【正文】 實(shí)驗(yàn)室有一批由教授、副教授和講師 組成的研究隊(duì)伍。 隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算流體技術(shù)的飛速發(fā)展，應(yīng)用“數(shù)值風(fēng)洞”技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)周圍的風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行模擬已成為可能。 7 度地震作用下結(jié)構(gòu)的基底剪力和彈性側(cè)移 表 4 項(xiàng)目 基底剪力 (kN) 結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)側(cè)移角 ue/H 最大層間側(cè)移角 △ ue/h 7 度彈性分析 1/845 1/750 (5)自振特性 實(shí)測(cè)自振周期依次為 、 、 、 、 ，未測(cè)扭轉(zhuǎn)周期。為防止基礎(chǔ)因溫度變化和混凝土收縮而產(chǎn)生裂縫，在板面配置兩層 ?8100 鋼筋網(wǎng)；在板底，至少配置兩層受力鋼筋。水平剪力主要由芯筒承擔(dān)；巨型翼柱除承擔(dān)重力荷載外，還承擔(dān)傾覆力矩引起的軸向壓力或軸 向拉力。 47 三 .金茂大廈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析專篇 金茂大廈 ： (1)金茂大廈位于上海浦東新區(qū)陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)，由塔樓和裙房組成。 本建筑物的高寬比很大，在臺(tái)風(fēng)和地震時(shí)受水平力的影響，柱子的軸向伸縮會(huì)產(chǎn)生很大的彎曲變形，如何提高框架的水平剛度及扭轉(zhuǎn)剛度 ，成為最大的課題。 (2)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu) 建筑用地的填土層厚約 20m，其下面的沖積粘土層的固結(jié)沉陷正在進(jìn)行中。 ： 結(jié)構(gòu)類別：高層 鋼結(jié)構(gòu) 低層 鋼筋混凝土，鋼結(jié)構(gòu) 案： 建筑物的高寬比 (高度和標(biāo)準(zhǔn)層的短邊邊長(zhǎng)之比 )為 7，比例細(xì)長(zhǎng)。本建筑的周期為 6s，風(fēng)荷載比地震作用更大，除了順風(fēng)向的荷載作用之外，還分析了垂直風(fēng)作用方向的擺動(dòng)，對(duì)動(dòng)態(tài)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)都做了研究。 同時(shí)，將 塔體 “ 飛檐 ” 設(shè)計(jì) 成 鋼管桁架 結(jié)構(gòu) (圖 32)，相當(dāng)于筒 體 的水平剛性加勁肋，作用效果相當(dāng)明顯 。11 層 為 一個(gè) 25m 高的共享空間，中央 為 獨(dú)立的琉璃小塔，形成 “ 塔中塔 ” 的建筑造型。內(nèi)外筒 距10m左右，其高寬比 X 方向?yàn)?4， Y 方向?yàn)?5。主體部分樁尖選在地表以下的 57m 的粉土層上，樁長(zhǎng)為 42m，直徑為 800 ㎜，考慮到主體部分荷載大，故采用大直徑鉆孔灌注樁，其單樁承載力特征值約為 3200KN。 (4)地面以上采用鋼結(jié)構(gòu)，地下三層采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，全部鋼柱均延伸至基礎(chǔ)底板 。