深度剖析上海中心大廈新型柔性懸掛幕墻系統(tǒng)資料

1、深度剖析上海中心大廈新型柔性懸掛幕墻系統(tǒng)【打印文章】中國最高建筑一一上海中心大廈的幕墻系統(tǒng)采用了獨特的雙層幕墻系統(tǒng)，其 中內幕墻沿樓面邊緣呈圓柱式布置，外幕墻平面呈圓角三角形，且呈現扭轉收縮 上升的幾何形態(tài)，遠離主體結構懸掛在上下兩道加強層之間。由于外幕墻體量巨 大、幾何形態(tài)不規(guī)則，且采用柔性的支撐結構體系，給外幕墻的分析、設計、建 造帶來許多前所未有的技術挑戰(zhàn)。1工程概況上海中心大廈位于上海浦東新區(qū)陸家嘴金融區(qū)，與金茂大廈和上海環(huán)球金融 中心相鄰，為一棟多功能的摩天大樓，主要用于辦公用途，同時配有酒店、商業(yè)、 觀光等其他公共設施。塔樓結構高度580m，建筑總高度632m。地上酒店區(qū)、辦 公區(qū)

2、、觀光區(qū)共124層，頂部設備用房5層，此外還有裙房7層，地下室5層， 總建筑面積共58萬m2。塔樓主體結構采用巨型框架-伸臂-核心筒結構體系。巨型框架由8根巨型柱、 4根角柱及8道位于加強層的箱形空間環(huán)帶桁架組成。巨型柱和角柱均為鋼骨混 凝土柱，分別在8區(qū)頂部和5區(qū)頂部終止。兩層高的箱形環(huán)帶桁架既是抗側力體 系巨型框架的一部分，也是建筑周邊次框架柱的轉換桁架。核心筒平面形狀沿高 度根據建筑平面功能作相應調整，底部平面為30mX 30m的方形布置，中部為切 角方形布置，頂部為十字形布置。塔樓的2, 48區(qū)共設置了 6道兩層高的伸臂 桁架。伸臂桁架將巨型柱與核心筒聯系起來，既能約束核心筒的彎曲變形

3、，又能 高效地利用周圍的8根巨型柱以減小結構的整體變形和層間位移。此外，各分區(qū) 的加強層均設置了徑向桁架作為幕墻結構的支承系統(tǒng)。主體結構布置上海中心大廈采用了獨特的內、外雙層幕墻系統(tǒng)，內幕墻沿著樓板邊緣呈圓 柱式置。遠離主體結構且扭轉收縮向上的外幕墻系統(tǒng)是這座建筑區(qū)別于其他超高 層建筑的顯著特點之一。外幕墻平面形狀呈一個三邊鼓曲、三角倒角的等邊三角 形，在高度方向，繞著圓柱體樓面逐層旋轉、收縮向上，由此導致內外幕墻在空 間上分離。整個外幕墻系統(tǒng)被外伸的設備層在垂直方向上分成相對獨立的9個區(qū) 域（9區(qū)為塔冠區(qū)），每個區(qū)在內外幕墻之間形成寬度變化并向上延伸的1215 層、高約5566m的流線形中庭

4、空間。內、外慕墻位置關系”平血圖由）R1面圖暮墻區(qū)段模型外幕墻從底到頂經過120的旋轉上升，創(chuàng)造了形態(tài)柔和、螺旋上升的錐體建 筑形態(tài)，賦予了整個塔樓一個非常獨特標志性的造型和外部立面。整樓外幕墻總 面積約13.5萬m2,共由17000余塊板塊組成。（3）主體結構外幕堵支 內幕瑞外融搐慕墻系統(tǒng)構成瑚釁墻支撐何結檢吊裝扉墻板塊吊隹外慕墻施工順序示意2幕墻建筑設計理念上海中心大廈的建筑師創(chuàng)造性地設計了從未在超高層建筑中大規(guī)模使用的 雙層獨立玻璃幕墻，內外兩層幕墻相互脫離，并只在休閑層與設備層相接，形成 21個高挑、通透的中庭空間，使電梯轉換層（休閑層）被充分利用成“空中大 堂”，如同“垂直”城市中的

