用STRAT软件计算大连国际贸易中心 - STRAT - G7. 其它结构软件

lufwu

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2010-12-15 10:09

大连国际贸易中心

Strat后处理生成的大连国际贸易中心三维实体图截图：（点击放大）

第34层三维实体图			大楼顶部部分实体图放大

1、工程概况

大连国际贸易中心坐落于大连市中心区，地下五层，地上七十八层，建筑物高度325.1m，总建筑面积约28万m2。加上结构顶部的构筑物，其高度仅次于上海金茂大厦，为国内第二高高层建筑。该工程由大连建筑设计研究院设计。

结构形式采用钢-混凝土混合结构，即钢筋混凝土核心筒，钢管混凝土柱，钢梁。

核心筒外筒壁厚度：19层以下1500mm，20-50层为1200 mm，51-78层为1000 mm。主要内横墙厚800mm，电梯筒门位置的内横墙厚400mm。外框柱为钢管混凝土，圆形钢管直径2000mm~1200mm。外围框架梁为750′250工字形钢梁，与筒体连接的为600′200工字形钢梁。

沿结构高度设三道外伸钢桁架加强层，桁架跨两个楼层，分别是28~29层、46~47层、65~66层。结构横向两跨设四道人字形钢支撑，沿全高分布。结构较小的一端为框架结构。

整体侧视图

横切面

人字形支撑横切面

上图为一般楼层，下图为外伸桁架加强层

外伸桁架加强层

基本设计条件如下：

地震基本烈度为7度，设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，场地土类型为Ⅰ类。风荷载的基本风压ω0=0.75 KN/m2，地面粗糙度为D类。结构安全等级为一级，重要性系数γ=1.10。

框架抗震等级为一级，剪力墙抗震等级为一级。加强层处框架为特一级。结构阻尼比为0.04。

lufwu

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2010-12-15 10:10

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2、Strat计算

由于建筑外形复杂，设计单位希望导算横向应风面风荷载时，按建筑外形，不同部位按不同的体型系数导算风荷载。利用Strat的外轮廓导荷模式，很容易实现这种风荷载的导算方法。

由于结构中有很多斜撑，一般按层建模的软件处理较为繁琐。利用Strat强大的三维图形功能，很容易地实现人字形斜撑、十字形斜撑、加强层钢桁架的输入。

在方案计算阶段，设计单元要求考虑算裙房、和顶层的构筑物，以简化计算。

据了解，设计单位用另外的软件建模时，花费时间均为一天以上。而用Strat建模时，第一花费4小时，第二次时间更少(由于方案调整较大，第二次重新建模)，体现了Strat软件图形前处理的先进性。

各软件计算的主要指标如下表所示。

	TAT	STAAD	Strat
总重量(万吨)	39.5	34.8	36.7
自振周期(s)	T1=6.91	T1=6.87	T1=6.74
	T2=5.45	T2=5.87	T2=4.78
	T3=3.95	T3=4.47	T3=3.35
风载总荷载 (kN)	Fx=35430	Fx=27741	Fx=35210
风载总荷载 (kN)	Fy=69452	Fy=53310	Fy=70449
地震作用基底总剪力 (kN)	Fx=37537	Fx=28987	Fx=52441
地震作用基底总剪力 (kN)	Fy=32757	Fy= .	Fy=49886
风载顶端侧移 (cm)	Dx= 9.65	Dx=14.30	Dx=11.45
风载顶端侧移 (cm)	Dy=39.58	Dy=51.00	Dy=51.53
地震作用顶端侧移 (cm)	Dx=13.96	Dx=19.60	Dx=14.96
地震作用顶端侧移 (cm)	Dy=26.61	Dy=30.20	Dy=27.57

表中各指标较为分散，但大致范围还是一致的。一方面，各软件计算是分头计算，计算模型的参数不完全相同。另一方面，由于结构较为复杂，对某些特定问题，各软件的处理方法不同。如人字形斜撑、加强层斜撑，Strat释放杆端自由度按二力杆计算，其它软件则可能没有这样处理。

在总重量、基本周期、地震作用顶端侧移等方面，Strat介于另两个软件之间。

比较对于起控制作用的横向(Y向)风荷载作用：

1、Strat与TAT导算得到的总体风荷载相同，但TAT计算的顶端侧移小于Strat的顶端侧移(TAT/Strat=77%)，表明TAT比Strat偏刚。TAT中墙单元采用的是薄壁杆模型，在一般情况下薄壁杆计算结果都偏刚(忽略了剪切变形、及其它一些假定)。

2、STAAD导算得到的总体风荷载比Strat小(为Strat的76%)，但计算得到的顶端侧移与Strat接近，表明STAAD的计算结果偏柔。

Strat计算结构振型如下:

第1振型

第2振型

第3振型

第4振型

第5振型

第6振型

第7振型

第8振型

第9振型

第10振型

第11振型

第12振型

从振型图上可看出，由于结构平面形状特殊，横向、扭转高阶振型呈现特殊的形态，如第8、第9、第11振型。该结构平面呈狭长形，且沿长度方向抗侧力结构类型不同：主体部分为框剪结构，端部小圆应归类为密排框筒。这两种结构类型的侧向变型形态不尽一致，且两部分之间有一定的间距，因此在具有多个反弯点的高阶振型下，这种变形差异得到放大。

为分析这种特殊振型的特点，利用Strat软件选择显示部分结构的功能，将其中的第9振型沿长度分成三个部分分别显示。如右图。从图中可看出，左端为有两个反弯点的弯曲，右端也为有两个反弯点的弯曲，但两端弯曲的方向不同，因此振型总体上仍为扭转振型。右端的弯曲幅度小于左端的弯曲幅度，因此振型呈现特殊的形态，并由此可判断该振型的扭转中心在靠近右端(端部小圆)。

第9振型沿平面长度方向的分解

加强层上下数层，在竖向重力恒荷载、横向(Y向)风荷载作用下的主要内力，如以下两图所示。

外伸桁架加强层在恒荷载作用下内力

由上图可看出，加强层外伸桁架在重力恒荷载作用下，两斜杆均为压力，且压力的大小接近。这表明，在该结构中，核心筒、外框柱在重力作用下的竖向变形协调，没有明显地通过加强层外伸桁架传力。

外伸桁架加强层在横向(Y向)风荷载作用下内力

由上图可看出，加强层外伸桁架在横向(Y向)风荷载作用下，两斜杆拉压力反号，且力的数值较大。外框柱在加强层以下轴力陡然增加，而中间墙体的总体弯矩(综合其轴力和弯矩)在加强层以下大幅减小，表明加强层能有效地将中间墙体的弯矩转化为外框柱的轴力。