【正文】 (3)建筑物的上層 (52~67 層 )在各層上四個地方設置了連接內(nèi)側筒和外側筒的支撐。 圖 185 樓層平面圖、立面圖 40 大阪世界貿(mào)易中心 ： 所在地：大阪市住之江區(qū)南港北 1111 樓層總面積： 150000 ㎡ 層數(shù)：地下 3 層，地上 55 層 用途：超高層標準層：觀光臺，觀光餐廳等。 低層：室內(nèi)花園，商場。 ： 結構類別：高層 鋼結構 低層 鋼筋混凝土，鋼結構 案： 建筑物的高寬比 (高度和標準層的短邊邊長之比 )為 7，比例細長。對這個結構方案來說，最大的課題是高達 256m的細長塔樓在受到風和地震和水平力作用時的安全性，還有 60~70 年代填海地基的安全性問題。長邊方向內(nèi)側和外側各2 榀框架都是柱間距離以 。 圖 1148 標準層結構平面圖 (中層 ) 短邊方向外側的 2 榀框架是邊梁加支撐的框架，內(nèi)側 8 榀框架是部分為抗震柱的純框架結構，各框架比例細長，受風和地震的水平作用力時結構穩(wěn)定安全，還有，為了使柱上的軸向受力分散傳遞至寬大的地基， 7 層以下的內(nèi)柱和外柱同時向外擴展斜伸，形成大型桁架結構 (巨型桁架 )。 巨型桁架和與之相連的地下框架是把高層大樓的內(nèi)力傳給基礎的剛性框架，圖 1149 長邊方向框架 圖 11410 短邊方向框架 42 由箱型柱、箱型梁、鋼板抗震墻和軸向支撐等構件構成。 850179。 70 ㎜。另外，在施工前還進行了足尺焊接施工試驗，對可行性進行了確認。 (2)基礎結構 建筑用地的填土層厚約 20m，其下面的沖積粘土層的固結沉陷正在進行中。樁采用鋼管現(xiàn)場灌注混凝土擴底樁，考慮到由于沖積粘土的固結沉陷及上部洪積粘土(Ma12)的二次固結沉陷而產(chǎn)生的負摩擦力作用，在鋼管外涂上了柏油混合物與沉陷層隔開。 (3)抗風設計 通常建筑物的高度超過 200m時，和地震荷載相比，風荷載的作用會更大，圖 11411 巨型 桁架結構詳圖 圖 11412 鋼管現(xiàn)場灌注擴底樁剖面圖 （模式圖） 43 還有上于風產(chǎn)生不穩(wěn)定的振動和搖動都會使居住的舒適性成為問題。 根據(jù)風速變化的振動實驗，確認在達到設計風速 2 倍的風速時無不穩(wěn)定的振動，同時還確認了建筑物上部 42 層以上的切角造型對于消除不穩(wěn)定的振動相當有效。 圖 11413 制振裝置 44 臨空 GATE 塔樓 ： 所在地：大阪府泉左野市臨空往來北 1 番 樓層總面積： ㎡ 層數(shù)：地上 56 層，地下 2 層 高度： 256m ： 結構類別：基礎 現(xiàn)場灌注混凝土樁 框架 地下：鋼骨鋼筋混凝土，鋼筋混凝土 地上：鋼結構 (1~27 層柱為鋼骨鋼筋混凝土 ) ： 臨空 GATE 塔樓因為是高度達 256m的超高層 大樓和位于臨海地區(qū)，所以，結構方案中不僅 以抗震設計為重點，抗風設計也被放在了重點位置上。 在這個地層，即使規(guī)模比較大的建筑物也能直接支撐，但本建筑物不僅柱子的軸向力很大，高度和寬度之比也很大，考慮臺風和地震時基礎的上拔力，確 定采用樁基礎。樁采用最大直徑φ 2500，擴底部φ 4000 的現(xiàn)場灌注混凝土擴底樁。為了荷載能夠平滑傳遞，在高層部、中層部和低層部各自的交界部分設置了桁架層。 本建筑物的高寬比很大，在臺風和地震時受水平力的影響，柱子的軸向伸縮會產(chǎn)生很大的彎曲變形，如何提高框架的水平剛度及扭轉剛度 ，成為最大的課題。長邊方向，桁架層和各層連續(xù)的框架支撐構成大型框架結構。 28 層以上的高層部，短邊方向為采用抗震柱的框架結構，長邊方向為承重墻結構。 抗震設計方針條件如下： 等級 1 地震動 (20 ㎝ /s)時，構件應力不超過材料的短期容許應力，層間變形 46 角在 1/200 以內(nèi)。 本建筑物因為平面呈雁行形狀，平面主軸與框架軸間有偏斜，若僅沿框架軸方向輸入地震波，反應值較小，對柱子的計算偏不安全。 建筑物的固有周期短邊方向 Tx=，長邊方向 Ty=，扭轉為 To=。 另一方面，由于強風，建筑物反復產(chǎn)生長時間的振動，因而存在疲勞問題，還有由于塑性化引起建筑物周期延長和振幅增大，綜合后有不穩(wěn)定振動等問題。 根據(jù)上述設定抗風設計方針如下： 對等級 1 風荷載 (頂部風速 64m/s)，構件應力不超過材料的短期容許應力，層間變形角在 1/200 以內(nèi)。 