高层建筑调研报告

-北京银泰中心

班 级

学 号 姓 名

一、工程概况

北京银泰中心位于北京市东三环国贸桥西南角，地处CBD核心区域，是集酒店、公寓、写字楼为一体的现代化超高层建筑群。建筑群占地面积3.13万m?，东西向长218.2m，南北向宽99m，总建筑面积约35万m?。地下共4层，单层建筑面积约2.2万m?，地上由“品”字形布置的三栋塔楼和裙楼组成，象征中国银泰投资有限公司的金融、商业和房地产三项主业。裙楼为5层混凝土结构商业用房；北塔楼为超五星级酒店及高级公寓，共63层，建筑高度249.9m；东、西塔楼均为写字楼，共43层，建筑高度186m。本工程钢结构总用钢量达到3.2万t，塔楼基础埋深22.95m，裙楼基础埋深20.65m。

该工程混凝土浇筑量过大，达到1.2万立方米，底板50米见方的区域厚度达3.5米，核心筒区域还存在6.9米的厚度。

本工程基础为桩筏基础，基础桩采用桩侧、桩底后压浆技术，桩径1100mm，桩长为30m，单桩承载力达到2400t。 二、在结构方面

北塔楼采用全钢框架式筒中筒结构，配合带有粘滞阻尼器和无粘结屈曲约束阻尼器的支撑，保证了建筑物在风荷载和地震力作用下刚柔相济，变形受控。东、西塔楼采用了钢筋混凝土筒中筒结构，其中外筒为钢筋混凝土密柱深梁框架筒，内筒为钢筋混凝土剪力墙结构的核心筒，连接内外筒的楼板采用钢梁压型钢板叠合楼板。

三、在景观设计方面

一是园林立体化的设计，使建筑物四周的街道植物、裙房屋顶的花园以及室内景观相结合；二是水景的设计，水景设计在整体环境设计中起着重要的作用，设计师将中国传统元素加以了艺术化的表现。

四、装修方面

外立面采用整体式单元石材玻璃幕墙，柏悦居公寓为精装修，写字楼为公共区精装修，租户内部粗装修。另外，柏悦居公寓有三部客梯。每栋写字楼则配置12部双轿厢客梯，高区和低区各6部，品牌均为世界最先进的原装进口电梯。

五、创新与新技术应用

1. 建筑简洁大方、适用美观，清晰地矗立在长安街延长线上，成为北京中央商务区的地标建筑之一。“中心”设置统一的入口大堂和内部交通，成效显著，缓解了中央商务区的交通压力。

2. 北塔楼为国内最高的全钢结构。抗风、抗震采用黏滞阻尼器和无粘结屈曲约束支撑阻尼器。

3.东、西塔楼底部转换层采用2m×6m转换梁，梁中布置型钢与上、下柱的型钢连接，其设计施工有较大难度。施工中采用钢筋混凝土筒体与水平钢梁组合楼板分离施工新技术。

4.节能、节水新技术，变风量空调，单元体式玻璃石材混合幕墙，给水排水节能、节水、照明智能控制。

 

第二篇：北京银泰中心楼盖体系舒适度设计

第37卷第11期建　筑　结　构20xx年11月

北京银泰中心楼盖体系舒适度设计

吕佐超　韩合军　黄　健　李培彬　赵广鹏　娄　宇

(中国电子工程设计院　北京100840)

[提要]　针对银泰中心刚度和阻尼较小的楼板系统的舒适度问题,方法。参照美国钢结构协会标准(AISC标准),程三座主塔楼做了舒适度分析计算。通过计算可以看出,速度起决定作用。

[关键词]　北京银泰中心　楼盖体系　舒适度VibrationDesignofFloorLüZuochao,HanHejun,HuangJian,LiPeibin,ZhaoGuangpeng,LouYu(DesignInstitute,Beijing100840,China)

Abstractorearegiventofloorvibrationsproblembecauseofsmallerdampingandlowerstiffnessinfloorsystems.TheandcalculatingmethodaboutfloorvibrationsareintroducedandthevibrationsforthreetowerbuildinginYintaiCenterprojectreferringtoAmericanInstituteofSteelConstructionstandards(AISCstandards)areanalyzed.Throughcomputingprocess,itindicatesthatthestiffness,dampingandeffectiveweightoffloorsystemshavemaininfluenceonitsvibrationacceleration.

