【正文】 第 7 至第 9 層，鋼柱外側按構造要求包以鋼筋混凝土。外圈框架沿樓層平面外邊線向內退進 ，由 16根立柱和各樓蓋邊梁所組成，基本柱距為 8m。鋼筋混凝土芯筒沿樓面中心的服務性面積周圍布置，平面尺寸為 179。 38m。 104 ㎡。 10 大連遠洋大廈 ： (1)大連市于 1998 年建成的大連遠洋大廈，是一座集商場、酒店、辦公于一體的高層建筑，主樓為酒店，地下四層；地上 48 層，另有屋頂小塔樓 3 層，高201m；副樓為辦公樓，地上 27 層；兩樓之間的裙房，地面以上 6 層。圖 11(a)為軸線 ○ E 或 ○ F 的結構縱剖面；圖 11(b)為軸線⑤或 ? 結構橫剖面 。，芯筒高度比為 。，房屋高寬比為 ，典型層結構平面如圖 10 所示。大廈按 7 度進行抗震設防，建筑場地為Ⅱ類。 8 大連世界貿易大廈 ： (1)大連世界貿易大廈主樓，地下 4 層，埋深 ；地上 51 層，屋面高 202m，建筑總高度為 243m。此外，還利用第 20 層、 38 層的設備層和避難層，沿內、外框筒周圈各設置一道高度 的鋼 桁架，形成兩道鋼環(huán)梁，以加強內、外框筒的豎向抗剪剛度。鋼梁的間距與內、外框筒的柱距相同，也是 3m，使鋼梁與內、外框筒的各根鋼柱一一對應。房屋的高寬比 (即外筒的高寬比 )為 ，內筒的高寬比為 。 21m，外框筒子為 45m179。典型樓層的層高為 。地下室，采用鋼筋混凝土結構；地面以上1~3 層，采用型鋼混凝土結構； 4 層以上，采用全鋼結構?？拐鹪O防烈度為 8 度。 7 北京國貿中心大廈 ： (1)北京于 1989 年建成的中國國際貿易中心大廈的主樓，建筑面積為 179。 圖 8 北京市京廣中心大廈 (a)典型層結構平面； (b)墻板布置平面； (c)結構橫剖面 (2)主樓，地面以下，采用型鋼混凝土框架和現澆鋼筋混凝土抗震墻；地面以上，采用鋼框架，并沿中心服務性豎筒各軸線，在框架內嵌置帶豎縫的鋼筋混凝土墻板。主樓的典型層結構平面、墻 板布置平面和結構橫剖面，分別示于圖 8(a)、 (b)和 (c)。按 8 度進行抗震設防。 )。 (2)主樓平面采取半徑為 1/4 圓面切角后所形成的扇形，基本模數是將 1/4 圓面向徑向分成 21 等分 (即θ =90176。 6 京廣中心大廈 筑概況： (1)北京市京廣中心大廈主樓，地下 3 層，基礎埋深為 ；地上 51 層，另有屋頂小塔樓兩層，總高度為 208m。 ： (1)大樓的自振周期較長，除了在結構強度上確保安全外，還應將結構振動控制在不致引起大樓使用者不適感的范疇內。 ： (1)結構第一階段抗震設計，按 7 度、Ⅳ類場地進行結構的內力和側移驗算?？梢源_認，在設計風速范圍內，大樓不會發(fā)生不穩(wěn)定的共振。 104kN(圖 4b)。 (2)大廈模型風洞試驗數據表明，風向以 5 度分級，自零度 (U 軸方向 )逐級變化到 90 度 (V 軸方向 )，其中以風向為 40 度時 (圖 4a)，結構底面剪力和傾覆力矩的數值為最大。 圖 2 上海環(huán)球金融中心大廈 （ a）大樓上段結構平面；（ b）大樓下段結構平面；（ c）結構剖面 4 圖 3 型鋼混凝土框筒的構件代 表性截面 (a)框筒立柱； (b)窗裙梁 (5)根據地基勘察報告，采取地面下 80m 深的細砂層作為大樓的地基持力層；并采取鋼管樁和筏形基礎。 (4)為了進一步提高外圈型鋼混凝土框筒的構件延性和受剪承載力，在框筒子結構中剪力較大的部位增配 X 形鋼筋。 3 (2)由于內 筒的高寬比值較大，約為 14，為了抑制內筒的過大彎曲變形，并使外筒翼緣框架中央各柱更充分地參與抵抗傾覆力矩，在大樓上、中段的各設備層或避難層，設置縱、橫向剛性伸臂桁架和沿外框筒周邊的環(huán)向桁架，以加強內、外筒之間的連接。樓面外圈的筒體采用由型鋼混凝土梁和型鋼混凝土柱構成的框筒；樓面核心部位設置由鋼筋混凝土墻體構成的內筒；內、外筒之間的樓蓋，采用鋼梁及壓型鋼板為底模的現澆混凝土組合樓板。 圖 1 為大廈模型的外觀。 (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角，自下而上按弧形曲線漸變地收進 ，至樓房頂部 460 m高度處，變成很窄的帶狀。