一般高層建筑舉例

高層建筑選型舉例上海電信大樓現(xiàn)澆鋼筋混凝土筒中筒結構54×34m的矩形平面30×l0m的中間矩形平面主樓結構抗力體系主樓為現(xiàn)澆鋼筋混凝土筒中筒結構。大跨度、大面積內(nèi)沒有柱子，而且做到建筑平、立面處理與結構抗力體系相一致，外筒由密柱、窗裙暗梁等組成，內(nèi)筒由電梯井道等組合，筒中筒結構體系的抗力特性，在于它的空間作用，為了保證水平力的傳遞，需使樓蓋的剛度在平面內(nèi)有滿足無窮大的假設，在樓蓋設計時采用了現(xiàn)澆梁疊合板，在內(nèi)外筒之間的四個角部為井字雙向樓蓋，樓蓋梁與內(nèi)外筒的連接為剛性節(jié)點。井字雙向樓蓋三種樓蓋方式筒中筒結構體系的外框筒，在水平荷載作用下，其內(nèi)力的分布規(guī)律呈現(xiàn)出正應力的衰減或遞增(剪力滯后)現(xiàn)象，而這種現(xiàn)象隨著離地高度不同而變化，特別是正應力的變化隨著高度的增加而趨于緩和，如電信大樓簡中筒結構按空間桿系力學模型的計算結果看出剪力滯后現(xiàn)象明顯的是在1—5層，此時角柱的正應力比起其它柱的正應力要大很多，為1.4—2．1倍，在5層以上角柱的正應力比起其它校的正應力就大得不多，甚至要比其近旁的翼緣柱要小一些。上海一高層住宅建筑物是由鋼筋混凝土核心筒體和框架—剪力墻組成的結構體系由電梯間和樓梯間構成核心筒體，筒壁厚度300mm，剪力墻設在端部，以增加建筑物整體剛度，結構物自振周期、地震荷載、核心簡、樓板、梁、柱及建筑物的側(cè)向位移等？墻金茂大廈結構工程師環(huán)繞中心部分設計了一個鋼筋混凝土的保護性結構，往上則是高強度混凝土與結構鋼復合結構。鋼筋混凝土內(nèi)筒通過外伸桁架與外檐處的8根超級巨柱結合在一起，共同承擔垂直與水平荷載。

從資料來看，這種組合結構在美、英、法、日等國均被采用，其建筑物的層數(shù)均在30層到60層，高度在100m到200m之間。這種結構體系可以分為：鋼筋混凝土核芯—鋼框架，鋼筋混凝土外框—鋼核芯，鋼筋混凝土框筒—鋼框架等幾種組合。

