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简介（作者编辑）：中国建筑千米级摩天大楼结构设计与研究_陈勇.pdf
摘要（系统识别）：
第47卷第3期
建筑结构
Vol.47 No.3
2017年2月上
Building Structure
Feb.2017
中国建筑千米级摩天大楼结构设计与研究
（中国建筑东北设计研究院有限公司，沈阳110006)
[摘要]中国建筑千米级摩天大楼超限高层建筑高度1180m,采用由3个周边单塔+中央交通核每100m通过2
层共15m高的连接平台刚性连接而成的巨型组合结构体系。4个单体均采用圆形钢管混凝土柱+钢框架梁+外
包钢板剪力墙结构体系，在连接平台楼层周边单塔设置伸臂桁架和腰桁架，单塔沿弧形长度方向设置两道巨型X
形支撑。系统介绍了该项目的结构体系及布置、地基基础设计、地震作用和风荷载的确定方法和原则、抗震设防性
能化目标：通过不同程序计算，对结构整体计算结果进行分析，对外包钢板剪力墙进行详细研究，关键节点进行有
限元模拟。研究表明，体系选择合理，工程各项计算指标比较理想，结构满足性能化设计的要求。
[关键词千米级摩天大楼；超限高层；巨型组合结构体系；外包钢板剪力墙；性能化设计；关键节点；有限元
分析
中图分类号：TU973
文献标识码：A文章编号：1002848X(2017)03000109
Structural design and research on the 1 000m-high skyscraper of CSCEC
Chen Yong,Chen Peng,Wu Yihong,Zhou Yu,Gao Jian
China Northeast Architectural Design Research Institute Co.,Ltd.,Shenyang 110006,China)
Abstract:The 1 000m-high skyscraper is an out-of-code high-rise building with height of 1 180m.The mega composite
structural system consists of 3 main surrounding towers and one central traffic tower which are rigidly connected by two
stories 15m-high connected platform in every 100m.Concrete filled steel tubular(CFST)column,steel beam and concrete
filled steel (CFS)shear wall are used in the 4 single towers.Outriggers and belt trusses are set around the stories with
connection platforms.And two mega X-typed bracings are arranged in both sides of each single tower.The structural system
and arrangement,foundation design,principles and methods on determining the seismic action and wind load,seismic
performance-based target were presented.Through the calculations by different programs,overall structural calculation
results were analyzed and concrete filled steel shear wall was studied in detail.The finite element simulation was conducted
on critical nodes.Study shows that the choice of the structural system is reasonable and each engineering calculation index
is ideal.Design can meet the performance requirements.
Keywords:1 000m-high skyscraper;out-of-code high-rise building;mega composite structural system;concrete filled steel
shear wall;performance-based design;critical node;finite element analysis
工程概况
积196.6万m。结构主要屋面标高1040m,塔顶标