各層樓蓋采用以壓型鋼板為底模的組合樓板。圖 29 為大廈的典型層結(jié)構(gòu)平面。 (4)混凝土強(qiáng)度等級(jí)：轉(zhuǎn)換層以下，芯筒和框架采用 C50，樓板為 C40；轉(zhuǎn)換層以上各層，芯筒采用 C40，樓板為 C30。芯筒的高寬比為 。每個(gè)剛性層內(nèi)，沿房屋橫向設(shè)置 8 榀伸臂桁架，將外圈鋼管混凝土框架柱與鋼筋混 凝土芯筒相連接，形成橫向剛臂。 ③于軸線 ○B(yǎng) ~○G，在軸線① —— ②和⑤ —— ⑥兩個(gè)柱間內(nèi)，各設(shè)置一列由型鋼斜桿組成的豎向支撐 (圖 20b)，以提高 ○ B、 ○G軸線構(gòu)件因負(fù)擔(dān)半圓形樓面水平荷載而需加強(qiáng)的抗推剛度和承載力。 圖 18 為地王大廈建成后的主樓外觀。 14 圖 17 香港中國(guó)銀行的立體支撐體系 (a)內(nèi)、外支撐的平面位置； (b)鋼筋混凝土角柱； (c)南立面大型支撐 (2)每片支撐“ A”，是以 13 個(gè)樓層高度為一個(gè)節(jié)間 (圖 17c)，每隔 12 個(gè)樓層 設(shè)置一道一層樓高的桁架式水平桿；支撐的每根斜桿均跨越 12 個(gè)樓層高度，斜桿的傾角接近 45 度。 ，采用直接擱置于角筒上的大跨度鋼桁架來承托。 (3)主樓采用“混凝土芯筒 鋼框架”結(jié)構(gòu)體系。 這些支撐和環(huán)梁的設(shè)置，也有利于減小框筒的剪力滯后效應(yīng)，減緩框筒角柱的應(yīng)力集中，提高框筒的整體抗彎能力。 (3)主樓底層至第 6 層，以及第 23 層和第 38 層，因?yàn)閷痈咻^大，預(yù)制墻板太重，乃改用抗推剛度相當(dāng)?shù)匿撝?代換混凝土墻板。 (4)為防止風(fēng)荷載作用下引起大樓使用者的風(fēng)振不適感，分別按重現(xiàn)期為 10年、 5 年、 1 年時(shí)大樓頂部風(fēng)速為 48m/s、 44m/s、 37m/s，對(duì)大樓進(jìn)行風(fēng)振加速度驗(yàn)算。 (3)塔樓頂部橫穿樓房的圓形洞口中， 架設(shè)觀光橋廊，并設(shè)置美術(shù)展廳、咖啡廳等，提供了從 400m 高度處眺望上海市及其郊區(qū)美景的休息場(chǎng)所。 1 超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究 –結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專項(xiàng)課題 前 言 近年來，天津市的城建工作隨著海河開發(fā)和地鐵的建設(shè)工程，尤其的濱海開發(fā)區(qū)戰(zhàn)略的確立，天津市城區(qū)的房地產(chǎn)市場(chǎng)有了非常迅猛的發(fā)展態(tài)式，一大批高檔酒店、高級(jí)公寓、高檔寫字樓及高層住宅紛紛投資開發(fā)，許多國(guó)內(nèi)外著名的房地產(chǎn)開發(fā)商涌向津門。 圖 1 為大廈模型的外觀。 ： (1)結(jié)構(gòu)第一階段抗震設(shè)計(jì)，按 7 度、Ⅳ類場(chǎng)地進(jìn)行結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和側(cè)移驗(yàn)算。 7 北京國(guó)貿(mào)中心大廈 ： (1)北京于 1989 年建成的中國(guó)國(guó)際貿(mào)易中心大廈的主樓，建筑面積為 179。 8 大連世界貿(mào)易大廈 ： (1)大連世界貿(mào)易大廈主樓，地下 4 層，埋深 ；地上 51 層，屋面高 202m，建筑總高度為 243m。