结构小站|超高层修建的结构系统(二)
发布时间:2022-01-12 03:02:46 来源:乐虎国际lehu88

  在上一篇中咱们对超高层的界说进行了总结,依据CTBUH的界说,将300米以上的修建定位为超高层修建(Supertall),将600m以上的修建定位超级高层修建(Megatall)。

  咱们将超高层修建结构系统首要划分为筒体结构、束筒结构、筒中筒结构、结构-中心筒结构、巨型结构、连体结构和其它一些新式结构系统等。

  咱们在上一篇中侧重共享了筒体(框筒、支撑筒以及斜交网格筒体)结构系统的特色及事例,在本篇中首要侧重共享关于束筒和筒中筒(框筒-中心筒、支撑筒-中心筒以及斜交网格筒-中心筒)结构系统的受力特色及事例。

  束筒能够认为是由一组筒体组成的结构,这些筒体由共用的内筒壁相互衔接以构成一个多孔的多格筒体。在这个筒体中,水平剪力首要由平行于水平荷载方向的腹板结构来承当,而倾覆力矩则首要由垂直于水平荷载方向的翼缘结构来承当。并且,筒体的各个筒格可在不同的高度恣意切断而不削弱结构的全体性。各个筒格所构成的关闭筒体在修建体型收进后,仍具有较好的抗扭功能。

  束筒是在框筒的基础上开展而来。关于框筒结构,因为剪力滞后的负面影响,较大的平面尺度中心方位的结构不能充沛参加到结构抗侧中去,这也是束缚框筒结构适用高度的一个首要原因。假如使用框筒结构来规划更高的超高层修建,或许需求选用更小的柱距来减小剪力滞后的晦气影响,例如410m高的纽约世贸中心双子塔的柱距到达了惊人的1m左右,即便这么小的柱距依然呈现出显着的剪力滞后效应。

  提出筒体结构系统的Fazlur博士在辅导学生的论文时发现,假如使用通长的剪力墙将框筒长边一分为三时,因为隔板剪力墙的协同效果,大尺度筒体的剪力滞后效应显着下降了,其抗侧刚度也能够得到大幅进步。

  假如横隔剪力墙能够有用下降长边的剪力滞后效应,那么关于大尺度的框筒结构,在两个方向都引进横隔剪力墙,必定能够提巨大尺度框筒的全体空间效果。可是接连的剪力墙会对修建室内空间产生较大影响,Fazlur便使用接连的抗弯结构替代剪力墙,这便是束筒结构的由来。引进横隔剪力墙后的剪力滞后效应如下图所示,能够看出,翼缘结构处的剪力滞后效应得到了显着改进。

  从下图中能够看出,在束筒结构中,表里腹板相交处构成了多个角柱。在侧向荷载效果下,因为楼板的平面内刚度很大,其水平隔板效果使得束筒的内侧腹板结构与外侧腹板结构协同变形。而内腹板的角柱是由腹板直接使其受力,在单筒结构中,这些角柱是经过外侧翼缘结构的裙梁直接受力的,在束筒结构中,这些角柱的内力要远大于单筒结构。因而,内腹板结构的存在大大下降了由剪力滞后所产生的各柱受力的不均匀性。正交筒壁束筒的竖向应力更挨近与均匀,其结构的功能比结构筒体更挨近于真实的筒体。束筒内部的横向结构(内侧翼缘结构)的受力则与外部的翼缘结构相似,受力也比较均匀。因而,因为内部腹板结构的存在,束筒结构的剪力滞后效应大大下降,其空间效果得到进一步发挥,抗侧功率远远高于单一的框筒结构。

  与单一的框筒结构比较,因为束筒的抗侧功率更高,因而束筒能够容许较大柱距和较小的裙梁。例如,410m的世贸双子塔选用钢结构框筒,柱距为1.02m,而442m高的西尔斯大厦选用束筒结构,其柱距到达了4.6m,经济型及修建效果大大进步。

  因为束筒的规划是将多个单筒安置在一起演绎而来,这就或许用简略地在任何高度处停止一个筒体的办法来到达修建体型的收进效果。相邻的筒体不必定需求有相似的形状。一个由方形和三角形筒格组成的束筒,在概念上与两个方形或两个三角形筒格相似。组成束筒结构的单筒能够是框筒,也能够是支撑筒、斜交网格筒。如下图所示。