上海靜安希爾頓酒店(43層、高146m)就是采用鋼筋混凝土核芯簡—鋼框架組合的結構體系靜安希爾頓酒店在結構的選型上考慮了三種不同的方案：第一種方案是采用鋼結構方案．即采用鋼框架及鋼板剪力墻作為抗側(cè)力結構體系。第二種方案是采用鋼筋混凝土結構方案，即采用鋼筋混凝土框架及剪力墑作為抗側(cè)力結構體系。第三種方案是采用鋼—鋼筋混凝土組合結構方案，即最后采用的方案，此方案由鋼筋混凝土核芯簡體與外圍鋼框架組成而以鋼筋混凝土核芯簡體抵抗水平荷載，鋼框架則僅承受垂直荷載及由于核芯簡體水平位移而引起的彎矩。三種方案各有其優(yōu)缺點，鋼結構方案重量輕、建造速度快、節(jié)省基礎費用，但總造價大、進口鋼材量大、施工技術要求高、防火處理復雜；鋼筋混凝土結構方案造價低，但重量大、基礎難以處理、平面布置不靈活。鋼—鋼筋混凝土組合結構方案與鋼結構方案相比具有節(jié)省大量大型鋼材、簡化計算分析、節(jié)省節(jié)點用鋼和工作旦、減少防火處理、減少施工難度及降低造價等優(yōu)點；鋼—鋼筋混凝土組合結構方案與鋼筋混凝土結構方案相比具有減輕自重、節(jié)約基礎造價、平面布置靈活、加快建造速度及增加使用空間等優(yōu)點，因此最后選用了鋼—鋼筋混凝上組合結構體系。由于主樓呈三角形，故抗側(cè)力結構體系由三角形的現(xiàn)澆鋼筋混凝土核芯簡體及兩側(cè)的“L”形勁性配筋混凝土剪力墻組成，圍繞核芯為外圍一圈的鋼框架。樓蓋體系由鋼筋混凝土樓板與鋼梁組合，鋼筋混凝土板與鋼梁之間通過剪力栓結合，現(xiàn)澆樓板采用壓型鋼板做板并加強與鋼梁的結合，但不考慮壓型鋼板的配筋受力作用以簡化防火處理。部分剪切垂直荷載以中國規(guī)范及英國規(guī)范為主，采用兩個規(guī)范中的較大者。風荷載基本上采用加拿大新的風荷載規(guī)范，以上海的10分鐘平均風速34．4m／秒按50年一遇來計算風的壓力。地震荷載采用美國規(guī)范按K類地區(qū)來計算，并以中國抗震設計規(guī)范來復核。鋼結構部分及其他有關設計如中國沒有規(guī)范的均按英國規(guī)范計算。arup根據(jù)電算來控制厚度；1—15層墻厚500mm，16—26層墻厚400mm，27—43層墻厚300mm。鋼框架的構件尺寸是根據(jù)鋼框架承受的荷載及由于鋼筋混凝土核芯簡在水平力下位移引起鋼框架變形而產(chǎn)生的彎矩來分析的，鋼柱為箱型斷面，最大尺寸400x400×75mm，而從底層開始往上每隔幾層改變柱壁的厚度來減少用鋼量，鋼主梁尺寸530×210×13×15mm，次梁尺寸326×160×11×13mm，鋼框架梁柱節(jié)點，均為半剛接或鉸接。滯回曲線，耗能為了對這種組合結構體系進行分析對比．現(xiàn)以靜安希爾頓酒店相同的條件，設計了全鋼結構體系，鋼筋混凝土結構體系與組合結構體系加以初步電算設計分析，并從三個方面對比如下1．結構自重比較(1)全鋼結構方案核芯簡體采用小鋼栓與鋼板組成的鋼剪力墻十外圍鋼框架組成抗側(cè)力結構體系，最大鋼柱尺寸550×550×50mm，鋼柱在43層中斷面變化6次；鋼主梁尺寸530×210×13×15mm，次梁尺寸326×160×11×13mm；樓板為壓型鋼板上澆厚150mm鋼筋混凝土板。

(2)鋼筋混凝土結構方案主要結構布置如下：主要柱子尺寸：1—15層1m×2．5m，16—26層lm×1.6m，27—43層1m×lm。

剪力墻厚：1一l5層750mm，16—26層600mm，27—43層500mm。

主梁尺寸：350×700mm，次梁尺寸：300×550mm，樓板尺寸：150mm厚鋼筋混凝上樓板。

(3)鋼—鋼筋混凝土組合結構方案主要結構布置如下：最大鋼柱尺寸400×400x75mm，鋼柱在43層中僅箱形注壁厚變化6次外形一樣大小，梁與樓板的結構與全鋼結構方案相同。剪力墻厚：1—15層500mm，16—26層400mm，27—43層300mm。

三種方案的上部結構自重比較(含活荷載)如下：組合結構施工技術要求較低，再從鋼結構的加工制作、油漆、安裝都較貴，僅從用大建筑型鋼量少、節(jié)點處理簡單，就可以明顯看到組合結構的造價必然比鋼結構低．加上組合結構的防火處理工作量也比鋼結構減少一半，也必然減少組合結構的造價。

