mm分级变化到顶层的596mm×199mm×10mm×15mm。

（5）内、外框筒之间的跨度为12m，间距为3m的楼盖钢梁，采用热轧工字钢，其截面尺寸：多数楼层为688mm×199mm×12mm×16mm，少数楼层为750mm×200mm×14mm×25mm。各层楼盖钢梁与内、外框筒柱的连接均采取铰接。

（6）内框筒角部竖向支撑的斜杆则采用等边双角钢，截面尺寸为2L75mm×9mm。

（7）各层楼板均采用以压型钢板为底模的现浇钢筋混凝土组合楼板，肋高75mm，板厚75mm。(www.xing528.com)

（8）此工程采用日本钢材，钢板厚度t≤40mm和t＞40mm的钢材牌号分别为SM50A和SM50B。

（9）整个大楼结构的总用钢量为11000t，折合为单位建筑面积的用钢量为139kg/m²。

4.梁柱节点构造

（1）内、外框筒的梁与柱连接采取刚性节点，并采用栓焊连接，梁的上、下翼缘与柱的连接采用坡口全熔透焊，梁腹板与柱的连接板之间采用高强度螺栓连接，并在终拧高强度螺栓之后，再焊接梁的上、下翼缘焊缝。

（2）钢柱的分段长度为三个层高，柱的拼接采用单坡口全熔透焊。

5.结构方案比较

（1）在设计过程中，曾对筒中筒体系考虑过两种结构方案：

1）刚性方案——混合结构方案，即内筒采用钢筋混凝土墙筒，外筒采用钢框筒。

2）柔性方案——全钢结构方案，即内筒和外筒均采用钢框筒。

（2）在刚性方案中，钢筋混凝土内筒承担了大部分水平地震剪力，考虑到钢筋混凝土墙体的弹性极限变形角远小于钢框筒，两者不是同步工作，即两者的最大水平承载力不处于同一时刻。因此，设计中，钢筋混凝土内筒承担100%地震剪力，钢外筒再承担25%地震剪力。

（3）按美国UBC规范进行比较计算，最后选定柔性方案，其主要优点是：①水平地震力较小；②地震剪力在内、外二筒之间的分配比较均匀；③外框筒的相对刚度较大。

（4）柔性方案的变形值需要得到控制。根据日本规范，钢结构的允许层间侧移角，一般情况为1/500；考虑到此大楼的外墙采用玻璃幕墙，设计时允许层间侧移角限值取1/200。

6.结构分析结果

（1）结构弹性动力分析计算出的结构前三个振型的周期值，分别为T₁＝5.5s，T₂＝2.1s，T₃＝1.2s。

（2）采用5种地震波对结构进行了弹性和弹塑性时程分析。弹性分析时，峰值加速度取0.15g和0.2g；弹塑性分析时，峰值加速度取0.35g。

（3）利用Taft波进行结构动力分析的主要计算结果，列于表5-16。

表5-16 输入Taft波进行结构动力分析的计算结果