  束筒的一个显着长处是能够由几个单筒组合成任何图形,并且能够在任何标高处停止而对结构的全体性没有显着影响。这一特色使得有或许构成各种形状与尺度改变的收进。可是,其缺陷是楼面被一系列内部腹板结构划分为多个筒格。

  躲藏在这种模块规划概念后边的结构原理是:内部柱列与裙梁在反抗剪力时好像一个巨型悬臂筒体的内腹板相同受力,这样就最大极限地减小了剪力滞后效应。假如没有内隔板的束缚效果,则框筒的大部分接近修建平面中部的外柱在反抗倾覆力矩时所起的效果很难发挥出来。这种系统能够看作是在两个方向都有着加劲内部结构的周边筒体结构系统的一种扩展。内部隔板最大极限地减小了筒体的剪力滞后效应,使柱的轴向应力沿翼缘结构的散布愈加均匀。

  西尔斯大厦(Sears Tower,现称为威利斯大厦,Willis Tower),地上108层,修建高442.1m,用钢量仅为161kg/m2,是世界上第一个选用束筒的超高层修建。于1970年施工,1974年竣工,建成后占有世界上最高的高层修建的头衔长达20年。西尔斯大厦选用3x3的束筒结构系统,每个筒体的尺度均为22.86x22.86m(75英尺),筒体的柱距为4.57m(15英尺)。

  底部3x3的筒体延伸到第50层,然后左上和右下两个角部的筒体被消去。到了第66层,别的两个角部的筒体到了结尾,构成一个十字形的筒体形状。到了90层,又有三个筒体被削去,终究顶部剩余两个筒体。

  为了进一步减小剪力滞后,加强结构的全体性,Fazlur还在30、66及90层左右沿外框设置了数层高的环带桁架。如上图所示。

  单个筒体的开间约为22.86mx22.86m,内部不再安置柱子,因为楼面跨度较大,因而选用单向桁架作为楼面梁,桁架截面高度约为1016mm,桁架距离为4.58m,可直接与两边的钢柱相连。为使各柱尽或许承当持平的竖向荷载,即防止某一方向的柱子承当很大的竖向荷载,而另一方向承当很小的竖向荷载,为此将上述的桁架安置方向每隔6层替换换向安置。桁架斜腹杆之间可穿越直径达510mm的空调管道。楼板选用140mm厚的压型钢板组合楼板。

  为了削减施工过程中现场焊接的作业量,规划团队选用了上图所示的“圣诞树”的结构单元,由一个两层的立柱组成,在立柱的两边在工厂焊接好个一半的钢梁。现场装置时,在梁接头处选用螺栓衔接,使得现场焊接的作业量削减了95%左右。

  为了起到束筒的结构效果,并不必定需求用密柱将修建平面分割为数个次生筒格。也能够在筒体的顶风面与背风面之间设置少数立柱然后减小剪力滞后以到达相同的效果。

  Four Allen Center,高211.83m,地上共50层,1984年竣工。其平面是两头为半圆形的长方形,平面尺度约为33.5mx79.25m,长宽比约为2.36,高宽比约为6.3。在前文的剖析中,筒体结构长宽比不宜过大,一般不宜大于1.5。这是因为当长宽比较大时,长边所对应的顶风面大,而长边的剪力滞后现象又较为显着,因而长边的大部分中柱都无法有用的发挥效果,有必要采纳相应的办法。

  尽管沿着周边安置距离约为4.57m的密柱,若选用朴实的框筒结构,因为柱距较大,且平面的长宽比到达了2.36,长边的剪力滞后现象太严峻,因而难以供给满意的抗侧刚度。结构规划师选用了一种改进的束筒结构,在交通核沿竖向设置人字形支撑构成实腹桁架,在交通核与外框之间设置空腹桁架,将中心的平面划分为四个筒格。如下图所示。

  这些横向结构的设置,在很大程度上减小筒体长边翼缘结构的剪力滞后效应,使得中部的柱也能有用的发挥抗侧效果。

  后来SOM还别离在1983年规划了别的两座束筒结构,别离是坐落芝加哥的205m高的One Magnificent Mile以及坐落迈阿密233m高的Wachovia Financial Center。