Keywords:BeijingYintaiCenter;floorsystem;comfortabledegree;baselinecurve

0　引言

瑞典建筑研究委员会(SCBR)于19xx年给出了较为完善的楼板系统振动设计指南,其中给出了楼板系统自振频率的计算公式。澳大利亚金属框架规程

(ASDMFC)采用了SCBR设计指南中的计算公式,并结

合其国内结构体系的实际情况做了必要的限定。加拿大国家建筑规程(NBCC)基于其国内20世纪70年代的系列研究工作,于19xx年制定了木制楼板的振动设计要求。

就钢梁2混凝土楼板系统来说,

美国钢托梁协会

(SJI)和美国钢结构协会(AISC)分别给出了对同一振动

为参考量,楼板阻尼在许多情况下也需要考虑。在得

到楼板系统的频域和时域计算结果后,将其与人的舒适度标准值相比对,从而判断出楼板系统的振动性能是否满足使用要求。在此过程中,首先需要解决的是建立动荷载和楼板振动特性之间的关系式。一般来说,动荷载可以采用傅立叶变换分解成一组不同圆频率的简谐荷载,对于人的活动造成的楼面振动荷载来说,可以用下式表达[1]:

F=P[1+

αcos(2πifstept+∑

i

<i)](1)

式中,P为人的重量,αi为动力因子,i为谐振频率的

),fstep为走动频率,t为时间,<i为简谐阶数(1,2,3…

有协同作用的钢梁数量计算公式,并不断进行了改进和完善

[224]

。我国在建筑物振动对人舒适度影响方面

振动的相位角。

动力因子αi的大小随着简谐荷载频率的增加而呈递减趋势,比如,与人行走振动前四阶频率相对应的动力因子分别是015,012,011和0105[1]。共振作用如图1所示,其中楼板系统简化为一个质量块,与下部结构通过弹簧和粘滞阻尼连接,人给这个质量块一个竖向简谐力作用。图1中的楼板只有一个自振频率,而实际上楼板系统的自振频率有多个,如图2所示,在每一个自振频率(振型)上都会出现共振问题。

人行走引起的振动会造成高阶共振,但由于高阶振型在楼板振动中所占份额很小,因此,只有低阶振型才是影响最大的。图1中简谐振动加速度等于简谐力与楼板系统质量比值乘以响应因子,而响应因子又和

参照其它国家的标准也制定了相应的规定和标准,如

(JB16)和机械工业的《机械工业环境保护设计规定》(G《工业企业噪声控制设计规范》BJ87—85)等。这些

标准的侧重点是振动环境对建筑物造成的影响,而人自身活动引起的楼板竖向振动问题没有涉及。

结合北京银泰中心工程,就楼板系统的竖向振动进行计算分析,以保证建成使用后楼板体系的舒适度满足要求。

1　楼板系统振动设计

楼板系统振动设计一般要求计算楼板系统的第一阶频率和竖向振动加速度峰值,振动速度和位移仅作20

自振频率与荷载频率的比值fnΠf及阻尼比β直接相关,

正是这些参数决定了一般楼板系统的振动情况。

谐振

阶数

1234

[1]

人活动频率和动力系数αi的关系

表1

舞厅

αi

015011

人行走

f(Hz)

健身运动

αi

0150120110105

f(Hz)

αi

115016011

f(Hz)

116～212312～414418～616614～818

212～218414～516616～814

118～218316～516

——

——

——

　　注:动力系数αi=峰值简谐力Π

图1　楼板系统共振示意图[1

]

　

　

图2　

楼板系统自振频率

分布示意图[1]

可以看出,振加速度,,。111,这是由于人对楼板振动的反应是一个非常复杂的现象,这包括振动幅度、周围环境影响、人的年龄等等。世界标准组织(ISO)对于楼板竖向振动峰值加速度给出的倍数量级基准曲线如图3所示。

不同环境下楼板竖向振动的临界加速度可以参考此曲线并乘以一个合适的倍数。实际设计中应用这些曲线时,还应当考虑到振动持续的时间以及与振源的距离,在此基础上乘以018～115的系数。各国对楼板振动制定的标准不尽相同,如加拿大、美国标准如图4,5

图3　国际标准协会

所示。

标准(ISO标准)[1]

112楼板竖向振动的计算

式(1)包含了人对楼板的静力作用和动力作用两部分,如果仅考虑其中的动力部分并忽略各简谐力的相位角,则人的行走对楼板的动力影响可以用下式表达[1]:

απifstept(2)Fi=Picos2

　

图4　加拿大钢结构协会标准(CSA标准)[1]

　

　

图5　美国钢结构协会标准(AISC标准)[1]

式中aΠg为楼板振动加速度与重力加速度的比值,R

为衰减因子,β为模态阻尼比,W为楼板有效重量。

人行走的峰值加速度可以在式(3)中仅取第一阶谐振力,此时,这个力的频率f(f=iΠfstep)是与楼板系统的第一自振频率相匹配的,这样得到的加速度比值就可以用图3中的曲线进行比对。

