上海环球金融中心巨型柱的设计与施工
郭献群
构造计画研究所 上海代表处
摘要：首先介绍了上海环球金融中心的结构体系，其次针对巨型柱截面设计进行了专门讨论，然后对结构的抗震设计和施工中的问题进行了探讨。
关键词：巨型柱； 抗震设计；施工 英文名称
英文摘要
英文关键字
1. 结构体系
上海环球金融中心是核心筒体系，以混凝土结构为主，在核心筒边缘部分有适当部分的钢结构，以协调核心筒边缘部分构件的轴压比，也使得核心筒与伸臂桁架的连接更加安全有效。外围结构是巨型斜支撑结构，主要是轴向受力杆件，与巨柱的受力性能有很大差异。在28层和52层分别设置了外伸桁架。每个标准层是58m×58m 的正方形，结构的主轴方向并不是正方形的两条互相垂直的边，而是45°方向。每边有一根巨型柱，其中两根又各自分为两根柱，因此结构中共有六根柱。核心筒与外伸桁架相连部位埋入含钢量很高的钢结构框架，以便与外伸桁架相连。除巨柱需承担重力及巨型斜撑传递的轴力外，其他柱由于只承担重力，因此截面尺寸较小，因此办公楼空间较为开阔。由于巨型斜撑传递到巨柱的轴力较大，因此巨柱需埋较大尺寸的钢结构构件。
2. 巨型柱截面
混凝土采用C40 ~C60、一部分采用高流动化混凝土，钢筋全部采用三级钢，即钢材屈服强度为400 Mpa 、纵筋直径36mm 与40mm ，水平筋纵筋直径16mm ，钢骨采用A572-Gr50 （Fy = 345 Mpa），板厚 50 mm~80mm。
本结构中巨型柱有两种，分别称为巨型柱A 和巨型柱B ，两种截面都比较复杂。巨型柱A 的截面积范围为22.8 ㎡~9.7 ㎡，纵筋配筋率控制在2.0%~3.5%，型钢含钢率控制在
3.1%~3.6%。拉筋配筋率大于0.6 %，箍筋配筋率大于0.6 %。巨型柱B 的截面积范围为21.9 ㎡~5.8 ㎡，纵筋配筋率控制在2.0%~4.5%，型钢含钢率控制在2.9%~3.5%。拉筋配筋率大于0.6 %，箍筋配筋率大于0.6 %。 初步设计中主要采用D50、D60钢筋，在深化设计中改成了D36、D40钢筋，避免了D50、D60钢筋节点施工难度较大的问题，但使得箍筋和拉筋施工较为繁琐。
3. 设计方针与设计结果
中国抗震设计的基本原则为“中震可修，大震不倒”，在此原则下，对四种强度的地震作用（如表1）下的巨型柱截面强度进行核查，并对于不同的机构构件和地震类别考虑不同的安全系数。与风荷载组合后，巨型柱的应力比基本在0.5以下。地震力组合作用下的巨型柱轴压比 应全部保持在0.65以下，在外伸桁架层及其上、下相邻一层，巨型柱轴压比在0.6以下。
表1 不同强度地震的峰值加速度
表2 不同结构构件的安全系数
对结构进行推覆分析与时程分析，两种分析结果均显示建筑物於罕遇地震下仍处于弹性阶段。其中推覆分析中推覆曲线非线性部分主要被巨型斜撑塑性铰支配，少量或无巨型柱轴向铰。时程分析中巨型斜撑应力比一般 高于巨型柱和核心筒应力比，巨型柱应力比较低。
本结构进行了1:50的缩尺振动台试验，振动台试验对结构在大震作用下处于弹性进行
了验证。巨型柱与巨型斜撑与带状桁架间节点也在同济大学进行了试验，验证了此节点在大震和大风下处于弹性阶段。
图1 上海环球金融中心缩尺振动台试验
图2 上海环球金融中心典型节点试验
4. 施工过程中的问题与对应
（1）巨型柱的截面变化并内倾斜的对应给模板工程带来很大的问题，模板位置很难精确控制，从而影响保护层厚度。因此外模板采用DoKa 油压自动升模系统，起到了比较好的作用。
（2）不规整截面形状引起的钢筋密集问题，应对措施为提高混凝土流动性指标、加强工地配筋检查及指导和型钢上预设焊接拉筋箍筋的连接板。
（3）核心筒与巨型柱的不同沉降的问题，应对措施为外伸桁架斜杠设置临时活动节点。 中英文参考文献