  可是因为束筒结构对修建内部空间的影响,小编并未发现束筒结构在国内的使用事例,如有发现使用的小伙伴,欢迎联络小编进行弥补。

  在现代超高层修建中,选用框筒、支撑筒或斜交网格筒独自作为抗侧力系统的修建较少,一方面是因为我国标准一般要求选用两层抗侧力系统,另一方面是因为竖向交通核和管道设备空间的需求,设置内筒也是合理的。因而,相关于独自的筒体结构,筒中筒结构是超高层结构中更为常见的结构系统。

  筒中筒结构是由外筒与内部中心筒组成。外筒能够选用密柱框筒、支撑筒、斜交网格筒等方式。选用钢筋混凝土结构时,内筒一般选用混凝土剪力墙组成的筒体,选用钢结构时,内筒一般选用钢框筒、钢支撑筒或许钢板剪力墙筒体。

  筒中筒结构是一种两层抗侧力系统,在水平荷载效果下,表里筒需求协同作业。筒中筒结构因为内筒的存在,其抗侧刚度一般状况下要比相同的筒体结构强。相同条件下,它的外筒能够做的愈加通透,以呈现更好的修建效果。因而,与前期的框筒结构比较,筒中筒结构中的外框筒的柱距一般更大,裙梁的跨高比也更大。

  当外筒选用密柱框筒时,一般状况下,内部中心筒的刚度会远大于外框筒,此刻,中心筒作为第一道防地,承当首要的水平剪力和倾覆力矩。当外筒选用支撑筒或斜交网格筒体时,因为支撑筒、斜交网格筒体的抗侧功率高,刚度大,一般是外框筒供给首要的抗侧刚度,作为第一道防地来承当首要的水平剪力和倾覆力矩。

  框筒-中心筒结构最早是由Fazlur R. Khan 在一号壳牌广场大厦中使用,后逐步在超高层结构的规划中得到不断推行。

  框筒因为其剪力滞后效应,难以充沛发挥其空间效果。当框筒开洞率较大时,其剪力滞后效应更为显着,因而在框筒-中心筒结构中,一般由中心筒作为第一道防地,承当首要的水平剪力和倾覆力矩。

  一号壳牌广场大厦,共50层,高217.6m,1970年竣工,选用混凝土筒中筒结构。竣工时,是世界上最高的混凝土高层修建,也是世界上第一座悉数选用轻质混凝土的高层修建。

  关于外框柱的规划,因为角部的楼盖安置选用井字梁安置,经过上面的受力剖析能够看到,井字梁的安置导致角部的柱受力显着大于其他柱。为了各个结构柱的应力水平根本共同,Fazlur并没有选用增大构件配筋的办法,而是选用逐步扩展结构柱的构件尺度,如下图所示。终究外框筒的柱距选用约1.8m左右。

  因为休斯顿低区地质条件的恶劣,其地基无法承当50层高的混凝土结构的一号壳牌广场大厦。为了满意地基的承载力要求,减轻结构自重,贝壳广场大厦也是世界上第一个悉数选用轻质混凝土的高层修建。在其竣工后的30年里,壳牌广场大厦任然保持着世界上最高的轻质混凝土修建。

  相同选用筒中筒结构系统的还有1971年竣工的二号壳牌广场大厦(Two Shell Plaza),共26层,修建高103.9m。

  二号壳牌广场最大的特色是其底部额大空间并没有选用像其他项目那样的深梁转化,而是使用了穿越多个楼层的拱效应,将竖向荷载传递到落地结构柱上。这防止了底部巨大的转化梁,也愈加符合力流的传递途径。

  相同选用混凝土筒中筒的还有坐落罗彻斯特的美国海丰银行(Marine Midland Bank)。

  这些前期规划的框筒-中心筒结构中,外框筒首要为混凝土框筒,开洞率较小,裙梁的跨高比一般在1.5以下,外框筒承当的倾覆力矩根本能到达50%以上。可是因为较小的开洞率,对修建视觉效果有较大的影响,结构工程师也逐步认识到,因为设置了内筒,对外框筒的刚度的需求大大下降,外框筒的开洞率束缚不再那么严苛。

  因而,到了二十世纪后期,框筒-中心筒结构中的框筒一般规划的愈加通透,外框筒的柱距一般在4.5m以上(前期经典的框筒结构柱距大多在1~3m之间),抗侧刚度也首要由中心筒供给,外框筒作为抗侧的第二道防地,承当非必须的剪力和倾覆力矩。

