高層建筑案例分析

高層建筑討論課2CONTENTS01筒體結(jié)構(gòu)：筒體結(jié)構(gòu)是由框架-剪力墻結(jié)構(gòu)與全剪力墻結(jié)構(gòu)綜合演變和發(fā)展而來。筒體結(jié)構(gòu)是將剪力墻或密柱框架集中到房屋的內(nèi)部和外圍而形成的空間封閉式的筒體。其特點是剪力墻集中而獲得較大的自由分割空間，多用于寫字樓建筑。筒體結(jié)構(gòu)包括框筒、筒中筒、桁架筒和束筒結(jié)構(gòu)，后來還出現(xiàn)了多筒和多重筒等筒體結(jié)構(gòu)。廣州西塔，是三角形的平面，里面是六角形筒體，外面純粹是筒體結(jié)構(gòu)，這個筒體是斜交網(wǎng)格，用鋼管混凝土做的斜交網(wǎng)格，由柱子組成交叉的組織，變成很完整的結(jié)構(gòu)。這個外筒抗力非常強，抗震能力比內(nèi)筒還強，抗扭能力非常好，因此它的扭轉(zhuǎn)成分是非常小的。廣州西塔簡介廣州西塔亦稱廣州國際金融中心，位于珠江新城的核心金融商務區(qū)，中國廣州市珠江新城西南部，東臨珠江大道，西靠華廈路，南接華就路，北望花城大道，與廣東省博物館、廣州大劇院、廣州市圖書館和廣州市第二少年宮構(gòu)成珠江新城5大標志性建筑。廣州國際金融中心項目于2007年1月31日開工，于2009年11月3日竣工，總工期1007天。主塔樓地上103層，地下4層，建成時是

華南地區(qū)第一高樓（現(xiàn)華南第一高樓為深圳京基金融中心）。整個項目包括有3.5萬平方米的商業(yè)、7萬多平方米的酒店、5萬多平方米的公寓和18萬平方米的寫字樓。西塔的五項之“最”一是該項目在超高層建筑中首次應用創(chuàng)新的鋼管混凝土巨型斜交網(wǎng)格筒中筒結(jié)構(gòu)體系，該結(jié)構(gòu)具有足夠的抗側(cè)剛度和優(yōu)異的抗震性能，能有效抵御強風、地震的侵襲。