5、空中街區(qū)廣場，成為大樓各區(qū)的社交與配套服務中 心，可以就“近”為空中大堂所連接的1215層的人們提供餐廳、銀行、商店 等基本的配套服務，降低了人們下到地面的交通需求，既減少了麻煩，也降低了 能耗。內M外幕福上海中心大廈中庭另外，雙層獨立幕墻就像是大樓的兩層皮膚，兩層皮膚間的空間，通過通風 設備的調節(jié)，可以在大廈內部和外部之間充當良好的緩沖帶，就像保溫瓶一樣發(fā) 揮節(jié)能作用。3幕墻幾何形態(tài)上海中心主樓的幾何外形在隨高度上升的過程中圍繞塔樓的幾何中心，同時 發(fā)生旋轉和收縮兩種變化。對于構成主樓旋轉表皮的幾何元素，設計中從工程學 和美學雙向角度，進行了反復論證優(yōu)化。4風荷載研究風荷載往往是幕墻設計的主

6、要控制荷載，特別是對于上海中心大廈這種外立 面比較復雜的超高層建筑，合理確定外幕墻設計的風荷載，對幕墻系統(tǒng)的安全尤 為重要。最大正風壓分布最大負同任分布上海中心幕墻風壓分布5支撐結構系統(tǒng)設計如何實現上海中心扭轉收縮上升的外立面幕墻是整個塔樓結構設計的一個 關鍵，該幕墻突出的特點是幾何造型非常不規(guī)則且與主體結構規(guī)則的幾何形態(tài)不 匹配，幕墻遠離主體結構，同時對幕墻的視覺效果要求很高，在幕墻支撐體系的 比選階段，曾提出了剛性三向網格支撐結構方案及水平桁架-吊桿方案。三向網 格支撐結構方案的優(yōu)點是結構變形小，施工難度較低，但是，該方案對建筑外立 面影響較大，結構用鋼量大。水平桁架-吊桿方案，豎向采用吊

7、桿，視覺通透性 較好，但水平向桿件較多，嚴重影響中庭視覺效果。三向斜交網格結構方案水平桁架-吊桿系統(tǒng)基于幕墻通透輕盈的要求，最終采用了分區(qū)懸掛的柔性幕墻支撐結構體系， 該體系可有效地協(xié)調外幕墻不規(guī)則的幾何形態(tài)和規(guī)則主體結構間的幾何關系，同 時相對主體結構能在一定程度上自由變形，從而減小結構構件內力，優(yōu)化構件截 面與形式。各區(qū)幕墻支撐體系均為獨立的基本單元，并且采用相同的，由“吊桿 -環(huán)梁-徑向支撐”組成的柔性懸掛式幕墻支撐結構體系。慕墻支撐結構體系構成慕墻支捍結構頂部懸掛構造6幕墻及支撐結構節(jié)點設計由于幕墻系統(tǒng)與主體結構之間會產生較大的豎向相對變形差，幕墻支撐與主 樓的連接節(jié)點須有良好的吸收變

8、形的能力。為此幕墻支撐結構與主體結構連接節(jié) 點采用了一些吸收變形的構造措施，以保證幕墻系統(tǒng)正常工作。（1）底環(huán)梁豎向伸縮節(jié)點：該構造主要吸收變形量較大的主體結構的設備層 變形、主體結構的壓縮變形、風荷載等引起的兩個設備層間相對豎向變形以及吊 桿伸長變形，防止底層板塊系統(tǒng)受到擠壓而破壞。方案階段豎向伸縮節(jié)點構造示意取力任用 心汽園伯II期力I:1山。加產麻擦力 摩擦力豎向伸縮節(jié)點受力示意圖徑向支撐與樓面結構連接節(jié)點一般徑向支撐采用鉸接構造以吸收環(huán)梁與樓面的豎向位移差。對于長度很短 的徑向支撐，其線剛度大，對其兩端的位移差非常敏感，采用滑動連接構造，以 降低支撐因兩端的位移差所產生的次內力。短支撐滑動節(jié)點限位約束滑動構造限位約束構造設置于幕墻與樓面相切處，為幕墻提供扭轉約束并允許幕墻相 對主樓上下自由運動。限位到未幕墻轉接件幕墻轉接件構造主要調整支撐鋼結構自重和幕墻單元板塊自重作用下環(huán)梁 的豎向不均勻變形。