47 三 .金茂大廈的結構設計分析專篇 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。其下段 52 層，用于辦公；上段 35 層，用作五星級賓館客房；第 88 層為觀光層；地下 3 層，用以停放 900 輛汽車和 1000 輛自行車。 (2).塔樓平面呈八邊形，外輪廓民族尺寸為179。 104 ㎡。 (3)塔樓的高寬比為 ，若僅計算到 頂部的居住樓層，則為 。 27m，筒內(nèi)縱、橫墻體按井字形布置；②樓面四邊的位于芯筒內(nèi)墻軸線上的 8 根型鋼混凝土巨型翼柱；③位于樓面四角的 8 根型鋼巨柱；④在第 24~26 層、第 51~53層、第 85~88 層，順芯筒內(nèi)墻軸線各設置一榀兩 層或三層樓高的伸臂鋼桁架，用以連接芯筒是以巨型翼柱，使翼柱參與抵抗傾覆力矩；⑤作為結構水平剛片的各層樓蓋；⑥有于支承和錨固所有豎構件的八邊形基礎筏板及其下的ф 910 鋼管樁。塔樓旅館區(qū)段和辦公區(qū)段的典型層結構平面，示于圖 6(a)和 (b)；塔樓的結構剖面如圖 249 (c)所示。 ： (1)塔樓的豎向荷載由鋼筋混凝土芯筒、 8 根型鋼混凝土翼柱和 8 根型鋼角柱共同承擔。水平剪力主要由芯筒承擔；巨型翼柱除承擔重力荷載外，還承擔傾覆力矩引起的軸向壓力或軸 向拉力。 ： (1)伸臂鋼桁架 (剛臂 )埋置于芯筒的鋼筋混凝土隔墻內(nèi)，其上、下弦貫通于樓面全寬，并與巨型翼柱內(nèi)的型鋼暗柱相連接；芯筒與翼柱之間鋼桁架外露部分 49 (第一節(jié)間 )的斜腹桿，第 2 5 85 樓層處的第一、二、三道桁架，分別呈人字形、 X 形和倒人字形。 (2)為使施工期間芯筒與翼柱差異壓縮變形引起的伸臂桁架桿 件初應力達到最小值，桁架第一節(jié)間斜桿與上、下弦節(jié)點板之間采取長圓孔的銷栓連接 (圖 7b)。 圖 7 連接芯筒與巨型翼柱的伸臂鋼桁架 (a)結構簡圖； (b)斜桿銷栓連接 ： (1)鋼筋混凝土芯筒墻厚與型鋼混凝土巨型翼柱截面尺寸的相對關系，是按照各構件在重力和側力共同作用時的等應力設計準則來確定。 50 金茂大廈抗側力構件截面尺寸 表 1 所在樓層 鋼筋混凝土芯筒 型鋼混凝土翼柱 周邊墻厚(㎜ ) 內(nèi)隔墻厚(㎜ ) 混凝土 強度等級 截面尺寸 (㎜179。 3500 C40 1% 1%~2% 55~63 層 650 C50 1500179。 5000 C60 3~16 層 850 (3)各層樓蓋由鋼梁和組合樓板構成。 (4)八邊形鋼筋混凝土筏形基礎平板的平面尺寸為 62m179。為防止基礎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。鋼筋直徑為 914 ㎜，壁厚 20 ㎜，單樁承載力為 7500kN。 106kN)、樁長和地基土質狀況計算，塔樓地基的預期沉降量為 50 ㎜。 ： (1)當著眼于控制結構的側移時，抗側力體系的效能取決于下列三點：①芯筒的剪切變形和彎曲變形；②巨型翼柱的壓縮；③伸臂桁架各桿件的軸向變形。 (3)大廈的模型風洞試驗，考慮了建筑場地周邊環(huán)境的現(xiàn)狀 (多幢 10 層樓房 )和遠期發(fā)展 (多幢 30~40 層樓房和兩幢特高樓房 )兩種情況，根據(jù)風洞試驗數(shù)據(jù)計算所得塔樓頂點的側移角、風振加速度和扭轉振動速度，分別列于表 2 和表 3。由于頂部風速的不同 和風壓分布的差別，按風洞試驗計算和按我國規(guī)范計算的頂點位移和最大層間位移都有差別，設計時經(jīng)過詳細分析比較。 風荷載作用下塔樓結構頂點側移角和最大層間側移角 表 2 建筑環(huán)境 風荷載取值 塔樓周圍建筑現(xiàn)狀 塔樓周圍遠期建筑 ue/H △ ue/h ue/H △ ue/h 30 年重現(xiàn)期與 %結構阻尼比 1/1210 1/1110 1/910 1/870 50 年重現(xiàn)期與 %結構阻尼比 1/1140 1/860 100 年重現(xiàn)期與 %結構阻尼比 1/1010 1/930 1/760 1/730 塔樓頂部 (322m高度處 )風振加速度和扭轉振動速度 表 3 建筑環(huán)境 風荷 載取值 風振加速度 (1 Gal) 扭轉振動速度 ( rad/s) 現(xiàn)有建筑 遠期建筑 容許最大值 現(xiàn)有建筑 遠期建筑 容許最大值 1 年重現(xiàn)期 ~ ~ 7~10 10 年重現(xiàn)期 ~ ~ 15~20 (4)大廈按 7 度抗震設防，場地屬Ⅳ類。