为便于设计使用,通过大量计算找出动力因子α和动力荷载频率f之间的近似关系式为α=0183exp(-0135f),则式(3)可以变为:

aPP0exp(-0135fn)a0

(4)=≤βgWg式中:

aa为峰值加速度比值(单位重力加速度);为gg

加速度比值的限值;fn为楼板系统自振频率;P0为动荷载幅值,楼板振动取0129kN;P0exp(-0135fn)代表楼板自振频率为fn时人行走的有效简谐力。

2　计算案例

式中,P为单个人的重力,可取017kN;αi为第i阶振动的动力参与因子;i为脚步频率的谐振阶数,

fstep为脚步频率。

人活动频率与动力参与因子的关系如表1所示。楼板共振响应公式为:

αRP

πifstept(3)=cos2

βgW

结合北京银泰中心A座钢结构主楼的楼板系统介绍舒适度的计算过程。在此建筑中钢梁布置标准层如图6所示,主次梁关系及楼板系统截面特性如图7所示。

图7中次梁间距为sj=215m,钢承板以上混凝土厚度hc=60mm,钢承板高度hc0=65mm;次梁跨度Lj

=5m;主梁跨度Lg=111825m;主次梁截面尺寸由刚度

和强度条件选型计算结果为H450×300×14×25,H250

21

212楼板系统有效重量W

楼板系统有效重量的计算也分为次梁楼板体系、主梁楼板体系和主次梁楼板体系三部分,分别以符号Wj,Wg,Wn表示。次梁楼板体系的有效重量为:

Wj=115

wBL=19814kNsjj

(9)

式中,115为考虑连续梁作用的系数;Bj为楼板体系有效宽度:

j=Cj(D1j6105m(10)

Cj=2,Ds为混凝土楼板:

s=deΠ12n=1104×10mm

3

4

3

(11)(12)(13)

de:

图6　

de=hc+hc0Π2=9215mm

n为动力模态比:

n=EsΠ1135Ec=41695

Ec为混凝土的弹性模量;Dj为组合梁单位宽度的惯性矩:

Dj=IjΠs=812×10mm

4

3

×125×6×9等级C40,重puc=218kNΠm2;建筑面层pu=1kNΠm;单位面积上次梁自重puj=01114kNΠm2;可变荷载V=210kNΠm2,计算时取Vu=10%V。步行振动力P0=0129kN;阻尼比β=0103;办公楼及住宅区加速度比值的限值a0Πg=

015%[1]。

211楼板系统自振频率f

　

2

(14)

　　采用同样的方法可以得到主梁楼板体系的有效重量Wg=52417kN,主次梁楼板体系的有效重量为:

Wn=

ΔΔj+Δg

Wj+

()

Δj+ΔgWg=47619kN15

Δ213楼板系统舒适度分析

将自振频率f和有效重量W代入式(4)就得到了楼板体系峰值加速度的比值分别为:

图7　主次梁关系及楼板示意图

楼板系统自振频率的

计算分为次梁楼板体系、主梁楼板体系和主次梁楼板体系三部分,分别以符号fj,fg,fn表示。

在文[1]中楼板系统自振频率是统一按照简支梁体系计算的,次梁楼板体系的自振频率为:

fj=0118

aaa=01059%,=01296%,=01374%ggg

　　可以看出,次梁楼板体系、主梁楼板体系和主次梁楼板体系的峰值加速度比值均小于a0Πg,因此A座塔楼的楼板体系可以满足美国AISC标准中对舒适度的要求。

在以上计算的基础上,还对竣工后的主楼楼板系统做了振动实测。由于使用荷载低于设计值,实测楼板振动频率为6143Hz,与计算结果差距较大。3　结论

以美国钢结构协会标准(AISC标准)的相关内容为依据做了银泰中心楼板的舒适度计算。另外,美国钢结构教育协会技术咨询及产品服务部(SteelTIPS)发

(DesignPracticeto行的《防止楼板振动的设计方法》

PreventFloorVibration)一书从另一个角度提出了一种楼板系统舒适度的评定方法。这种方法是以楼板系统自振频率、有效阻尼和振幅为参数,通过Wiss2Parmelee比例因子R来描述楼板振动的强烈程度是否在可接受

(下转第19页)　　　　

Δj=1216HzgΠ(5)(6)(7)

