上海浦东国际金融大厦主楼钢结构及工程分析

1.建筑概况

上海浦东国际金融大厦，地下3层；地上53层，屋顶以上小塔楼2层，高221m。主楼地面以上的总建筑面积为9.9×10⁴m²。

大厦地下部分设停车库、设备机房和人防地下室。主楼地面以上的低层部分，设银行、商店、餐厅等商业设施；中层部分为办公用房，层高为3.9m；高层部分为单元式办公用房，层高为3.6m。主楼高层部分内收，且其长轴转至45°方向。主楼建筑平面如图5-145所示，图5-146为大厦的外观。

图5-145 浦东国际金融大厦建筑平面

a）中层段（第6～21层） b）高层段

2.结构体系

（1）大厦主楼采用钢-混凝土混合结构“芯筒-框架”体系。地下部分采用型钢混凝土结构。地上部分，由于建筑立面内收，使结构沿高度划分为三种类型：①低层段和中层段，采用型钢混凝土芯筒和外圈的型钢混凝土框架，各层楼盖大梁采用钢梁；②转换层段，楼面内部采用型钢混凝土芯筒，外圈采用斜柱钢框架，芯筒与钢框架之间采用钢梁连接；③高层段，楼面内部采用钢筋混凝土芯筒，外圈采用钢框架，芯筒与外圈钢框架之间采用钢梁连接。图5-147给出主楼结构体系的平面和剖面示意图。

（2）楼盖钢梁与外圈框架柱采用刚性连接，与混凝土芯筒采用铰接。

（3）各层楼盖采用以压型钢板为底模的现浇钢筋混凝土组合楼板。

（4）混凝土强度等级：转换层以下，芯筒和框架采用C50，楼板为C40；转换层以上各层，芯筒采用C40，楼板为C30。

（5）钢柱、钢梁均采用H型钢，但外框架的斜钢柱采用圆钢管。钢材强度为：钢框架的梁、柱，f_ay＝330N/mm²；楼盖梁，f_ay＝240N/mm²。

（6）主楼基础采用φ609mm×14mm的钢管桩，单桩设计承载力为3500kN。

图5-146 浦东国际金融大厦外观

图5-147 主楼结构体系示意图(www.xing528.com)

a）建筑平面 b）结构体系剖面

3.构件截面尺寸

大厦主楼各区段钢结构的主要构件最大截面尺寸列于表5-49。

表5-49 上海浦东国际金融大厦主楼钢结构的构件截面尺寸

4.结构分析结果

（1）大厦的风荷载按100年重现期确定，设计基本风压ω₀＝1.2×0.55＝0.66kN/m²。风荷载分别沿结构正向（x、y方向）或斜向（u、v方向）作用时，结构各项侧移值列于表5-52。

（2）大厦按7度地震设防，场地属Ⅳ类。结构沿u、v方向和扭转振动的基本自振周期分别为3.16s、3.15s和1.1s。结构抗震第一阶段弹性分析，地震动峰值加速度取α_g＝35Gal，结构阻尼比取ζ＝0.035。地震分别沿x、y、u、v方向作用时的结构各项侧移值列于表5-50。

（3）大厦主楼在风荷载或地震作用下，倾覆力矩使楼面外圈框架柱产生的附加轴力，分别为±4430kN和±3080kN，约等于长期荷载柱轴力18730kN的1/4.2和1/6.1。

表5-50 风或地震作用下上海浦东国际金融大厦主楼的结构侧移

①风荷载作用下结构最大层间侧移发生在第47层。

②地震荷载作用下结构最大层间侧移发生在第49层。

（4）结构抗震设计第二阶段采用弹塑性时程分析法，所用的4条地震波为El Centro波、Taft波、Hachenohe波和上海人工波；峰值加速度取α_g＝220Gal，地震持时取30s。

结构恢复力模型选用滑移退化三线型：①初始刚度K₁取结构弹性刚度；②K₂为混凝土芯筒开裂时的结构刚度，其数值相当于取40%芯筒弹性刚度时的结构刚度；③K₃的取值定为K₁的1/100。

（5）时程分析结果指出：①以上海人工地震波的结构反应值为最大；②4条地震波的作用下，混凝土芯筒均出现裂缝，但都未达到破坏极限；③u、v方向的最大层间侧移角，分别发生在第54层和第46层，数值分别为1/120和1/134，均小于规范限值1/70。