新錦江大酒店結構布置新錦江大酒店主樓和裙房是兩個獨立的體系。主樓與裙房分別設置沉降縫。主樓的框架系統(tǒng)由32根700×700mm鋼柱組成：6層以上為500×500mm的鋼柱，結構體系采用芯體與框架共同工作方法，中央芯體由18根500×500mm的鋼柱組成?？紤]到建筑物的整體剛度，為降低結構自振周期和減少風荷載引起的水平位移分別在第23層和頂層設置剛腰架以增加建筑物的整體剛度。以第23層為分界，該層以下芯體用鋼板連接支柱形成抗水平荷載系統(tǒng)，該層以上則以鋼支撐系統(tǒng)抗水平荷載．從40一43層除芯體部分鋼柱間的支撐系統(tǒng)外，在外圍框架部分也加設了鋼支撐以形成一個桁架受力系統(tǒng)鋼梁采用焊接“I”字梁，上下冀緣平面呈啞鈴式,座處大，跨中小，其鋼梁高度不變。鋼梁上下翼緣與鋼柱焊接承受節(jié)點彎矩，梁腹板與柱聯(lián)結用高強螺拴，在受力時承受剪力。剛性伸臂桁架結構—它是一種增加抗彎剛度減少結構變形的好方法，在超高層建筑中，結構截面及剛度設計已不是由垂直荷重單獨控制，而是由水平荷載與垂直荷載的組合荷載所控制，為此需尋求一種既能節(jié)省鋼材，又能滿足剛度的結構體系，剛腰架也就是在這樣的情況下產(chǎn)生的。剛腰架是在中部核心筒體(或剪力墻)的任一高度橫向水平，連接一個有彈性的剛度較大的桁架，似在中部伸出一個剛臂，使中部筒體與周邊的柱聯(lián)成整體。支撐筒體新錦江大酒店在初步設計時，根據(jù)水平變形的要求，計算求得結構橫向側(cè)移點剛度，定出鋼柱與鋼梁的斷面，發(fā)現(xiàn)鋼結構的用鋼量偏大，但由于受到建筑乎面的限制，而無法采用一些更加適合高層建筑的結構形式來降低用鋼量，因此利用設備層設置剛腰架來增加抵抗彎矩，以減少水平變形而收到了較好的效果。在方案比較中，如果不加剛腰架則頂點位移為332．69，位移就只有原來的90．8％，如在第7層再加一個剛腰架則頂點位移只有原來的86．9％，在作技術設計時，由于建筑有變動，在第7層無法設置剛腰架而改為在23層及頂部43層分別設置剛腰架。比較比較支撐——框筒重技派SOM建筑設計事務所是美國最大的建筑師-工程師事務所之一。早期作品受L.密斯·范·德·羅的影響很大上小下大，斜撐外露,屋頂豎有高106米的兩層電視塔；每平方米耗鋼量為145千克，相當于一般傳統(tǒng)框架結構40～50層塔式建筑的用鋼量。主體系InternationalstyleMordernstyle重技派建筑大開窗框筒束體系革新意義的"束筒結構體系"的典型代表大廈結構工程師是1929年出生于達卡的美籍建筑師F.卡恩。他為解決像西爾斯大廈這樣的高層建筑的關鍵性抗風結構問題，提出了束筒結構體系的概念并付諸實踐。整幢大廈被當作一個懸挑的束筒空間結構，離地面越遠剪力越小，大廈頂部由風壓引起的振動也明顯減輕。頂部設計風壓為305千克力／米2，設計允許位移（振動時允許產(chǎn)生的振幅）為建筑總高度的1/500，即900毫米，建成后最大風速時實測位移為460毫米。"形式隨從功能"西爾斯塔所采用的框筒束，底部尺寸為68.6×68.6m，按井字形分隔成9個22．9米見方的子框筒，即框筒單元。到第51層時，減去對角線的兩個框簡單元，到第66層時．再減去另一對角線上的兩個框筒單元，到第91層以上時，則僅保留兩個框筒單元西爾斯塔樓的結構體形75英尺×75英尺的方筒周邊柱子按15英尺中距排列。為了減少剪切力，只在每一處向里收縮的下兩層處（設備層）設置斜角撐。隨著樓層往上，組成束筒的方筒逐一收束，造型別致建筑承受的風力也相應減小。大廈的造型有如9個高低不一的方形空心筒子集束在一起，挺拔利索,簡潔穩(wěn)定。不同方向的立面,形態(tài)各不相同，突破了一般高層建筑呆板對稱的造型手法。這種束筒結構體系是建筑設計與結構創(chuàng)新相結合的成果。比較建筑的高寬比為6．6。由于采用筒束體系，框筒束在設計風載下的計算層間側(cè)移僅為760mm。塔樓的基本周期為7．8s，比世界貿(mào)易中心大樓(高412m)的基本周期(10s)還短。西爾斯大廈用鋼材76000噸,每平方米用鋼量比采用框架剪力墻結構體系的帝國大廈降低20％，僅相當于采用5跨框架結構的50％。框簡體系具有良好的經(jīng)濟指標，442m高的建筑，單位建筑面積的結構用鋼量僅為160kg／m2。