二是該項目是世界上最高的采用全隱框玻璃幕墻系統(tǒng)的建筑，主塔樓8．5萬平方米的玻璃幕墻面積也是目前超高層單體建筑之最。三是施工單位自主研發(fā)了具有國際領先水平的整體提模系統(tǒng)，該系統(tǒng)的應用，創(chuàng)造了主體結(jié)構(gòu)施工兩天一層的世界新速度。四是施工單位自主研發(fā)了C100超高性能免振自密實混凝土，并將其一次成功泵送到411米的高度，創(chuàng)造了同類混凝土超高泵送的世界新高度。五是該項目是世界上第一座自施工階段開始就進行系統(tǒng)性結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的超高層建筑。本工程采用新型的筒中筒結(jié)構(gòu)體系，具有很強的抗側(cè)向剛度和優(yōu)異的抗震性能,從而確保了結(jié)構(gòu)體系的整體安全和在風荷載作用下良好的舒適度。結(jié)構(gòu)體系設計結(jié)構(gòu)體系:采用巨型鋼管混凝土斜交網(wǎng)格外筒+鋼筋混凝土內(nèi)筒的筒中筒體系。其優(yōu)勢在于利用內(nèi)外筒共同抵抗橫向荷載、既水平位移（包括風荷載和地震荷載），水平荷載產(chǎn)生的傾覆力矩大部分由斜交網(wǎng)格柱外筒斜柱的軸力承擔，基地剪力大部分由鋼筋混凝土內(nèi)筒承擔，這正好充分利用了各自材料的優(yōu)勢，鋼管混凝土的承載力高，鋼管混凝土的斜交網(wǎng)格柱具有良好好的抗側(cè)向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度,結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應小,提高了結(jié)構(gòu)的抗震性能;相同截面的鋼管混凝土柱的承載力比混凝土柱高出許多、較大地提高了樓面的使用而積,同時減小了結(jié)構(gòu)自重。樓蓋：內(nèi)筒部位采用了鋼筋混凝士梁板結(jié)構(gòu)，內(nèi)外筒之間部位采用了鋼-混凝土組合樓蓋,梁跨度約為8~15m.其優(yōu)勢在于本工程外筒為施工的控制工期,利用鋼筋桁架模板構(gòu)成的鋼-混凝土組合樓蓋減少了支模時間，極大提高了施工效率;同樣地由于鋼梁與混凝土梁相比具有更好的抗彎抗剪性能，較好地解決了樓面跨度及樓層凈高等問題。難點一由于本工程造型獨特,由鋼管混凝土柱組成的斜交網(wǎng)絡外框簡分為16個節(jié),每個節(jié)27m,鋼管混凝土柱在每個節(jié)間為直線段,相鄰節(jié)段的柱于節(jié)點層形成一個折點,并于節(jié)點層平面內(nèi)產(chǎn)生向外的推力，從而在樓層梁板中產(chǎn)生拉力，如何抵抗該拉力是本工程設計中的一個技術難點。解決方式本工程采用了外框筒環(huán)梁+拉梁+核心簡內(nèi)閉合環(huán)梁構(gòu)成的獨立的平面內(nèi)抗拉體系,如圖2所示;為了進一步提高節(jié)點層抗拉體系的安全儲備,在節(jié)點層周邊設置體外高強鋼絞線預應力索。張拉索使節(jié)點層平面內(nèi)產(chǎn)生沿徑向的壓力,大大減少了環(huán)梁、拉梁及核心筒連梁的拉力,還可降低樓板中的拉應力水平,有效地控制樓板的裂縫寬度。難點二本工程的另一個主要技術難點是組成斜交網(wǎng)格外框筒的鋼管混凝土柱的“X"形相貫節(jié)點。建筑師要求采用2根鋼管混凝土柱空間相貫，在柱軸線交點處截面面積最小,所受軸力最大,因此必須設計一個特殊節(jié)點以滿足既不增大節(jié)點截面尺寸又能承受更大內(nèi)力的要求。解決方法本工程設計了一個新型節(jié)點,利用豎向放置的橢圓形拉板連接4根相貫的鋼管,節(jié)點區(qū)內(nèi)鋼管壁適當加厚，細腰處設置水平加強環(huán)，該節(jié)點形式簡潔,受力明確,便于管內(nèi)混凝土澆灌施工。筒體結(jié)構(gòu)的受力特征簡體是空間整截面工作的，如同一豎在地面上的懸臂箱形梁?？蛲苍谒搅ψ饔孟虏粌H平行于水平力作用方向上的框架（稱為腹板框架）起作用，而且垂直于水平方向上的框架（稱為翼緣框架）也共同受力。薄壁筒在水平力作用下更接近于薄壁桿件，產(chǎn)生整體彎曲和扭轉(zhuǎn)?？蛲搽m然整體受力，卻與理想筒體的受力有明顯的差別。理想簡體在水平力作用下，截面保持平面，腹板應力直線分布，翼緣應力相等，而框筒則不保持平截面變形，腹框架柱的軸力是曲線分布的，翼緣框架柱的軸力也是而均勻分布；靠近角柱的柱子軸力大，遠離角柱的柱子的軸力小。這種應力分布不再保持直線規(guī)律的現(xiàn)象稱為剪力滯后。由于存在這種剪力滯后現(xiàn)象，所以簡體結(jié)構(gòu)不能簡單按平面假定進行內(nèi)力計算。在簡體結(jié)構(gòu)中，剪力墻筒的截面面積較大，它承受大部分水平剪力，所以柱子承受的剪力很??；而由水平力產(chǎn)生的傾覆力矩，則絕大部分由框筒柱的軸向力所形成的總體彎矩來平衡，剪力墻和柱承受的局部彎矩很小。由于這種整體受力的特點，使框筒和薄壁筒有較高的承載力和側(cè)向剛度，而且比較經(jīng)濟。11101豎向承重結(jié)構(gòu)的選型在對豎向承重結(jié)構(gòu)進行選型時,首先考慮的是建筑物的高度和用途。02水平承重結(jié)構(gòu)的選型水平承重結(jié)構(gòu)對保證建筑物的整體穩(wěn)定和傳遞水平力有重要作用。03下部結(jié)構(gòu)的選型高層建筑的基礎是高層建筑的重要組成部分。高層建筑結(jié)構(gòu)選型要點高層建筑結(jié)構(gòu)的選型與結(jié)構(gòu)布置在結(jié)構(gòu)抗震概念設計中占有極其重要的地位,它們直接影響著結(jié)構(gòu)的安全性與經(jīng)濟性?？偟膩碚f,高層建筑結(jié)構(gòu)選型包含豎向承重結(jié)構(gòu)選型、水平承重結(jié)構(gòu)選型以及下部結(jié)構(gòu)選型;結(jié)構(gòu)布置包括結(jié)構(gòu)平面布置、結(jié)構(gòu)豎向布置及變形縫設置。設計中應根據(jù)房屋的高度、高寬比等多方面因素選取合理的結(jié)構(gòu)體系,以上因素在結(jié)構(gòu)選型方面應該重點考慮。高層建筑結(jié)構(gòu)布置的一般原則13（一）平面布置高層建筑平面常設計成矩形、方形、圓形、Y形、L形、十字形、井字形等。從抗風角度，圓形、橢圓形等流線形周邊的建筑物所受風載較小；從抗震角度，平面對稱、長寬比接近、抗側(cè)剛度均勻，其抗震性能好。因此建筑平面宜簡單、規(guī)則、對稱；結(jié)構(gòu)布置宜對稱、均勻，盡量使結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度中心、建筑平面形心、建筑物重心重合，減少扭轉(zhuǎn)的影響。在結(jié)構(gòu)平面由凹角處容易造成應力集中，宜采取加強措施。（二）豎向布置高層建筑結(jié)構(gòu)沿豎向的強度和剛