从世界范围来看，各国为了展示自己的经济实
高1180m。地下9层为地下停车场及其配套设施，
力和有效节约建筑用地，不断兴建超高层建筑，世界
0~100m为商业部分，100~300m为普通办公区，
第一高楼的高度也不断被刷新，2010年建成的迪拜
300~900m为公寓或公寓式酒店（其中300~600m
塔高度已达828m,而1007m的吉达沙特王国大厦
局部塔楼有高档办公区)，900~1000m为五星或六
目前正在施工山；从国内来看，随着国家经济持续
星级酒店，1000~1040m为观光区。主楼基础埋深
快速发展，各地超高层建筑层出不穷，为了适应我国
58.6m,基础埋深与地面以上建筑主要屋面高度之
建筑业发展趋势，同时为今后建造千米级摩天大楼
比为58.6/1040=1/17.7，建筑效果图、鸟瞰图及建
进行设计、建造的技术储备，中国建筑(CSCEC)于
筑功能分区示意图见图1~3。
2010年筹备进行《中国建筑千米级摩天大楼建筑技
该工程为超B级高度的高层建筑结构)，设计
术研究》项目研发，历时3年，耗资1750万元，以虚
基准期为50年，结构设计使用年限为50年，结构设
拟千米级摩天大楼为载体，分别对建筑、结构、机电、
计耐久性为100年，结构安全等级为一级。工程抗
材料和施工等专业技术进行研究。
震设防类别为标准设防类（乙类），根据抗震规
假定该中国建筑千米级摩天大楼项目位于大连
市大连北站附近，总建筑面积262.1万m2,其中地
*中建股份科技研发课题(CSCEC-2010701-02)。
下9层，建筑面积65.5万m2;地上198层，建筑面
作者简介：陈勇，博士，教授级高级工程师，Email:止_cy@126.com。
?1994-2017 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
建筑结构
2017年
周边单塔
周边单塔
连接平台
中央交通核
周边单塔
周边单塔
酒店
通公
周边单塔
周边单塔
图1建筑效果图
图2建筑鸟瞰图图3
建筑功能分区
图4巨型组合体系平面构成图
范)，抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一
3个周边单塔和中央交通核全为钢管混凝土
组，场地类别为Ⅲ类，反应谱特征周期为0.45s,水平
柱钢梁外包钢板剪力墙核心筒。地上主体结构除
地震影响系数最大值为0.08。基本风压，计算位移时
连接平台层高7.5m外，层高全为5.0m。
取50年一遇基本风压o=0.65kN/m2,计算构件承
中央交通核平面形状为直径48.2m的圆形平
载力时按100年一遇取0。=0.75kN/m?,计算舒适度
面，且0~1000m平面布置保持不变，6根钢管混凝
取10年一遇基本风压，地面粗糙度类别为B类。
土框架柱由1800×50（外径×壁厚）逐渐减小到
2结构体系
1300×50;外围外包钢板剪力墙由1350×43（墙厚
2.1主体结构
×外包钢板厚度)收减到600×20，内部剪力墙由
本工程地上主体结构采用由3个周边单塔与中
1200×43变化到500×20，在1000m处收掉部分
央交通核每100m通过2层共15m高连接平台刚性
墙肢，并在1040m处中央交通核的核心筒上设置
连接而成的巨型组合结构体系，其中周边3个单塔
140m高的纯钢结构塔尖；主要框架梁采用箱形截面
在连接平台楼层设置10道伸臂桁架和腰桁架，同时
口500×850×18×22，与框架柱刚接，除加强层外与
核心筒铰接。
为了加强外框架刚度，沿周边单塔的弧形长度方向
周边单塔采用钢管混凝土框架柱巨型钢支撑-
设置两道X形支撑，巨型组合结构体系平面构成图
伸臂桁架和腰桁架外包钢板剪力墙核心筒结构体
见图4，标准层平面布置图见图5。
系，平面形状近似椭圆形，沿建筑高度在长度和宽度
方向均向内收进，最大长度由±0.000处79.88m均
匀减小到1000m处的67.21m,最大宽度由45.82m
均匀收缩到33.220m。为了最大限度地减少结构构
件占用建筑面积、实现建筑的功能与理念，根据结构
外围尺寸的减小，外框架柱全部为斜柱，且外框柱外
边贴近结构外边缘。为了满足建筑概念与功能、结
1212121212变化
构的刚度和稳定性要求，部分框架柱和剪力墙伸至
定高度后截断，图6为周边单塔剪力墙与外框架
柱平面布置图。外框柱首层最大直径2800mm、壁
厚100mm,每向上50m直径减小100mm,在700，
900m处分别收掉KZ6,KZ9和KZ1,1000m处外框
柱最大直径1400mm、壁厚50mm;核心筒剪力墙首
层最厚，为1700mm,其钢板厚度45mm,竖向每隔50m
减薄50mm,在200,600m处分别收掉Q3,Q5;1000m
处墙肢最厚，为500mm,其钢板厚度20mm;周边单塔
在1040m处设有纯钢塔尖，塔尖高度40m。
①
为了加强外框架的刚度，提高框架承担的剪力，
图5
标准层平面布置图/m
增加结构的刚度和稳定性，沿周边单塔的弧形长度
?1994-2017 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
