桥梁你真的了解吗？图文并茂详细介绍
桥梁是跨越障碍物的结构物，例如流、沟谷、其他道路、铁路等
桥梁的组成传统的说法：
桥梁主要由桥跨结构、墩台、基础、附属工程等部分组成……。
随着大型桥梁的增多、结构先进性和复杂性的增强、对桥梁使用品质的要求越来越高，传统提法的局限性逐渐显露。
现在的提法：
桥梁由\"五大部件\"与\"五小部件\"组成。
所谓“五大部件”是指：桥梁承受汽车或其他运输车辆荷载的桥跨上部结构与下部结构，它们必须通过承受荷载的计算与分析，是桥梁结构安全性的保证。
五大部件：1）桥跨结构(或称桥孔结构、上部结构)。路线遇到障碍（如江河、山谷或其他路线等）的结构物。
2）支座系统 支承上部结构并传递荷载于桥梁墩台上，它应保证上部结构预计的在荷载、温度变化或其他因素作用下的位移功能。
3）桥墩 是在河中或岸上支承两侧桥跨上部结构的建筑物。
4）桥台 设在桥的两端；一端与路堤相接，并防止路堤滑塌；另一端则支承桥跨上部结构的端部。为保护桥台和路堤填土，桥台两侧常做一些防护工程。
5）墩台基础 是保证桥梁墩台安全并将荷载传至地基的结构。基础工程在整个桥梁工程施工中是比较困难的部分，而且常常需要在水中施工，因而遇到的问题也很复杂。
前两个部件是桥跨上部结构，后三个部件是桥跨下部结构。
所谓“五小部件”——是直接与桥梁服务功能有关的部件，过去总称为桥面构造。
五小部件：
1）桥面铺装(或称行车道铺装)。
铺装的平整、耐磨性、不翘曲、不渗水是保证行车舒适的关键。特别是在钢箱梁上铺设沥青路面时，其技术要求甚严。
2）排水防水系统。应能迅速排除桥面积水，并使渗水的可能性降至最小限度。城市桥梁排水系统应保证桥下无滴水和结构上无漏水现象。
3）栏杆（或防撞栏杆）。它既是保证安全的构造措施，又是有利于观赏的最佳装饰件。
4）伸缩缝。桥跨上部结构之间或桥跨上部结构与桥台端墙之间所设的缝隙，以保证结构在各种因素作用下的变位。为使行车顺适、不颠簸，桥面上要设置伸缩缝构造。
5）灯光照明。现代城市中，大跨桥梁通常是一个城市的标志性建筑，大多装置了灯光照明系统，构成了城市夜景的重要组成部分。
1、 翼墙、耳墙翼墙：指桥台前墙两端或涵洞口两侧设置 的挡土墙，涵洞的翼墙还起导流作用。
耳墙：指埋置式桥台或桩柱式桥台，与台帽梁（盖梁）连结成一体的小型挡土墙。
2 锥坡、护坡锥坡:指在桥梁或涵洞与路堤衔接处，为保持路堤稳定而在桥梁两端或洞口两端构筑的锥形填土及其表面的石砌防护体。
护坡：指桥台前面为防止土体滑落而构筑的土体及其表面的石砌防护体。
3、 桥台及基础桥台：是指桥梁两端与路堤衔接的支承上部结构并承受台后土压力的构造物。
基础: 扩大基础 桩基础 沉井基础
4 、桥墩及基础
桥墩：指支承桥梁上部结构而不承受土体侧压力的构造物。
基础:扩大基础 桩基础 沉井基础
北京CBD 核心区Z15 地块中国尊大楼结构设计和研究
转载自建筑结构《北京CBD 核心区Z15 地块中国尊大楼结构设计和研究》作者：刘鹏， 殷超， 程煜， 朱岩松， 刘允博， 吴海，李夏， 杨名流， 刘浩， 李振兴
［摘要］ 北京CBD 核心区Z15 地块中国尊大楼是目前世界上8 度抗震设防烈度区的在建的最高建筑，建筑高度为528m，体型呈中国古代用来盛酒的器具“尊”的形状。为满足结构抗震与抗风的技术要求，中国尊在结构上采用了含有巨型柱、巨型斜撑及转换桁架的外框筒以及含有组合钢板剪力墙的核心筒，形成了巨型钢-混凝土筒中筒结构体系。为配合建筑外轮廓，结构设计使用了BIM 技术特别是结构参数化设计和分析手段，满足了建筑功能的要求，达到了经济性和安全性的统一。
［关键词］ 中国尊大楼; 超高层; 巨型结构; 巨型柱; 结构参数化设计
1 工程概况北京CBD 核心区Z15 地块中国尊大楼( 简称中国尊) ( 图1) 为一栋集甲级写字楼、高端商业、观光等功能为一体的大型超高层建筑，总建筑面积约35万m2，建筑高度约为528m( 至塔冠幕墙顶) ，共108层。中国尊是继北京国贸三期A 塔楼后北京规划设计并建造的最高建筑物，是目前世界上位于8 度抗震设防烈度区的在建的最高建筑。中国尊塔楼外形以中国古代用来盛酒的器具“尊”为意象，塔楼平面基本为方形，底部平面尺寸约为78m × 78m，中上部平面尺寸略收进，“腰线”( 平面最窄部位) 约位于结构标高385m 处，平面尺寸为54m × 54m，向上到顶部平面尺寸又略放大，但顶部平面尺寸小于底部平面尺寸，约为69m × 69m。