地震作用采用標準反應譜，由振型組合進行內(nèi)力及位移分析。 7 度地震作用下結構的基底剪力和彈性側移 表 4 項目 基底剪力 (kN) 結構頂點側移角 ue/H 最大層間側移角 △ ue/h 7 度彈性分析 1/845 1/750 (5)自振特性 實測自振周期依次為 、 、 、 、 ，未測扭轉周期。 53 四 .超高層建筑的風洞試驗 概 述 目前所建超高層建筑高度很高，而且多地處高層建筑密集的市中心城區(qū)。根據(jù)大量的實測實驗和記錄分析，可將作用在建筑物上的風分解成兩部分，一部分是平均風，它對結構的作用是靜力。風對結構的作用不能只簡化為靜力，必須考慮動力作用。 風對建筑物的作用與建筑物的幾何外形有直接的關系。 與地震相比較，風力持續(xù)作用時間較長，同時作用也頻繁。鑒于現(xiàn)行“荷載規(guī)范”在這方面所能提供的信息有限，利用風洞實驗觀測和計算流體力學 (CFD)技術模擬就成為獲取結構繞流信息的有效途徑。 目前平均風荷載能夠模擬的不錯，且大多仍局限在單體結構。 隨著現(xiàn)代計算機技術和計算流體技術的飛速發(fā)展，應用“數(shù)值風洞”技術對結構周圍的風場進行模擬已成為可能。 但通常來說，需要風洞實驗的結構最終還是需要風洞實驗而不是風洞實驗仿真。一般可將單棟建筑的體型系數(shù)μ s 乘以相互干擾增大系數(shù)，該系數(shù)可參考類似條件的試驗資料確定；必要時宜通過風洞試驗確定。 《建筑結構荷載規(guī)范》 GB 500092020 風荷載體型系數(shù) 房屋和構筑物的風載體型系數(shù)，可按下列規(guī)定采用 : 1 房屋和構筑物與表 中的體型類同時，可按該表的規(guī)定采用； 2 房屋和構筑物與表 中的體型不同時，可參考有關資料采用； 3 房屋和構筑物與表 中的體型不同且無參考資料可以借鑒時，宜由風洞試驗確定； 4 對于重要且體型復雜的房屋和構筑物，應由風洞試驗確定。 橫風向風振 對非圓形截面的結構，橫風向風振的等效風荷載宜通過空氣彈性模型的風洞試驗確定；也可參考有關資料確定。高速試驗段有前后兩個轉盤，前轉盤位置可模擬均勻流風場，可模擬大氣邊界層的 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 類風速廓線，并實現(xiàn)湍流度的模擬，在后轉盤位置進行與邊界層有關的橋梁節(jié)段模型、高層建筑、高聳建筑、大跨屋蓋抗風研究，以及建筑風環(huán)境、風力發(fā)電機、工業(yè)產(chǎn)品和設備的空氣動力學試驗。 該風洞高速試驗段和低速試驗段橫截面尺寸目前在國內(nèi)中型邊界層風洞中最大，為保證良好的流場品質采取了一系列嚴格的質量控制措施，同時試驗室還將配置先進的測力、測壓、測速、測振儀器設備、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，預計該風洞建成后將在風洞功能 、流場品質、試驗儀器配置上處于國內(nèi)同類設備中領先地位，并達到國際先進水平。汕頭大學風洞主試驗段寬 m3 m、高 2 m、長 20m， 58 最高風速達 45m/秒。實驗室有一批由教授、副教授和講師 組成的研究隊伍。至今已完成 50 余項重要建筑結構的風洞試驗項目，地區(qū)涵蓋深圳、廣州、珠海、佛山、番禺、汕頭、杭州、武漢以及大連等地?？商峁┑脑囼灁?shù)據(jù)包括各風向角下： 建筑墻面和屋蓋的平均風壓系數(shù)分布或平均局部體型系數(shù)分布； 建筑墻面和屋蓋的極值風壓系數(shù)分布或極值局部體型系數(shù)分布 (極值風壓包含平均風壓和脈動風壓成分，極值局部體型系數(shù)與此類似 )； 建筑周圍行人高度風環(huán)境 (主要為速度分布 )； 高層建筑基礎平均風荷載 (包括剪力、傾覆力矩及扭矩 )； 高層建筑基礎均方根風荷載 (包括剪力、傾覆力矩及扭矩 )； 高層建筑基礎峰值風荷載 (包括剪力、傾覆力矩及扭矩 )； 高層建筑基礎峰值彎矩響應； 高層建筑頂部峰值動態(tài)位移 (包括擺振位移和扭振角位移 )和峰值加速度。 (高 )179