上海环球金融中心巨型柱的设计与施工
郭献群
构造计画研究所 上海代表处
摘要：首先介绍了上海环球金融中心的结构体系，其次针对巨型柱截面设计进行了专门讨论，然后对结构的抗震设计和施工中的问题进行了探讨。
关键词：巨型柱； 抗震设计；施工 英文名称
英文摘要
英文关键字
1. 结构体系
上海环球金融中心是核心筒体系，以混凝土结构为主，在核心筒边缘部分有适当部分的钢结构，以协调核心筒边缘部分构件的轴压比，也使得核心筒与伸臂桁架的连接更加安全有效。外围结构是巨型斜支撑结构，主要是轴向受力杆件，与巨柱的受力性能有很大差异。在28层和52层分别设置了外伸桁架。每个标准层是58m×58m 的正方形，结构的主轴方向并不是正方形的两条互相垂直的边，而是45°方向。每边有一根巨型柱，其中两根又各自分为两根柱，因此结构中共有六根柱。核心筒与外伸桁架相连部位埋入含钢量很高的钢结构框架，以便与外伸桁架相连。除巨柱需承担重力及巨型斜撑传递的轴力外，其他柱由于只承担重力，因此截面尺寸较小，因此办公楼空间较为开阔。由于巨型斜撑传递到巨柱的轴力较大，因此巨柱需埋较大尺寸的钢结构构件。
2. 巨型柱截面
混凝土采用C40 ~C60、一部分采用高流动化混凝土，钢筋全部采用三级钢，即钢材屈服强度为400 Mpa 、纵筋直径36mm 与40mm ，水平筋纵筋直径16mm ，钢骨采用A572-Gr50 （Fy = 345 Mpa），板厚 50 mm~80mm。
本结构中巨型柱有两种，分别称为巨型柱A 和巨型柱B ，两种截面都比较复杂。巨型柱A 的截面积范围为22.8 ㎡~9.7 ㎡，纵筋配筋率控制在2.0%~3.5%，型钢含钢率控制在
3.1%~3.6%。拉筋配筋率大于0.6 %，箍筋配筋率大于0.6 %。巨型柱B 的截面积范围为21.9 ㎡~5.8 ㎡，纵筋配筋率控制在2.0%~4.5%，型钢含钢率控制在2.9%~3.5%。拉筋配筋率大于0.6 %，箍筋配筋率大于0.6 %。 初步设计中主要采用D50、D60钢筋，在深化设计中改成了D36、D40钢筋，避免了D50、D60钢筋节点施工难度较大的问题，但使得箍筋和拉筋施工较为繁琐。
3. 设计方针与设计结果
中国抗震设计的基本原则为“中震可修，大震不倒”，在此原则下，对四种强度的地震作用（如表1）下的巨型柱截面强度进行核查，并对于不同的机构构件和地震类别考虑不同的安全系数。与风荷载组合后，巨型柱的应力比基本在0.5以下。地震力组合作用下的巨型柱轴压比 应全部保持在0.65以下，在外伸桁架层及其上、下相邻一层，巨型柱轴压比在0.6以下。
表1 不同强度地震的峰值加速度
表2 不同结构构件的安全系数
对结构进行推覆分析与时程分析，两种分析结果均显示建筑物於罕遇地震下仍处于弹性阶段。其中推覆分析中推覆曲线非线性部分主要被巨型斜撑塑性铰支配，少量或无巨型柱轴向铰。时程分析中巨型斜撑应力比一般 高于巨型柱和核心筒应力比，巨型柱应力比较低。
本结构进行了1:50的缩尺振动台试验，振动台试验对结构在大震作用下处于弹性进行
了验证。巨型柱与巨型斜撑与带状桁架间节点也在同济大学进行了试验，验证了此节点在大震和大风下处于弹性阶段。
图1 上海环球金融中心缩尺振动台试验
图2 上海环球金融中心典型节点试验
4. 施工过程中的问题与对应
（1）巨型柱的截面变化并内倾斜的对应给模板工程带来很大的问题，模板位置很难精确控制，从而影响保护层厚度。因此外模板采用DoKa 油压自动升模系统，起到了比较好的作用。
（2）不规整截面形状引起的钢筋密集问题，应对措施为提高混凝土流动性指标、加强工地配筋检查及指导和型钢上预设焊接拉筋箍筋的连接板。
（3）核心筒与巨型柱的不同沉降的问题，应对措施为外伸桁架斜杠设置临时活动节点。 中英文参考文献