图1 中国尊建筑效果图和几何尺寸
2 设计挑战( 1) 中国尊结构高度约为522m( 至主要屋面) ，首层结构宽度为72. 7m( 至首层巨型柱结构外皮) ，高宽比约为7. 2( 图1) 。由于其高度大大超过《建筑抗震设计规范》( GB 50011—2010) ［1］ ( 简称抗规) 和《高层建筑混凝土结构技术规程》( JGJ 3—2010) ［2］( 简称高规) 中8 度区的限值要求，须进行超限结构专项审查。如何在高烈度区保证这样高度的结构在各个抗震设防水准下的安全性，是最大的设计挑战。
( 2) 中国尊塔楼整体建筑呈独特的曲线造型，结构整体外框架构件布置和走向须尽量贴合建筑外轮廓幕墙，以尽可能满足建筑室内的功能布局和景观效果。如何合理布局结构主要抗侧构件，以达到建筑美学、功能要求和工程经济性的完美统一，对于超高层建筑的设计是个极具挑战的课题。
3 结构平面布置与构件设计演进本结构是由含有组合钢板剪力墙的钢筋混凝土核心筒和含有巨型柱、巨型斜撑及转换桁架的外框筒组成的双重抗侧力体系。
3. 1 结构平面布置
结构平面呈正方形，结构典型平面布置如图2所示，结构平面长宽比为1∶ 1，基本对称。钢筋混凝土核心筒位于结构正中，整体结构布置规则、对称，以利于结构整体抗震及抗风。同时通过在核心筒墙体上合理开设结构洞口使其双方向形成连梁，在保证刚度的条件下提高其延性，并形成良好的耗能机制。
3. 2 外框筒
为实现建筑布局并确保结构安全，设计中采用组合结构构件以充分发挥钢与混凝土两种材料的优势。在方案的早期，为了满足业主对建筑功能的要求，曾经考虑采用上部密柱、下部巨型斜撑框筒的混合体系( 图3( a) ) ，但在后期确认全楼使用空间基本为办公楼层的情况下，外框筒的抗侧力结构确定采用图3( b) 所示的全高巨型斜撑框筒。从下到上由避难层、机电层分隔为八个功能分区( 称为第0区至第7 区) ，自然形成外框筒的分节。由巨型柱、巨型斜撑和转换桁架组成的巨型斜撑框筒主要为轴向受力，可以高效地为结构提供抗侧刚度。在每个分节内由边梁和小柱组成的次框架负责将竖向荷载通过转换桁架传递至四角的巨型柱( 图4) 。
图2 结构典型平面布置图
在方案设计阶段，结构工程师配合业主和建筑师经历了数轮研究与方案演变，借助BIM 技术和结构参数化建模方法以及分析手段，进行了大量的结构定量数据研究。一系列的分析表明，确定合理的底盘尺寸、腰线高度以及顶部放大尺寸等参数，对于结构高宽比和整体刚度控制、内外筒在腰部的剪力和倾覆力矩的合理分配、结构整体P-Δ 效应及其在弹塑性分析中的性能表现都有着重大影响。以上因素的合理调控为整体结构的抗震设计和优化提供了非常有利的条件。
最终确定的外框筒几何定位使得巨型柱的质心在空间上保持了同一直线，柱外皮与幕墙之间在主要功能分区实现了最大程度的贴合，在满足建筑功能的同时，整体结构发挥了最大的效率，提供了强大的侧向刚度来抵抗水平地震及风荷载。
为方便建筑室内功能，同时考虑重力体系和抗侧力体系整合更为有效，将巨型斜撑与次框架均布置于同一倾斜平面上。通过次框架柱与巨型斜撑刚接、边梁与柱和斜撑铰接的连接方式避免次框架承担实质上的抗侧力作用。次框架顶部与上部的转换桁架通过长圆孔螺栓实现竖向滑动连接( 图5( b) ) ，使得次框架在图5( a) 所示的极端破坏工况下，可形成第二传力途径，提高了结构的整体稳固性和安全性。
3. 3 核心筒
核心筒从承台面向上伸延至塔楼顶层，位置居中，底部尺寸约为39m × 39m。连梁在平面和立面上分布都比较规则、均匀。核心筒墙肢间典型部位还特别设置了钢筋混凝土或型钢混凝土双连梁，以提高连梁的延性，从而提高结构的整体耗能，同时有利于提高机电风管出筒标高，增加筒外走道及办公区的建筑净高。