主樓，地下 3 層；地上 95 層，高 460m；總建筑面積為 179。同時對與超高層設計密切相關的風洞試驗、振動臺試驗的情況加以搜集，編輯成冊，供設計人員參考使用。同時在工程實踐中，發(fā)揮我院原有的技術優(yōu)勢，和熟悉天津情況的地利人和等優(yōu)勢條件，把我院的設計水平提高到一個新的高度，達到與我們大院相匹配的設計地位。 對此，我院決定開展五個專題的研究，盡快吸收國內外成功的經驗，總結前人的教訓。對先進的結構技術和材料缺乏了解軟件有硬件的不完備。我們天津市建筑設計院，作為全國五大設計院之一的設計單位，面臨著前所未有的機遇和挑戰(zhàn)。 1 超高層建筑結構設計與研究 –結構設計專項課題 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)的房地產市場有了非常迅猛的發(fā)展態(tài)式，一大批高檔酒店、高級公寓、高檔寫字樓及高層住宅紛紛投資開發(fā)，許多國內外著名的房地產開發(fā)商涌向津門。與此同時，也帶來了更多的國內外著名的設計院和專家。開發(fā)商對我們的設計產品提出了嚴格的要求，同時也期待我們院提供技術更先進、經濟更合理的建筑， 這使我們深深的感到我們的技術儲備不足，人才儲備不足。更重要的是意識的落后，難以適應市場的需要。結合天津市的自然條件，努力追趕國內外的先進技術水平。 針對目前天津市的高層、超高層房地產項目的開發(fā)形勢，我院對目前已建成的國內外的超高層建筑進行 總結分析整理。 2 二 ． 國內外超高層建筑的基本情況 上海環(huán)球金融中心大廈 ： (1)上海環(huán)球金融中心大廈 (Shanghai World Financial Center)位于上海浦東陸家嘴金融貿易區(qū)。 104 ㎡。 (3)塔樓頂部橫穿樓房的圓形洞口中， 架設觀光橋廊，并設置美術展廳、咖啡廳等，提供了從 400m 高度處眺望上海市及其郊區(qū)美景的休息場所。 ： (1)大廈主樓采用型鋼混凝土結構“筒中筒”體系。大樓的上、中段結構平面和結構剖面示于圖 2。 (3)大樓頂部第 90 層以上各樓層 (包括頂端大圓洞部位 )，采用鋼支撐組成的立體構架。型鋼混凝土框筒的立柱和窗裙梁的代表性截面如圖 3 所示。 ： (1)按照我國《建筑結構荷載規(guī)范》 (GB50092020)，上海市區(qū)，重現期為100 年、高度為 10m 處的基本風速 v0=；地面粗糙度為 B 類時 (地面粗糙度系數α =，梯度風高度為 350m)，大樓頂部的風速為 58m/s。據計算結構底面剪力 V0=14179。 圖 4 根據風洞試驗數據計算出的基底剪力 (a)最不利風向； (b)結構底面水平剪力 5 (3)風洞試驗結果表明，可能引發(fā)大樓共振的臨界風速約為設計風速的 4 倍。 (4)為防止風荷載作用下引起大樓使用者的風振不適感，分別按重現期為 10年、 5 年、 1 年時大樓頂部風速為 48m/s、 44m/s、 37m/s，對大樓進行風振加速度驗算。 (2)第二附段抗震設計，考慮下列三種情況地震的影響： ①上海附近的震級為 的淺源地震； ②上海東方海域的震級 、震中距離 37km的大地震； ③上海西北 350km處地層斷裂錯動引發(fā)的震級為 的特大地震。 (2)在大樓頂部第 95 層內安裝 SSD 阻尼裝置，以減小水平荷載引起的大樓振動幅值。主樓為綜合性多用途建筑，下段為旅館，中段為國公用房，上段為公寓，大樓各段的層高分別為 、 。 /21=176。 (3)主樓的總建筑面積為 萬㎡。 (1)主樓結構屬框架 墻板體系。圖 (b)中，實線表示的墻板是自第 6 層布置到第 52 層，虛線所示墻板是自第 6 層布置到第 37 層。 (3)主樓底層至第 6 層，以及第 23 層和第 38 層，因為層高較大，預制墻板太重，乃改用抗推剛度相當的鋼支撐 代換混凝土墻板。104 ㎡，地面以下峽谷層，采用筏板基礎，埋深為 15m；地面以上， 39 層，高155m。 (2)主樓采用鋼結構筒中筒體系。 (3)主樓典型層的結構平面如圖 9(a)所示。內框筒的平面尺寸為 21m179。 