  我国世界贸易中心一期,高155m,1989年竣工,地上共38层,平面呈梭形,外筒平面尺度为45mx45m,内筒平面尺度为21mx21m,修建高宽比为3.4,内筒高宽比为7.3,为全钢结构,选用筒中筒结构系统,表里筒均为钢框筒。

  外筒和内筒的柱距均为3m,柱均选用H型钢,内筒和外筒周边裙梁为H610x201x12x22mm,跨高比约为4.2,构成密柱距的筒中筒结构。为加强内筒的刚度,在内筒角部设置了中心支撑,如上图所示。为加强表里筒的全体效果,减小框筒的剪力滞后效应,别离在20层和28层的设备层沿表里筒设置了高为5.4m的环带桁架。

  上海世界贸易中心大厦,高129.55m,地上共35层,修建平面根本为矩形,平面尺度为40.5x50m,四角各收进两个柱距。

  该项目选用全钢结构,表里筒均选用钢结构框筒,外筒尺度为40.4x50m,内筒尺度为16x25.6m,表里筒的柱距均为3.2m,柱选用500x500的箱型截面柱,梁选用600高的H型钢梁,裙梁的跨高比约为4.5。因为结构高度不高,因而表里筒均选用钢框筒时,已能够满意结构的刚度需求。

  广州中信广场,原名中天广场,修建高390.2m,结构房顶高323m,共80层,建成于1996年,选用”混凝土框筒-混凝土中心筒“结构系统,未设置环带桁架和伸臂桁架,建成时为世界上最高的钢筋混凝土结构。

  修建平面为正方形,平面尺度为46.3x46.3m。因为修建功能需求,1~4层只要4根L型巨柱,5层设置转化层,转化梁尺度为2500mmx7750mm。5层以上外框筒柱距很大,约为7.5m,可是因为结构梁截面尺度很大,其跨高比约为5,依然能够满意框筒空间效果的要求,并且在第25、44、46层结构梁截面加大到1500mmx1650mm,经核算剖析,对加强外筒刚度协助很大。

  从上图中能够看出,侧向荷载效果下,外框筒承当了大部分的倾覆力矩,阐明外框筒的空间效果较强,发挥了较大的空间效果。但因为柱的距离较大,翼缘结构柱呈现显着的剪力滞后现象。

  香港中环广场,高309m,顶部桅杆高374m,地上78层,1992年建成,选用”混凝土框筒-混凝土中心筒“结构系统。建成时是世界上最高的钢筋混凝土修建。香港区域不考虑地震效果,按抗风规划。

  在30.5m标高以上平面,柱距4.6m,柱宽1.5m,柱距离为3.1m,梁高1.1m,裙梁跨高比为2.8,构成具有密柱深梁的框筒结构。30.5m标高以下有4层,柱距加大为9.2m,且转化梁下无结构梁,构成25m高的廊柱,不反抗侧向力。该结构上部是典型的”框筒-中心筒结构“,上部中心筒仅承当10%的水平剪力。而到了下部,水平剪力则悉数由中心筒承当。

  第4层为转化层,转化梁截面为2800mmx5500mm,转化层楼板厚1000mm。经过转化梁将上部结构的竖向荷载传递给底部的廊柱,经过1000mm厚的楼板将上部的剪力传递给中心筒承当。

  我国世界贸易中心三期A塔楼高330m,底层平面尺度为52.2x52.2m,地上共74层,选用外框筒+组合斜撑中心筒构成筒中筒结构系统,并设置了两道两层高的伸臂桁架来改进外框筒的剪力滞后效应。其间工作区外框筒的柱距为4.2m,酒店区为5.6m,底层大堂柱距为11.2m,经过三道转化桁架完成外框筒柱距的改变,并在顶部设置了一道帽桁架。

  在外筒计划选型时,比选了支撑筒(计划a、b、c)和框筒(计划d、e)两种计划。因为框筒计划对视界的遮挡效果最小,外筒终究挑选了框筒计划(计划e)。工作区的柱距为4.2m,酒店区的柱距为5.6m。因为塔楼平面沿高度逐步收分,为减小角部悬挑长度,在二区的工作楼层柱网与一区的工作楼层错开了半个柱距。经过两道两层高的转化桁架完成柱网的改变。经过V型外框柱使得底层大堂的柱距到达了11.2m。转化桁架的设置也进一步改进了外框筒的剪力滞后效应。