核心筒采用内含钢骨的型钢混凝土剪力墙，剪力墙全高采用C60 混凝土，并在下部采用内嵌钢板的组合钢板剪力墙。组合钢板剪力墙抗剪强度很高，可以改善普通钢筋混凝土剪力墙的延性问题，同时以较小的墙身厚度满足轴压比的要求。混凝土的刚度大，耐火性能良好，初始造价和后期维护的费用都较低。这种组合结构提高了结构的抗压、抗剪承载力，有效降低结构了自重及地震质量［3，4］。
从下至上核心筒周边剪力墙墙体厚度由1 200mm逐步均匀收进至顶部的400mm，核心筒筒内剪力墙墙体厚度则由500mm 逐渐内收至400mm，在各墙肢内均匀布置了型钢暗柱，核心筒典型平面布置示意图见图6。
图5 外框筒立面布置图和顶部滑动连接节点
图6 核心筒典型平面布置示意图
底部加强区取至10 层顶板。剪力墙内的钢板厚度由首层的60mm 减至41 层的30mm。由于周边结构在105 层底板以上不再延伸，在核心筒出屋面部分主要墙肢内也设置了钢板。在塔楼腰部区域( 55 ～ 77 层) 核心筒周边墙肢内的型钢暗柱间另外增设了型钢暗撑，以增强塔楼相对薄弱部位在罕遇地震下的抗震性能。
3. 4 巨型柱
巨型柱位于建筑物平面四角并延伸至结构顶层，在各区段分别与转换桁架( 腰桁架) 、巨型斜撑及次框架钢梁连接，结构整体刚度巨大。为避免巨型柱双向偏心对结构产生的不利影响，各区段巨型柱质心在平面投影上均沿一条直线分布。
除最底部的第0 区外，巨型柱平面轮廓为矩形，沿建筑高度向上平面尺寸逐渐缩小，截面面积由7层的约19. 2m2 缩小到顶层的约1. 5m2。从第1 区开始，每个角部巨型柱由一个分成两个，并沿建筑外立面的幕墙内边向上弯曲延伸至屋面。考虑到相应厂家的钢板出厂规格，巨型柱的短边尺寸基本控制在4m 以内，避免钢板的竖向拼接。
巨型柱为钢管混凝土柱，根据与转换桁架及巨型斜撑的连接及相应构造要求，内部型钢各钢板连为整体，内填混凝土，以获得巨大的拉、压、弯及抗剪扭承载力，抵抗竖向荷载、风荷载及地震产生的侧向荷载。
巨形柱非节点区整体含钢率约为5%，由底至顶内填高强混凝土，混凝土强度等级为C50 ～ C70。为在进一步提高巨型柱结构延性的同时降低巨型柱内混凝土收缩和徐变的不利影响，巨型柱内各腔体利用人孔还设置了钢筋笼以及钢筋暗柱。在各腔体内侧对称设置纵向内肋板，并用水平拉结钢筋连接，约束钢板面外屈曲( 图7) 。
巨型柱结构设计综合考虑了建筑布局、结构整体刚度、构件受力性能、节点连接、工程造价、制作加工、施工可行性等诸多因素，以获得最优的综合经济技术性能。由于巨型柱在设防地震和罕遇地震下除承受压弯荷载外尚有可能出现净拉力情况，钢管可以更好地对内部混凝土提供约束，提高结构在往复荷载下的延性性能; 此外采用钢管混凝土还可避免普通巨型柱大量箍筋绑扎形成的复杂构造以及节约模板支护等工序和时间。钢管内部的混凝土又可以有效地防止钢管发生局部屈曲，因而构件的材料利用率得以提高，在轴压比控制条件下，可有效减小截面尺寸，降低结构自重。
随建筑外形的曲面变化，每个角部的两个巨型柱在结构底部汇交在一起，形成结构底部4 根面积为60. 8m2 的多腔体钢管混凝土巨型柱( 图8) 。在天津高银117 大厦中已采用过类似构件，采取了很多构造加强措施并进行了一系列相关试验验证，在施工中也积累了相应的成功经验［5］。
3. 5 巨型斜撑
巨型斜撑设置于结构四边的垂直立面上，采用焊接箱形钢截面。次框架梁柱与巨型斜撑置于同一倾斜平面内，次框架柱与巨型斜撑刚接，次框架梁与巨型斜撑铰接。楼面梁与巨型斜撑拉接，对其面内外进行约束，降低其计算长度，确保其与结构整体的协调变形。
3. 6 转换桁架和角部桁架
转换桁架( 腰桁架) 布置于避难层及设备层，沿塔楼竖向建筑功能节间分布，连同顶部的帽桁架共8 组，在转换桁架所在楼层四角设置角部桁架。转换桁架承担其间隔楼层竖向荷载并将其传递至巨型柱，同时与巨型柱和角部桁架共同提供部分抗侧刚度，增加塔楼的抗扭性能。在罕遇地震和极端情况下，转换桁架将成为防止楼面局部倒塌、确保结构安全的重要构件，在设计时，充分考虑大跨结构竖向地震作用，提高其性能化设计水准至大震不屈服，巨型柱、巨型斜撑、转换桁架和角部桁架关系示意见图9。
3. 7 楼板