45m；內、外框筒的柱距均為 3m。 圖 9 北京市中國國際貿易中心大廈 (a)典型層結構平面； (b)結構剖面 (4)內、外筒之間的跨度為 12m 的鋼梁兩端，采用鉸接構造分別簡支于內筒和外筒的鋼柱上。 (5)為了進一步提高結構體系的抗震能力，在內框筒四個邊的兩個端跨，各設置豎向支撐一道 (圖 9b)。 這些支撐和環(huán)梁的設置，也有利于減小框筒的剪力滯后效應，減緩框筒角柱的應力集中，提高框筒的整體抗彎能力。建筑面積為 10 萬㎡。 (2)主樓采用“鋼 混凝土”混合結構，樓層平面的結構軸線尺寸為 179。 圖 10 大連世貿大廈典型層結構平面 ： (1)主樓采用“混凝土芯筒 鋼框架”結構體系，芯筒平面尺寸為 179。 (2)為提高結構體系的抗推剛度，于第 30 層和 45 層，沿芯筒縱、橫墻體，各設置一道一層樓高的伸臂鋼桁架 (剛臂 )和外圈鋼桁架 (環(huán)梁 )，將外圈鋼柱與芯筒連為一體，參與整體抗彎。 9 圖 11 大連世貿大廈結構剖面 (a)縱剖面； (b)橫剖面 (3)每榀伸臂桁架均貫通芯筒，并于芯筒墻體內與桁架相交處埋置小鋼柱，與桁架連接，此鋼柱向上、向下各延伸一個樓層。主樓建筑面積為 179。 (2)主樓，采用帶小切角的方形平面，底層的建筑平面尺寸為 38m179。 (3)主樓采用“混凝土芯筒 鋼框架”結構體系。 ，其高寬比值為 。典型樓層的結構平面如圖 12 所示。主樓外圈框 架的立面如圖 13 所示。主樓 6 層以上的各層樓蓋，采用焊接工字形鋼梁和以壓型鋼板為底模的現澆混凝土組合樓板。 圖 13 大連遠洋大廈軸線⑥、 ?鋼框架立面 12 中保大廈 ，是一幢智能型、多功能、綜合型大廈?？偨ㄖ?積約為 6179。 “多筒 鋼梁體系”。 ，采用直接擱置于角筒上的大跨度鋼桁架來承托。圖 14(a)、 (b)分別為大廈的典型層結構平面和大廈的外觀。為了保證空腹桁架的幾何不變性，桁架的各節(jié)點設計成全剛性連接 (對接剖口熔透焊 )。 ，除考慮重力荷載外，還考慮水平荷載下結構體系整體分析所得層間變形的影響。溫度變化引起的弦桿附加軸力最大值達 30%。 52m。結構上配合采用大型支撐筒體系，將部分斜桿外露。 圖 16 香港中國銀行大樓的樓層平面 (a)第 51 層； (b)第 38 層； (c)第 25 層； (d)第 4 層 ： (1)大樓采用混合結構“支撐筒體系” (圖 17)。 14 圖 17 香港中國銀行的立體支撐體系 (a)內、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 個樓層高度為一個節(jié)間 (圖 17c)，每隔 12 個樓層 設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 個樓層高度，斜桿的傾角接近 45 度。 (4)在每片支撐“ A”的平面內，各設置 5 根小鋼柱，以承擔各自范圍內的樓層重力荷載，并通過支撐斜桿傳至角柱 (圖 17c)。中心柱由頂層向下延伸到第 25 層處終止，并通過立體斜撐將其 所承擔的重力荷載分別傳遞至 4 根角柱。 104㎡，總投資約為 38 億港元。 104 ㎡。 104㎡。 104 ㎡。 (3)主樓采取在矩形平面兩端附加半圓的船形平面，建筑平面的縱向和 橫 向總 長度 分別 為 和。 圖 18 為地王大廈建成后的主樓外觀。 大廈位于臺風侵襲區(qū)，控制結構設計的是風荷載。 ㎡，地面粗糙度屬 C 類。型鋼混凝土上芯筒的平面軸線尺寸為 12m179。樓面外圈框 架由鋼梁和矩形鋼管混凝土柱構成，樓面中段，外柱的位置與芯筒各片橫墻對齊，柱距為；樓面兩端的半徑為 的半圓部分，沿外緣均勻地布置 5 根外柱。 16 圖 19 深圳地王大廈典型層結構平面 (2)作為主樓主要抗側力構件的芯筒，沿房屋縱向、橫向的高寬比分別為 和 23，很顯然，橫向偏弱。從而使外圈框架各柱與芯筒共同組成一個整體豎向抗彎構件，抵抗整座大樓水平荷載引起的傾覆力矩。伸臂桁架置于芯筒橫墻內的桿件改用 2 條帶形鋼板。 ③于軸線 ○B(yǎng) ~○G，在軸線① —— ②和⑤ —— ⑥兩個柱間內，各設置一列由型鋼斜桿組成的豎向支撐 (圖 20b)，以提