式中Δj为次梁支撑范围内组合楼板的跨中挠度,

Δj=5wjL4384EsIj=1198mmjΠ

式(6)中,wj为次梁的折算线荷载,

wj=(pu+puc+puj+Vu)Sj=1013kNΠm

式中:Es为钢材的弹性模量;Ij=2105×108mm4,为组合梁截面惯性矩。

采用同样的方法可以得到主梁楼板体系的自振频率为fg=5123Hz,楼板跨中挠度为Δg=11154mm。主次梁楼板体系的自振频率为:

fn=0118

j+Δg=4183Hz

(8)

22

4　沉降观测

5　　

,因此

也可认为双套筒段摩阻力基本消除。312单桩极限承载力的取值

图5(a)～(c)为试桩S1～S3沉降2时间对数曲线,三个试桩的荷载2沉降曲线参见文[1]。由试验结果可知,三个试桩的荷载2沉降曲线为缓变型,无明显陡降段,当加到最后一级荷载24000kN时,桩顶总沉降量都不超过20mm。S1,S2和S3的总沉降量分别为16131,18171和16170mm,最后一级荷载的单位荷载(kN)沉降增量分别为01001,0100123和0100116mm。直到最后一级荷载24000kN作用下,试桩的沉降2时间对数曲线的坡度未变陡,无明显的向下弯折,沉降速率也未骤增,因此三根试桩的单桩竖向极限承载力取为24000kN,特征值为12000kN,并作为桩基设计的依据。

(上接第22页)

采用分层总和法计算得到三座塔楼的沉降量分别为:钢结构塔楼为5310mm,两座混凝土塔楼为4613mm。图5(d)三座塔楼在施工期间实测的沉降曲线,A座钢结构塔楼最大平均沉降24168mm,B,C座钢筋混凝土塔楼最大平均沉降分别为23169,32154mm。

现三座塔楼均在装修阶段,沉降量变化不大,预估最终值应该不超过40mm。5　结论

(1),有利于降低桩基造价。

(2)在卵石层采用桩端桩侧后压浆技术对提高桩基承载力和减少群桩的沉降具有显著的效果。

(3)基坑未挖到底部前在基坑底部以上相应高度位置进行试桩桩基承载力检验是可行的,但要采取相应的措施,保证检测结果的正确性。

参考文献

[1]张相勇,娄宇,常为华.北京银泰中心桩筏基础设计[J].建筑结

构,2007(7):972101.

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工程质量监督总站检测中心,2003.

[3]北京银泰中心桩基工程桩检测报告[R].冶金工业工程质量监

督总站检测中心,2004.

[4]建筑桩基技术规范(JGJ94—94)[S].北京:中国建筑工业出版社,1995.[5]北京地区建筑地基基础勘察设计规范(DBJ01—501—92)[S].北

京市建设委员会,1992.

[6]北京地区建筑大直径灌注桩技术规程(DBJ01—502—99)[S].北

京市建设委员会,1999.

[7]建筑地基基础设计规范(GB50007—2002)[S].北京:中国建筑工

业出版社,2002.

的范围内。比例因子R已被美国城市发展和住宅局

采纳为楼板系统振动的对比指数,R≤215为通常可以

[5]

接受的楼板振动上限。

工程中也采用这一方法做了楼板振动舒适度分析。前面算例中的楼板体系根据GSAΠPBC准则[5]得到的Wiss2Parmelee比例因子R为:

0101265DavailR=5108fnA0Π

=5108×

011001217

01265

板的舒适度分析计算是对这一方向在实际设计工作中做的一次初步尝试,参照的标准、计算方法和得到的结果可以为以后的深入研究提供一定的借鉴。

参

考

文

献

[1]FloorVibrationsDuetoHumanActivity.美国钢结构协会Π加拿大钢

结构协会,钢结构设计系列.

[2]ELLINGWOODB,TALLINA.

Structuralserviceability:Floor

vibrations[J].JournalofStructuralEngineering,1984,110(2).designguide[R].Research,1988.

[4]CHENY.Finiteelement

analysisforwalkingvibrationproblemsfor

compositeprecastbuildingfloorsusingADINA:modeling,simulation,andcomparison[J].ComputerandStructures,1999,72(4).[5]防止楼板振动的设计方法(DesignPracticetoPreventFloor

Vibration)[M].美国结构钢铁教育协会2技术咨询及产品服务部

(SteelTIPS).

Stockholm:StockholmCouncilforBuilding

[3]OHLSSONSV.Springinessandhuman2inducedfloorvibration:A

=2122<215

式中Davail为楼板系统有效阻尼,A0为修正后的初始最大振幅。计算结果表明此楼板体系满足SteelTIPS提出的舒适度要求。

楼板系统舒适度设计还有许多不确定因素,对舒适度概念的理解也还有深化的必要。银泰中心工程楼

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