塔楼核心筒内外楼板典型厚度为120mm。楼面梁两端铰接，钢梁典型间距为3m。为确保水平剪力在核心筒与外框筒间的可靠传递，加强层( 转换桁架所在楼层) 楼板厚度为200mm，首层及嵌固层楼板厚度为250mm，在加强层的楼面梁之间增设水平支撑。
图7 底部典型楼层20m2 巨型角柱 截面构造示意图
图8 巨型柱截面构造示意图
图9 巨型柱、巨型斜撑、转换桁架 和角部桁架关系示意图
3. 8 塔冠
结合建筑造型要求，塔冠的结构设计形成“内尊”的整体造型，塔冠建筑效果图及结构布置示意图见图10。在结构分析时应用风洞试验提供的风压系数进行了抗风设计。考虑高阶振型的不利影响，对于主要塔冠构件的地震内力进行了放大调整。
图10 塔冠建筑效果图及结构布置示意图
3. 9 基础和地下室
地下6 层( 局部7 层) ，埋深约38m。塔楼采用桩筏基础，其下筏板厚度为6. 5m，混凝土强度等级为C50。为均匀分布巨型柱的巨大重力，结合建筑布局，在巨型柱双向设置了结构翼墙，塔楼基础平面布置示意见图11。
图11 塔楼基础结构平面布置示意图
为提供足够的承载力并控制沉降，基础筏板下采用钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩径为1，1. 2m，桩端持力层为卵石/圆砾层，有效桩长为40m 和45m，混凝土强度等级为C50，采用桩端桩侧后压浆，单桩承载力特征值分别为14 500kN 和16 000kN。
4 抗震性能化设计要求由于结构超限较多，按照性能化设计的思想和超限审查专家意见，确定了结构整体和主要抗侧构件的抗震性能目标，见表1。通过使核心筒连梁在罕遇地震条件下最早进入塑性，同时确保巨型柱和转换桁架两个最重要的结构构件在罕遇地震下相应的结构性能，实现了整体结构具备多道设防和耗能机制的设计原则［6］。
5 整体性能弹性分析结果5. 1 计算分析
计算分析采用了多种软件和自编程序，包括ETABS，MIDAS 和盈建科等软件。奥雅纳采用LSDYNA进行罕遇地震下的弹塑性分析，同时采用第三方应用软件ABAQUS 进行了对比分析。
模型中定义了竖向和水平荷载工况，整体结构考虑了重力二阶效应，组合钢板剪力墙和巨型柱在模型中按等效刚度均质构件的方法进行模拟。巨型斜撑、转换桁架杆件汇交点与巨型柱中心线通过附加刚臂连接( 图12) 。
塔楼整体分析时选取嵌固部位为地下1 层，该楼层以上塔楼总地震质量为65. 8 万t，即1m2 约
图12 巨型结构分析模型示意
1. 83t。结构第1，2，3 阶自振周期分别为7. 30，7. 27，2. 99s，竖向振动主振型周期为0. 60s，前两阶振型均为平动，扭转与平动周期比值为0. 41。由于对结构平面规则性进行了严格控制，结构扭转得到了较好控制。
5. 2 倾覆力矩、层剪力和剪重比
由于中国尊位于8 度地震区，地震作用成为本工程的主控荷载。由于加速度反应谱在长周期段下降较多，计算剪重比取0. 02。按要求对多遇地震下结构位移和地震内力均进行了相应调整。多遇地震下塔楼底部剪力由约130 000kN 提高至约154 000kN，风洞试验得到的50 年一遇的底部剪力最大值约为49 000kN。
5. 3 层间位移角
50 年一遇风荷载作用下最大层间位移角为1 /999，多遇地震下层间位移角计算考虑了剪重比和竖向地震放大的影响，最大层间位移角为1 /513，层间位移角限值确定为1 /500。地震及风荷载作用下结构层间位移角见图13。计算结果表明，地震对结构层间位移角的影响远大于风荷载的。
注: 计算时包括地下的2 层。 图13 地震及风荷载作用下结构层间位移角
5. 4 外框筒和核心筒的剪力与倾覆力矩
由于结构外框筒全高设置了巨型斜撑，外框筒刚度得到了显著提高。对于一般楼层，外框筒承担的剪力占相应楼层的剪力约40% ～ 50%。结构大多数楼层外框筒承担的剪力超过底部剪力的20%，绝大部分楼层外框筒承担的剪力也超过了底部剪力的8%( 图14) ，为提高外框筒作为二道防线的安全储备，对主体结构中不满足20% 底部剪力的楼层设计剪力放大到基底剪力20%的水平。
在倾覆力矩方面，外框筒分担了各层约67% 的倾覆力矩。
注: 计算时包括地下2 层。 图14 各楼层层间剪力及外框筒承担的剪力分布图( X 向)