鋼筋混凝土芯筒沿樓面中心的服務(wù)性面積周圍布置，平面尺寸為 179。鋼桁架之上為型鋼次梁和以壓型鋼板為底模的組合樓扳。 (3)支撐筒的角柱，采用鋼筋混凝土柱，其內(nèi)部埋設(shè)三根小鋼柱，用來分別與三個(gè)方向支撐的斜桿和水平桿相連接 (圖 17b)。 (4)大廈的抗震設(shè)防烈度為 7 度。因?yàn)椴捎玫氖菃涡睏U中心支撐，所以，同一軸上的兩列豎向支撐對(duì)稱布置。外框架柱還利用寬扁梁進(jìn)行縱、橫閉合拉結(jié)。芯筒的前后兩個(gè)邊為通道，開設(shè)了 3m寬的洞口；為了補(bǔ)強(qiáng)，將這兩個(gè)邊的墻體加厚。 (5)鋼 柱、鋼梁均采用 H 型鋼，但外框架斜鋼柱采用圓鋼管。 圖 29 廣州南航大廈典型層結(jié)構(gòu)平面 (3)為了提高角筒、邊柱參與芯筒整體抗彎、共同抵抗水平荷載傾覆力矩的作用，在第 23 層、 40 層兩個(gè)避難層，各設(shè)置 高即整層樓高的鋼桁架；同時(shí)將該兩層的周邊梁設(shè)計(jì)成 500 ㎜179。塔樓的典型層結(jié)構(gòu)平面和結(jié)構(gòu)剖面，如圖 31 所示。地上鋼柱采用 H 型鋼和矩形鋼管，鋼梁采用工字形截面。綜合墻、柱沖切驗(yàn)算及減少主體和地下室裙房之間的沉降量及地下室整體剛度等因素，擬將主體部分底板厚度取為 2500㎜左右，裙房部分地下室底板厚度取為 1200 ㎜。 因本工程采用高強(qiáng)度混凝土，為解決施工澆灌高強(qiáng)度混凝土的困難，并保證質(zhì)量，本工程充分利用了混凝土的后期強(qiáng)度指標(biāo)，以達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。兩部玻璃鋼梯對(duì)稱盤旋而上，獨(dú)具匠心 (圖 11，圖 12)。根據(jù) ETABS 的 計(jì)算 結(jié)果比較 ：整體結(jié)構(gòu)的抗扭剛度 得到 加強(qiáng)， 高振型中的 扭振明顯減少， 結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng) 得到改善 。 圖 184 地震作用和風(fēng)荷載 在本建筑的設(shè)計(jì)中，對(duì)建筑物在使用期間可能受到一次作用的地震和風(fēng)荷載 (等級(jí) 1)、及在此期間可能遭遇的最大級(jí)別的地震和風(fēng)荷載 (等級(jí) 2)的預(yù)想如表181 所示，并對(duì)兩種情況下的荷載進(jìn)行了研究。頂部為倒置的梯形，支腳底部向梯形臺(tái)面伸展開形成有特征的輪廓。建筑物以 SGL63m 深度以下存在的洪積砂礫層作為樁的支承層基礎(chǔ)。 短邊方向，高層部的柱軸力通過桁架層向外側(cè)的柱子傳遞，在框架設(shè)計(jì)中增加抵抗傾覆力矩的力臂，同時(shí)， 1 層到 27 層的柱子采用鋼骨鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)提高柱子軸向剛度，減少彎曲變形。塔樓，地下 3 層；地上88 層，結(jié)構(gòu)頂部高度為 383m，建筑總高度為 421m。 (3)作用于整座塔樓的 45 度斜向水平荷載，由鋼筋混凝土芯筒、各榀縱、橫向伸臂鋼桁架、及與之連接的 8 根型鋼混凝土巨型翼柱共同承擔(dān)。 (5)基礎(chǔ)筏板坐落在中心距 、長(zhǎng) 65m、打入埋深 85m砂層內(nèi)的 429 根鋼管樁上。計(jì)算基本周期為 ，扭轉(zhuǎn)周期為 。 ADINA， CFX， ANSYS， FLUNT 都是不錯(cuò)的風(fēng) 洞仿真分析程序。