框筒束的構成為了抵抗“風城’的大風，保證房屋具有足夠的抗推剛度，控制房屋主體結構的高寬比是必要的。然而，平面尺寸大了，外框筒的剪力滯后效應增大，框筒整體作用減弱。一般而言，當框筒結構中垂直于風力方向的翼緣框架的寬度大于45m時，筒體效果將顯著降低?？蛲彩母拍?，就是在房屋內(nèi)部，沿縱向和橫向各設置兩道密排柱框架，將一個大框筒分隔成9個相連的小框筒。計算結果表明，剪力滯后效應降低到很小數(shù)值，提高了框筒的整體性。減少了框筒翼緣框架的無支承寬度，框筒的整體剛性得到了保證。西爾斯塔樓束筒結構平面吊裝組合件“樹狀柱”工字柱腹板平行于框架需要指出的是，當框架采用工字形截面時，因為工字形截面在兩個主軸方向的慣性矩大小懸殊，從提高框筒的剛度和承哉力出發(fā)，需要將工字形情的腹板，在框架所在的平面內(nèi)。因為就抵抗水平荷載而言，框架筒體的作用相當于帶孔薄墻筒體，不論是腹板框架還是翼緣框架．主要受力面部是沿著框架所在的平面，平面外很少受力．柱在平面外的穩(wěn)定性也因各層樓板的橫向支承而不成問題，所以，當框架柱不是采用方管截面，而是矩形管狀截面或者工字形截面時，就應該將具有較大截面慣性矩的方向設置在框架平面內(nèi)。加強層為進一步提高框簡束的豎向剪切剛度，每隔若干樓層，利用大樓的設備層，沿各框架平面，設置帶狀的加勁衍架。因為帽桁架比腰桁架的作用更強，而設備層一般均能布置在每個框筒單元中止的頂層．在第66層和第90層布置的設備層。在這兩層設置的加勁桁架．對中止的框簡單元來說，就是帽桁架，其效果將優(yōu)于設置在中間樓層的腰桁架。美國芝加哥的“宏偉里程“大廈，平面為狹長的L形，而且左、中、右三部分的高度相差很大．分別為57層、49層和22層。最后決定采用框筒束體系，從而妥善地解決了建筑外觀、使用功能、結構受力、控制造價等問題?？蛲彩晒Φ赜糜趶碗s體形高層建筑的抗側(cè)力體系。復雜體形建筑的框筒束體系框筒束與豎向支撐并用體系聯(lián)合銀行塔樓，高296m，平面由兩個1／4圓形框筒反對稱組合而成．框簡密排柱的間矩為4.6m。在每個1／4圓筒的中部，還布置一列豎向支撐，并每隔若干樓層設置伸臂桁架和外圍桁架，加強內(nèi)部豎向支撐與外圍框筒的剛性連接，以提高豎向支撐與外框筒的共同工作，減小框筒的剪力滯后效應。巨型空間桁架風格立體桁架firstcompositemegastructurespaceframehigh-risebuilding.

鋼結構復雜的三維連接處理辦法香港，為紐約風兩倍，漢考，落物風水中環(huán)視景風力作用（漢考克，落下構件）轉(zhuǎn)換層標準層原方案減小底部剪力，底部6層梁脫開（變形值小，可以放大）8,816sqm另一座高層Thecoreframeatthecentreofthebuilding.Thiscoremeasuresroughly25mx25m,and