从图14 可以看出，中国尊塔楼所选取的带有巨型柱、巨型斜撑及转换桁架的外框筒，显著缓解了传统钢-混凝土混合结构中“混凝土内筒强，型钢外筒弱”对结构产生的不利影响。在实现多道设防的前提下，降低了混凝土核心筒在罕遇地震下刚度退化、内力重分配对型钢外框架的不利作用，提高了结构的整体安全储备。
5. 5 风洞试验和结构舒适度分析
塔楼风洞试验由加拿大ＲWDI 公司完成并由中国建筑科学研究院风洞实验室进行了独立第三方复核，试验采用高频测力天平( HFFB) 的试验方法，模型比例为1∶ 500，阻尼比为2%。试验根据场地周围建筑物情况考虑两种不同情况，并按最不利情况进行包络考虑，同时考虑了北京当地的风气候环境数据和主导风向。
由于结构自身刚度较大，试验结果显示，在1. 5%阻尼比10 年回归期下，本工程的结构顶部楼层加速度为0. 10m/s2，满足高规要求。
6 罕遇地震弹塑性时程分析为实现在罕遇地震作用下防倒塌的抗震设计目标，工程采用了以抗震性能为基准的设计思想和以位移为基准的抗震设计方法，应用美国ASCE /SEI41-06［7］，ATC 40［8］所提供的结构构件弹塑性变形可接受限值及所建议的结构非线性地震分析方法与步骤，根据材料和构件的拉、压应变数值对剪力墙进行综合评价。结构的非线性地震反应分析采用了通用非线性动力有限元分析软件LS-DYNA 进行计算，考虑了几何非线性与材料的非线性。
梁、柱等构件采用纤维模型进行截面承载能力、弯矩-曲率曲线及变形限值计算。剪力墙采用了非线性壳元+ 非线性杆元模型进行模拟，即在两端用杆单元模拟边缘构件，中间用非线性壳元模拟墙体，可满足不同的构造要求。对于组合钢板剪力墙，钢板和混凝土剪力墙分别建成空间位置一致、共节点的非线性壳单元，保证钢板与混凝土协同作用。
地震时程波采用了五组天然波和两组人工波。整体性能的评估从弹塑性层间位移角、剪重比、结构顶部位移和底部剪力时程曲线、塑性发展过程及塑性发展的区域来评估。根据构件塑性变形与其限值的关系，采用关键部位的关键构件塑性变形情况来对结构进行评估。经计算，罕遇地震下，结构整体X 向的层间位移角均满足高规要求的1 /100。
7 特殊楼板有限元分析转换桁架在将重力传递至巨型柱的同时，也产生了层间刚度的突变，以致核心筒与外框筒之间出现较大的剪力转移。对这些楼层采取了加强措施并做了应力分析。除采用C40 混凝土、全截面构造现浇楼板以及双层双向配筋等常规措施外，在核心筒与外框筒间的楼板下还布置了水平钢支撑。
8 设计研究和建议8. 1 整体刚度控制和结构与构件选型
在我国北方8 度地震区域建造超高层建筑，地震作用产生的内力和变形均远远大于风荷载产生的，所以对结构整体刚度和延性提出了较高要求。巨型框筒体系无疑是此类超高层建筑最优的结构选型，而含有型钢或钢板的钢筋混凝土核心筒组成的混合结构体系，是当前较为经济的选择。外框筒巨型柱的合理设计及选型则对结构整体用钢量和工程经济性产生很大影响。如果巨型柱采用钢骨混凝土截面，由于内部型钢需要形成连续的强连接，与钢管混凝土截面在节点和焊接方面的难度相当，又要面临钢筋绑扎、模板支护等一系列问题，因此最终本项目选用钢管混凝土截面。
8. 2 长周期结构抗震设计和剪重比
超高层建筑高柔结构在现行的加速度反应谱设计条件下一般均难以满足抗规对剪重比的要求。很多时候初始剪重比成为衡量结构整体刚度的主要指标。在设计过程中我们的思路是优化结构整体布局和构件选型，努力降低结构自重( 特别是结构中上部质量) ，采用合理选择设计参数等方式对刚度指标和构件强度进行平衡。而对于高柔结构，抗规和高规中加速度反应谱和两阶段的时程分析仍是当前超高层结构设计的基本手段。
8. 3 结构材料的选用
本工程结构选用了国产材料。结构整体刚度和构件强度的需求使得高强材料在本项目中得到了普遍应用。型钢强度等级采用了Q345 ( GJ) 和Q390( GJ) ，对于厚度方向受力的较厚钢板指定了Z15 或Z25 的厚度方向性能，主要抗侧构件质量等级选用C 级，转换桁架均位于设备层和避难层，环境条件与室外基本相同，钢材选用质量等级D 级。塔楼各构件型钢钢板厚度不超过60mm; 全楼混凝土强度等级除底部巨型柱选用C70 外，其他均为C60 及以下。由上可知，塔楼虽然超高且内力巨大，但仍通过选用常规材料满足了相关规范的各项指标。