歷年來主持承擔(dān)了多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和廣東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目，在高層建筑、大跨屋蓋結(jié)構(gòu)和建筑群體的風(fēng)荷載風(fēng)洞模擬試驗(yàn)以及風(fēng)致響應(yīng)分析方面進(jìn)行了深入研究，并自主開發(fā)了多項(xiàng)高效率的計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件，積極為建筑工程界提供科技服務(wù)。實(shí)驗(yàn)室配備有當(dāng)前先進(jìn)水平的測(cè)試設(shè)備，是國(guó)內(nèi)同類風(fēng)洞中最早使用進(jìn)口高速電子掃描閥和進(jìn)口高頻底座天平等儀器的研究單位之一。若要更深入，例如考慮群體結(jié)構(gòu)包括干擾效應(yīng)等，更加困難。此外，分別用加速度峰值 35Gal、 220Gal(注：1Gal=102m/s2)的人工波 (現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)及地震危險(xiǎn)性分析得出 )及 E1 Centro 地震波作風(fēng)荷載作用下塔樓結(jié)構(gòu)的側(cè)移 52 了彈性及彈塑性時(shí)程分析。 62m，平板厚度為4m，采用 C50 混凝土澆筑，內(nèi)配多層 ?35 鋼筋束，間距 300 ㎜ ~600 ㎜；彎矩最大處，最多配置 10 層鋼筋。 (2)作用于整座塔樓的正向水平荷載，主要由鋼筋混凝土芯筒、平行于荷載方向的三道各兩榀伸臂鋼桁架、及與之連接的 4 根型鋼混凝土巨型翼柱所組成的巨型“框架”承擔(dān)。對(duì)等級(jí) 2 風(fēng)荷載 (頂部風(fēng)速 70m/s)，構(gòu)件大致在弱性范圍內(nèi)，并確認(rèn)不會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定振動(dòng)。另一方面，這個(gè)桁架層作為設(shè)備層也是合理的位置，成為和設(shè)備方案相符的結(jié)構(gòu)方案。 大樓底腳向外伸展的巨型桁架，開創(chuàng)出了中庭高達(dá) 5 層的大空間，這里，中央是 透明玻璃的電梯井，開放式的進(jìn)口大廳和連在一起的室內(nèi)花園，共同創(chuàng)造出了富有魅力的迎賓出入口空間。 地下：設(shè)備房，停車場(chǎng)，地區(qū)冷暖供應(yīng)設(shè)施。在本建筑中，地震作用、風(fēng)荷載和周期之間的關(guān)系如圖 184 所示。 對(duì)網(wǎng)筒的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和側(cè)移的 起到了 約束作用，明顯改善了網(wǎng)筒的受力性能。 33 中國(guó)水利博物館 ： 中國(guó)水利博物館位于杭州市蕭山區(qū)， 屬 國(guó)家級(jí)博物館，總建筑面積 36000㎡ ，主體高度 108m，塔尖高度 128m，局部一層地下室，地下室 底板 埋深 ，地上 11 層，其中 3~10 層各層 間含 回廊層 ， 基座 裙房 平面呈圓形 ，外形為 臺(tái)階狀退臺(tái)， 三 層以上為 主 塔，平面形狀 呈 對(duì)稱八角形， 仿照 古塔的風(fēng)格，層層內(nèi)收 。各層截面尺寸及混凝土強(qiáng)度等級(jí)，由下至上均勻遞減，以調(diào)整結(jié)構(gòu)豎向剛度。 根據(jù)《巖土工程勘察報(bào)告》的結(jié)論和建議，采用樁基。結(jié)構(gòu)剖面示于圖 34。