  中心筒计划也对混凝土中心筒、钢支撑筒、组合支撑筒体三种计划进行了比选。终究依据修建、机电需求,并概括考虑经济性,终究挑选了由组合柱、钢梁和钢斜撑组成的组合支撑结构筒计划,在满意机电管道需求的前提下,也供给了更多的延性机制。

  华润总部大楼修建高400m,结构高331.5m,其规划的创意来自于不断成长的春笋。修建平面圆形,沿高端不断收进,到顶部会聚为一点。修建平面最大直径为66m,中心筒尺度为28.6mx28.6m。结构系统选用“密柱结构-混凝土中心筒”结构。

  其外筒为典型的密柱框筒,沿环向均匀安置56根梯形钢柱,柱距最大约为3.5m,裙梁选用700x450的H型钢梁,跨高比约5左右。但因为修建造型的需求,外框筒在低区和高区为斜交网格的方式,外框到了顶部,结合塔冠造型会聚于一点。

  外框筒的另一个特色是,为了合作修建到达室内彻底无柱的视觉效果,并结合幕墙立面规划效果,钢柱彻底偏疼到钢梁外侧,如下图所示。

  因为外框筒的柱截面较小(高750mm~480mm),裙梁的跨高比较大(约为5),且梁柱彻底偏疼,因而外框筒的空间较弱,水平剪力和倾覆力矩都首要由混凝土中心筒来承当。因而,中心筒就变得十分重要。为确保中心筒的延性,在中心筒墙体内设置了型钢。

  从上图中能够看出,外框筒底部承当的倾覆力矩只要15%,乃至远远低于一般的稀柱结构所分管的倾覆力矩份额,而前期规划的筒中筒结构的外筒承当的倾覆力矩能够到达50~70%以上。

  因而,从结构受力的视点来说,外框的柱尽管柱距较小,可是远远没有构成空间受力的效果,不能称为密柱框筒,只能称为密柱结构结构。所以,华润总部大楼的结构系统应该称为“密柱结构-混凝土中心筒”结构。

  武汉长江中心,修建高380m,结构高370.9m,地上共83层,首要功能为工作。修建平面尺度为55x55m,中心筒尺度为28x29m,结构高宽比为6.7。结构系统为“密柱结构-混凝土中心筒”结构。

  外筒为密柱框筒,沿修建外圈均匀安置48根CFT柱(顶部为钢柱),柱距为4.5m。柱为扁长型CFT柱(2050mm~700mm),钢梁高为900mm,跨高比为4.2左右。与华润总部大楼相似,为合作修建室内无柱的效果,CFT柱结合幕墙立面效果,钢梁对齐CFT柱内侧,如下图所示。

  为加强外筒与内筒之间的协同效果,一起也可缓解外筒的剪力滞后效应,结合设备层沿楼面安置了数道刚接大梁(效果相似伸臂桁架)。如下图所示。

  尽管在设备层设置了数道刚接大梁,可是与华润总部大楼的特色相似,外筒柱距离较大,裙梁跨高比较大,外框筒的空间效果较弱,因而,在侧向荷载效果下的水平剪力和倾覆力矩仍是首要由混凝土中心筒内筒来承当。为确保中心筒的延性,也在墙体内增设了型钢。

  从上图能够看出,侧向荷载效果下,外框筒底层承当的倾覆力矩别离为32%和27%。外框筒的空间效果不强,因而,该项目结构系统应为“密柱结构-混凝土中心筒”。

  南京江北信金融中心,修建高320m,结构高300m,地上共67层。修建平面上选用了“天圆地方”的概念,各层平面由底部的方形逐步变为顶部的圆形,且在立面上略有收进;在各层平面形状改变的一起,体型从底到顶全体逆时针改变了30°,首层改变视点最大,以上各层递减,51层以上竖直。

  首层平面尺度约为54.35x54.35m,柱距约为4.45m;51层平面尺度约为54.0m(直径),柱距约为3.78m;大屋面处平面尺度约为50.0m(直径),柱距约为3.65m。中心筒平面为切角矩形,居中放置,首层尺度为28.4m×28.4m,中心筒的高宽比为10.53。