随着构件计算、构造以及承载力校核的深入，各抗侧力构件的设计体现了异常多样的控制特点。除强度、刚度以及延性外，各类构件的截面设计显示了不同的控制特点，因而在材料和构造上采取了不同的策略。例如巨型柱和巨型斜撑构件钢板厚度明显受控于局部稳定要求，因而对于巨型柱则采用了设置竖向肋板和对拉钢筋的方式，避免大幅度加大钢板厚度，而其填充混凝土形成的组合截面满足了结构特别是中上部的刚度要求，与巨型斜撑类似，在型钢选择上可不必采用过于高强的材料。对于剪力墙的设计，中下部剪力墙受压控制而顶部剪力墙则明显为受剪控制，因此核心筒全高均采用了C60 混凝土，同时在相应部位还设置了组合钢板墙。
8. 4 时程波的选取对弹塑性分析的影响
工程经验表明，动力弹塑性时程分析中时程波的选择对分析结果将产生很大的影响。除了一般要求的有效持时、原始峰值、主次方向、基底剪力外，时程波尤其是天然波记录的波谱特性在主要周期点与设计反应谱的差距水平也会对结果产生相当大的影响。在本项目的弹塑性分析中即观察到由于塑性开展后结构自振周期延长，正好遇到频谱峰值，出现弹塑性时程的基底剪力大于弹性分析结果的情况。弹塑性分析结果的判别和使用仍是需要业界重点研究的内容。
8. 5 工程经济性分析和用钢量的控制
对于超高层建筑，结构安全总是需要与建筑功能要求和工程经济性寻求平衡的。工程经济性是材料造价、工期、建筑面积使用率等因素的综合指标，而不应该只是材料造价。
例如，超高层建筑结构墙柱一般截面较大，巨型柱适当提高含钢率，可减小截面面积，节省的使用面积及其带来的经济收益可能远远高于所增加的材料成本。再如次框架小柱，同条件下，其采用箱形截面可减少建筑截面，增加有效面积，产生的经济效益可能超过其对施工带来的不利因素。结构设计师往往需要超越本专业，站在不同角度，权衡各种因素，作出有利于工程总体经济性的最优选择。
8. 6 BIM 技术和参数化设计
在中国尊结构方案设计过程中，结构设计团队构建的模型数量达到数百个，结合BIM 技术和参数化设计技术，在每次的方案比较中均可以比较快速地提供定量或半定量的数据支撑，这为本项目在初始结构体系及体形优选方面提供了有利的依据。
本项目初步设计过程中，还进行了巨型柱和巨型斜撑的屈曲模态分析、施工模拟和温度分析、节点有限元分析、整体抗震和抗风消能减振和楼板振动舒适度分析、结构材料用量和工程经济性分析等一系列专项研究以及全面的构件抗震性能化分析和承载力校核工作。整体结构还进行了模拟振动台等相关试验分析。
注: 本工程建设单位为中信和业投资有限公司，奥雅纳工程顾问负责结构方案和初步设计，北京市建筑设计研究院有限公司负责施工图设计，中信建筑设计研究总院为设计复核单位，华东建筑设计研究总院为结构顾问单位，建研科技股份有限公司进行了独立第三方弹塑性分析和风工程校核工作。本工程已于2013 年2 月通过了全国超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会的审查［9， 10］。
参考文献［1 ］ GB 50011—2010 建筑抗震设计规范［S］． 北京: 中国建筑工业出版社， 2010．
［2 ］ JGJ 3—2010 高层建筑混凝土结构技术规程［S］． 北京: 中国建筑工业出版社， 2011．
［3 ］ 刘鹏，何伟明，郭家耀，等． 中国国际贸易中心三期A 主塔楼结构设计［J］． 建筑结构学报， 2009， 30( S1) : 8-13．
［4 ］ 孙建超，徐培福，肖从真，等． 钢板-混凝土组合剪力墙受剪性能试验研究［J］． 建筑结构，2008，38 ( 6) : 1-5，10．
［5 ］ 刘鹏，殷超，李旭宇，等． 天津高银117 大厦结构体系设计研究［J］． 建筑结构， 2012， 42( 3) : 1-9， 19．
［6 ］ 徐培福，傅学怡，王翠坤，等． 复杂高层建筑结构设计［M］． 北京: 中国建筑工业出版社， 2005．