摘要（系统识别）：
第47卷第3期
建筑结构
Vol.47 No.3
2017年2月上
Building Structure
Feb.2017
中国建筑千米级摩天大楼结构设计与研究
（中国建筑东北设计研究院有限公司，沈阳110006)
[摘要]中国建筑千米级摩天大楼超限高层建筑高度1180m,采用由3个周边单塔+中央交通核每100m通过2
层共15m高的连接平台刚性连接而成的巨型组合结构体系。4个单体均采用圆形钢管混凝土柱+钢框架梁+外
包钢板剪力墙结构体系，在连接平台楼层周边单塔设置伸臂桁架和腰桁架，单塔沿弧形长度方向设置两道巨型X
形支撑。系统介绍了该项目的结构体系及布置、地基基础设计、地震作用和风荷载的确定方法和原则、抗震设防性
能化目标：通过不同程序计算，对结构整体计算结果进行分析，对外包钢板剪力墙进行详细研究，关键节点进行有
限元模拟。研究表明，体系选择合理，工程各项计算指标比较理想，结构满足性能化设计的要求。
[关键词千米级摩天大楼；超限高层；巨型组合结构体系；外包钢板剪力墙；性能化设计；关键节点；有限元
分析
中图分类号：TU973
文献标识码：A文章编号：1002848X(2017)03000109
Structural design and research on the 1 000m-high skyscraper of CSCEC
Chen Yong,Chen Peng,Wu Yihong,Zhou Yu,Gao Jian
China Northeast Architectural Design Research Institute Co.,Ltd.,Shenyang 110006,China)
Abstract:The 1 000m-high skyscraper is an out-of-code high-rise building with height of 1 180m.The mega composite
structural system consists of 3 main surrounding towers and one central traffic tower which are rigidly connected by two
stories 15m-high connected platform in every 100m.Concrete filled steel tubular(CFST)column,steel beam and concrete
filled steel (CFS)shear wall are used in the 4 single towers.Outriggers and belt trusses are set around the stories with
connection platforms.And two mega X-typed bracings are arranged in both sides of each single tower.The structural system
and arrangement,foundation design,principles and methods on determining the seismic action and wind load,seismic
performance-based target were presented.Through the calculations by different programs,overall structural calculation
results were analyzed and concrete filled steel shear wall was studied in detail.The finite element simulation was conducted
on critical nodes.Study shows that the choice of the structural system is reasonable and each engineering calculation index
is ideal.Design can meet the performance requirements.
Keywords:1 000m-high skyscraper;out-of-code high-rise building;mega composite structural system;concrete filled steel
shear wall;performance-based design;critical node;finite element analysis
工程概况
积196.6万m。结构主要屋面标高1040m,塔顶标
从世界范围来看，各国为了展示自己的经济实
高1180m。地下9层为地下停车场及其配套设施，
力和有效节约建筑用地，不断兴建超高层建筑，世界