樓面角部的柱距為 。400 ㎜的后張有粘結(jié)、部分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土扁梁加強(qiáng)連接。 (3)各層樓蓋采用以壓型鋼板為底模的現(xiàn)澆鋼筋混凝土組合樓板。 圖 25 深圳市八一大廈典型層結(jié)構(gòu)平面 ，邊長(zhǎng) 10m，總寬度為 25m。為使外圈框架柱與芯筒形成一個(gè)整體抗彎構(gòu)件，共同抵抗大樓水平荷載引起的傾覆力矩，分別將第 13 層 (設(shè)備層 )、第 24 層 (避難層 )和第 42 層定為剛性層。 圖 20 深圳地王大廈結(jié)構(gòu)剖面 17 ②同樣于 4 個(gè)避難層，沿軸線①和⑥，自軸線 ○B(yǎng) ~○G，各設(shè)置一道整層樓高的縱向鋼桁架，以協(xié)調(diào)各柱的軸 向壓力和變形。大廈主樓的高度比值為 。四片大型平面支撐“ A”，沿樓房方形平面授 4 個(gè)邊布置，相互正交，在每?jī)善蔚南嘟惶帲髟O(shè)置一根鋼筋混凝土巨型角柱，并延伸至基礎(chǔ)。多個(gè)鋼筋混凝土筒體和框架柱組成的結(jié)構(gòu)主體，平面呈啞鈴狀，承擔(dān)大樓的重力荷載和全部水平荷載。 38m。此外，還利用第 20 層、 38 層的設(shè)備層和避難層，沿內(nèi)、外框筒周圈各設(shè)置一道高度 的鋼 桁架，形成兩道鋼環(huán)梁，以加強(qiáng)內(nèi)、外框筒的豎向抗剪剛度。 圖 8 北京市京廣中心大廈 (a)典型層結(jié)構(gòu)平面； (b)墻板布置平面； (c)結(jié)構(gòu)橫剖面 (2)主樓，地面以下，采用型鋼混凝土框架和現(xiàn)澆鋼筋混凝土抗震墻；地面以上，采用鋼框架，并沿中心服務(wù)性豎筒各軸線，在框架內(nèi)嵌置帶豎縫的鋼筋混凝土墻板?？梢源_認(rèn)，在設(shè)計(jì)風(fēng)速范圍內(nèi)，大樓不會(huì)發(fā)生不穩(wěn)定的共振。 (2)大廈塔樓，下段采用正方形平面；中段和上段的建筑平面為六邊形，即自第 32 層起，正方形平面的一組對(duì)角，自下而上按弧形曲線漸變地收進(jìn) ，至樓房頂部 460 m高度處，變成很窄的帶狀。與此同時(shí)，也帶來了更多的國(guó)內(nèi)外著名的設(shè)計(jì)院和專家。 ： (1)大廈主樓采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)“筒中筒”體系。 (2)第二附段抗震設(shè)計(jì)，考慮下列三種情況地震的影響： ①上海附近的震級(jí)為 的淺源地震； ②上海東方海域的震級(jí) 、震中距離 37km的大地震； ③上海西北 350km處地層斷裂錯(cuò)動(dòng)引發(fā)的震級(jí)為 的特大地震。104 ㎡，地面以下峽谷層，采用筏板基礎(chǔ)，埋深為 15m；地面以上， 39 層，高155m。建筑面積為 10 萬㎡。 ，其高寬比值為 。圖 14(a)、 (b)分別為大廈的典型層結(jié)構(gòu)平面和大廈的外觀。 (4)在每片支撐“ A”的平面內(nèi)，各設(shè)置 5 根小鋼柱，以承擔(dān)各自范圍內(nèi)的樓層重力荷載，并通過支撐斜桿傳至角柱 (圖 17c)。 大廈位于臺(tái)風(fēng)侵襲區(qū)，控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的是風(fēng)荷載。 (3)沿主樓樓面南、北兩端半圓弧均勻排列的 5 根外柱，僅承受重力荷載。 (3)伸臂桁架的上、下水平弦桿，是分別利用上、下層樓蓋的型鋼混凝土梁及其鋼骨，桁架的斜腹桿，則采用帶約束拉桿的方鋼管混凝土桿件