［7 ］ ASCE/SEI 41-06 Seismic rehabilitation of existing buildings［S］． Ｒeston: ASCE，2007．
［8 ］ ATC 40 Seismic evaluation and retrofit of concrete buildings ［S］． Ｒedwood City: Applied Technology Council， 1996．
［9 ］ 奥雅纳工程顾问． 北京朝阳区CBD 核心区Z15 地块项目“中国尊”超限高层建筑工程抗震设防审查专项报告［Ｒ］． 2013．
［10］ 建抗超委［2013］( 审) 004 号北京市朝阳区CBD 核心区Z15 地块项目初步设计抗震设防专项审查意见［Ｒ］． 2013．
注：本文转载自建筑结构《北京CBD 核心区Z15 地块中国尊大楼结构设计和研究》作者：刘鹏， 殷超， 程煜， 朱岩松， 刘允博， 吴海，李夏， 杨名流， 刘浩， 李振兴，仅用于学习分享，如涉及侵权请联系删除！
水工图识读及绘制技巧
一、读图方法与步骤
阅读水工图的顺序一般是由枢纽布置图一建筑结构图一细部构造图，然后再由细部回到总体，这样经过几次反复，直到全部看懂。读水工图一般可按下列方法进行。
（一）概括了解
先看有关专业介绍，设计说明书；按图纸目录，依次或有选择地对图纸进行粗略阅读，分析水工建筑物总体和各部分采用了哪些表达方法；找出有关视图和剖视图之间的投影关系，明确各视图所表达的内容。
（二）深入阅读
概括了解之后，还要进一步仔细阅读，其顺序一般是由总体到部分，由主要结构到次要结构，逐步深入。读水工图时，除了要运用形体分析法外，还需要知道建筑物的功能和结构常识，运用对照的方法读图，即平面图、剖视图、立面图对照着读，图形、尺寸、文字说明对照着读等。
（三）归纳总结
通过归纳总结，对建筑物（或建筑物群）的大小、形状、位置、功能、结构特点、材料等有一个完整和清晰的了解。
二、水工图的绘制
（一）画图步骤
1.根据设计资料及不同设计、施工阶段对图样的不同要求，分析、确定需要表达的主要内容；
2.考虑不同的表达方法，并选择其中最佳的视图表达方案；
3.选择绘图所需的比例，注意在表达清楚的前提下，尽量采用较小的绘图比例；
4.布置视图，使各视图在图纸上位置适中。
(1)估算各视图所占的图纸幅面；
(2)各视图应尽量按投影关系配置。
5.画底稿
(1)画各视图的作图基准线，如轴线、中心线、主要轮廓线等；
(2)注意绘图顺序，应先画主要部分，再画次要部分，最后画细部结构；先画特征明显的视图，再画其他视图，注意投影规律的应用。
(3)标注尺寸；
(4)画建筑材料图例；
(5)注写文字说明，填写标题栏；
6.检查校对，确定无误或改错后描深图线。
（二）抄绘水工图的方法
在制图作业中，常采用抄绘水工图的方法进行基本训练，提高学生读图和绘图的能力。
1.基本要求：在不改变建筑物结构及原图表达方案的前提下，另选比例将原图抄绘在指定图纸上并补绘少量视图、剖视图和断面图。
2.抄绘现读图的关系。抄图训练不能简单的理解为绘图技巧的训练，在抄图的过程中，应深入理解原图建筑物的结构、各视图所表达的内容、各视图的对应关系、尺寸标注的方法、说明和标题栏，对不理解的部分，应查阅教材、标准或请教老师同学，反对盲目抄图。因此可以说，抄图的过程也是一个深入学习的过程，更是培养、提高水工图识读能力的有效方法。
3.画图步骤，与上述水工图的步骤相同。
三、相关专业知识
（一）水利枢纽与水工建筑物的概念的区别
水工建筑物：为了达到防洪、灌溉、发电、航运和供水等目的，充分利用和控制自然界的水资源，通常需要修建不同类型的建筑物，用于挡水、泄水、输水、排沙等，这些工程设施称为水工建筑物。水利枢纽：从综合利用水资源出发，同时修建几个相互联系但不同作用的建筑物，这种相互协同工作的建筑群就称为水利枢纽。
（二）水工建筑物中的常设结构的名称和作用
①上、下游翼墙：过水建筑物如溢洪道、水闸、船闸等的进出口处两侧的导水墙称翼墙。其常见形式有：圆柱面翼墙、扭曲面翼墙和斜墙式翼墙。上游翼墙的作用是引导水流平顺地进入闸室；下游翼墙的作用是将出闸水流均匀地扩散，使水流平稳，减少冲刷。
水闸轴测图