0~100m为商业部分，100~300m为普通办公区，
第一高楼的高度也不断被刷新，2010年建成的迪拜
300~900m为公寓或公寓式酒店（其中300~600m
塔高度已达828m,而1007m的吉达沙特王国大厦
局部塔楼有高档办公区)，900~1000m为五星或六
目前正在施工山；从国内来看，随着国家经济持续
星级酒店，1000~1040m为观光区。主楼基础埋深
快速发展，各地超高层建筑层出不穷，为了适应我国
58.6m,基础埋深与地面以上建筑主要屋面高度之
建筑业发展趋势，同时为今后建造千米级摩天大楼
比为58.6/1040=1/17.7，建筑效果图、鸟瞰图及建
进行设计、建造的技术储备，中国建筑(CSCEC)于
筑功能分区示意图见图1~3。
2010年筹备进行《中国建筑千米级摩天大楼建筑技
该工程为超B级高度的高层建筑结构)，设计
术研究》项目研发，历时3年，耗资1750万元，以虚
基准期为50年，结构设计使用年限为50年，结构设
拟千米级摩天大楼为载体，分别对建筑、结构、机电、
计耐久性为100年，结构安全等级为一级。工程抗
材料和施工等专业技术进行研究。
震设防类别为标准设防类（乙类），根据抗震规
假定该中国建筑千米级摩天大楼项目位于大连
市大连北站附近，总建筑面积262.1万m2,其中地
*中建股份科技研发课题(CSCEC-2010701-02)。
下9层，建筑面积65.5万m2;地上198层，建筑面
作者简介：陈勇，博士，教授级高级工程师，Email:止_cy@126.com。
?1994-2017 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
建筑结构
2017年
周边单塔
周边单塔
连接平台
中央交通核
周边单塔
周边单塔
酒店
通公
周边单塔
周边单塔
图1建筑效果图
图2建筑鸟瞰图图3
建筑功能分区
图4巨型组合体系平面构成图
范)，抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一
3个周边单塔和中央交通核全为钢管混凝土
组，场地类别为Ⅲ类，反应谱特征周期为0.45s,水平
柱钢梁外包钢板剪力墙核心筒。地上主体结构除
地震影响系数最大值为0.08。基本风压，计算位移时
连接平台层高7.5m外，层高全为5.0m。
取50年一遇基本风压o=0.65kN/m2,计算构件承
中央交通核平面形状为直径48.2m的圆形平
载力时按100年一遇取0。=0.75kN/m?,计算舒适度
面，且0~1000m平面布置保持不变，6根钢管混凝
取10年一遇基本风压，地面粗糙度类别为B类。
土框架柱由1800×50（外径×壁厚）逐渐减小到
2结构体系
1300×50;外围外包钢板剪力墙由1350×43（墙厚
2.1主体结构
×外包钢板厚度)收减到600×20，内部剪力墙由
本工程地上主体结构采用由3个周边单塔与中
1200×43变化到500×20，在1000m处收掉部分
央交通核每100m通过2层共15m高连接平台刚性
墙肢，并在1040m处中央交通核的核心筒上设置
连接而成的巨型组合结构体系，其中周边3个单塔
140m高的纯钢结构塔尖；主要框架梁采用箱形截面
在连接平台楼层设置10道伸臂桁架和腰桁架，同时
口500×850×18×22，与框架柱刚接，除加强层外与
核心筒铰接。
为了加强外框架刚度，沿周边单塔的弧形长度方向
周边单塔采用钢管混凝土框架柱巨型钢支撑-
设置两道X形支撑，巨型组合结构体系平面构成图
伸臂桁架和腰桁架外包钢板剪力墙核心筒结构体
见图4，标准层平面布置图见图5。
系，平面形状近似椭圆形，沿建筑高度在长度和宽度
方向均向内收进，最大长度由±0.000处79.88m均
匀减小到1000m处的67.21m,最大宽度由45.82m
均匀收缩到33.220m。为了最大限度地减少结构构
件占用建筑面积、实现建筑的功能与理念，根据结构
外围尺寸的减小，外框架柱全部为斜柱，且外框柱外
边贴近结构外边缘。为了满足建筑概念与功能、结
1212121212变化
构的刚度和稳定性要求，部分框架柱和剪力墙伸至
定高度后截断，图6为周边单塔剪力墙与外框架
柱平面布置图。外框柱首层最大直径2800mm、壁
厚100mm,每向上50m直径减小100mm,在700，
900m处分别收掉KZ6,KZ9和KZ1,1000m处外框
柱最大直径1400mm、壁厚50mm;核心筒剪力墙首
层最厚，为1700mm,其钢板厚度45mm,竖向每隔50m
减薄50mm,在200,600m处分别收掉Q3,Q5;1000m
处墙肢最厚，为500mm,其钢板厚度20mm;周边单塔
在1040m处设有纯钢塔尖，塔尖高度40m。
①
为了加强外框架的刚度，提高框架承担的剪力，
图5
标准层平面布置图/m
增加结构的刚度和稳定性，沿周边单塔的弧形长度
?1994-2017 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
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