②铺盖：它是铺设在上游河床之上的一层保护层，紧靠闸室和坝体。铺盖的作用是减少渗透，保护上游河床，提高闸、坝的稳定性。
③护坦及消力池：经闸、坝流下的水具有很大的冲击力，为防止下游河床受冲刷，保证闸、坝的安全，在紧接闸坝的下游河床上，常用钢筋混凝土做成消力池。消力池的底板称护坦，上设排水孔，用以排出闸、坝基的渗透水，降低底板所承受的渗透压力。
④海漫及防冲槽（或防冲齿坎）：经消力池流出的水仍有一定的能量，因此常在消力池后的河床上再铺设一段块石护底，用以保护河床和继续消除水流能量，这种结构称海漫。海漫末端设防冲槽或防冲齿坎，是为了保护紧接海漫段的河床免受冲刷破坏。
⑤廊道：廊道是在混凝土坝内或船闸闸首中，为了灌浆、排水、输水、观测、检查及交通等要求而设置的结构。
廊道
⑥分缝：对于较长的或大体积的混凝土建筑物，为防止因温度变化或地基不均匀沉陷而引起的断裂现象，一般要人为地设置结构分缝（伸缩缝或沉陷缝）。
分缝
⑦分缝中的止水：为防止水流的渗漏，在水工建筑物的分缝中应设置止水结构，其材料一般为金属止水片、油毛毡、沥青、麻丝等。
止水
三、读图举例
【例题一】阅读图所示枢纽布置图：
枢纽布置图
概括了解：
枢纽主体工程由拦河坝、溢洪道、引水发电系统、输水建筑物等部分组成。拦河坝是采用斜墙堆石坝，包括溢流坝段和非溢流坝段，用于拦截河流、蓄水抬高上游水位。溢流坝位于河床上，溢流坝坝顶高程为64.10m，没有设置闸门。引水发电系统是利用形成的水位差和流量，通过水轮机发电机组进行发电的专用工程。此枢纽坝下游左岸设有厂房，引水管将水引进水轮机发电后，尾水进入消力池消能，再进入下游渠道。输水建筑物是利用挡水坝蓄水后，进行灌溉的专用工程。输水管进口设有闸门，可控制闸门开启、关闭和流量大小。
深入阅读（图形表达）
该工程图由枢纽平面图、溢流坝横剖视图、溢流坝顶与侧墙连接详图、非溢流坝顶与粘土斜墙连接详图等表达其总体布置情况。图中较多地采用了示意、简化、省略的表达方法。枢纽平面布置图表达了地形、河流、指北针、坝轴线位置、道路、各建筑物的位置、建筑物与地面的交线及主要高程和主要轮廓尺寸。从溢流坝横剖视图可以看出，溢流坝为宽顶堰，陡槽下羰接消力池，其后接海漫。粘土斜墙下游面设置反滤层，下游筑坝材料厂是干砌块石，陡槽用100号水泥砂浆条石护面。从非溢流坝顶与粘土斜墙连接详图可以看出，防浪墙基础伸到斜墙反滤层下，基础下端宽，上端变小，建筑材料是100号水泥砂浆砌块石。坝顶宽4m，坝顶高程为68.51m，防浪墙高1.20m，上下游坡都是干砌块石。从溢流坝顶与侧墙连接详图可以看出，侧墙是阶梯形，下面大，上面小，使用的建筑材料是100号水泥砂浆砌块石。溢流坝面是100号水泥砂浆砌块石护面。输水建筑物及电站厂房详图情况应另有结构图表示。
【例题二】阅读下方水闸设计图。
水闸设计图
概括了解（水闸的功能及组成）
水闸是防洪、排涝、灌溉等方面应用很广的一种水工建筑物。通过闸门的启闭，可使水闸具有泄水和挡水的双重作用。改变闸门的开启高度，可以起到控制水位和调节流量的作用。水闸由三部分组成。上游段的作用是引导水流平顺地进入闸室，并保护上游河岸及河床不受冲刷。一般包括上游齿墙、铺盖、上游翼墙及两岸护坡等。闸室段起控制水流的作用。它包括闸门、闸墩（中墩及边墩）、闸底板，以及在闸墩上设置的交通桥、工作桥和闸门启闭设备等。下游段的作用是均匀地扩散水流，消除水流能量，防止冲刷洒岸及河床，其包括消力池、海漫、下游防冲槽、下游翼墙及两岸护坡等。
深入阅读（图形表达）
本图采用了三个基本视图（纵剖视图、平面图、上、下游立视图）及五个断面图。
平面图：表达了水闸各组成部分的平面布置、形状、材料和大小。水闸左右对称，采用简化画法，图中只画出一半。
纵剖视图：是通过建筑物纵向轴线的铅垂面剖切得到的剖视图。它表达了水闸高度与长度方向的结构形状、大小、材料、相互位置以及建筑物与地面的联系等。
上、下游立面图：表达了水闸上游面和下游面的结构布置。由于视图对称，故采用各画一半的合成视图表达。五个断面图用以表示上、下游翼墙的断面形状、材料与尺寸大小。图中闸门启闭设备采用了拆卸画法，底板排水孔采用了简化画法，消力池反滤层为多层结构，标注方法见纵剖视图。