  结构系统选用“密柱结构-中心筒”结构系统。为进步外框筒的空间效果,在流亡层48层设置了一层高的环带桁架。外框筒由44根圆形CFT柱组成,柱距为3.78~3.65m,边柱直径为700~520mm,角柱直径为1000~900mm。裙梁为700mm高的H型钢梁,跨高比约为4.4。

  相同为了完成室内无柱的修建效果,结合幕墙立面效果,外框钢梁与CFT柱偏疼设置,对齐CFT柱内侧。如上图所示。

  水平荷载下,底部外框承当的倾覆力矩份额约为28%。因为外框改变(30度),结构柱截面较小(小于700mm),外框柱距离较大(3.8m),裙梁高跨比较大(4.2),梁柱偏疼,密柱外框的空间效果较弱,中心筒作为第一道防地,承当首要的倾覆力矩,密柱外框作为第二道防地。

  比较于框筒,支撑筒首要是使用构件的轴力,能够充沛发挥资料的强度,根本能够消除剪力滞后效应,空间效果强。因而,在支撑筒-中心筒结构中,一般支撑筒成为首要的抗侧力结构,承当首要的水平剪力和倾覆力矩。

  上海举世金融中心,主楼地上 101 层,地下3 层,地上以上高度为 492m,裙房为地上 4 层,高度约为 15.8m。

  上部结构一起选用以下三重抗侧力结构系统:1)由巨型柱,巨型斜撑(首要的斜撑)和周边带状桁架构成的巨型支撑筒;2)钢筋混凝土中心筒(79层以上为带混凝土端墙的钢支撑中心筒);3)连系中心筒和巨型结构柱之间的外伸臂桁架。

  由巨型柱、巨型斜撑以及环带桁架组成的巨型支撑筒空间效果强,具有很大的抗侧刚度,在修建底部的巨型支撑筒承当了60%以上的倾覆力矩和30~40%左右的水平剪力,并且与框筒比较,防止了剪力滞后效应的晦气影响,也减轻了结构自重。

  结构系统表里筒抗震防地的散布与传统结构-中心筒结构系统比较产生了显着的改变,巨型支撑筒为首要的抗侧力构件, 成为结构的第一道防地, 内部中心筒成为系统的第二道防地。

  尽管在该项目中设置了伸臂桁架,可是因为巨型支撑筒的空间现已发挥的较为充沛,因而,与一般的结构-中心筒或框筒-中心筒结构比较,伸臂桁架所起的效果已大大下降,因而伸臂桁架并未贯穿中心筒筒体。

  高银117大厦,修建高度597m,共117层,塔楼外形随高度改变,楼层平面为正方形,楼层平面随高度逐步变小。首层平面尺度为65x65m,骤变至顶层的45x45m。

  结构外框选用巨型柱+巨型支撑+水平横梁组成的巨型支撑筒体。巨型支撑筒体承当了首要的抗侧力效果。

  由巨型柱、巨型支撑、环带桁架组成的巨型支撑筒体功率高,刚度强。从上图中能够看出,关于一般楼层,巨型支撑筒承当的水平剪力到达了60~70%左右,远远高于中心筒承当的份额。在巨型结构底部节间,因为中心筒结构尺度大及裙楼构件的刚度奉献,一起受制于修建要求,巨型斜撑安置方式由穿插撑改换为人字撑,刚度下降,因而外框筒分管剪力下降至 30~40%, 内框筒约占 60~70%。在结构各加强层(转化桁架所在楼层),因为外框筒刚度在该楼层的显着增大,外框筒吸收的地震剪力呈现骤变,中心筒在该楼层刚度相对较弱,为和谐变形、水平力在表里筒间进行传递,巨型柱所受剪力呈现反向。

  从倾覆力矩表里框各层分管状况看,外框筒分管了各层约 80%的倾覆力矩。从层剪力和倾覆力矩表里筒分管份额剖析看, 塔楼所选取的带有巨型支撑的巨型结构结构系统,显着缓解了传统钢-混凝土混合结构高层,混凝土内筒强,型钢外筒弱 ,对结构产生的的晦气影响。外筒成为抗侧的第一道防地,中心筒内筒成为第二道防地。在完成多道设防的前提下,显着下降了混凝土中心筒在罕遇地震下刚度退化,内力重分配对型钢外结构的晦气效果,显着的进步了结构的全体安全储藏。

  我国尊大厦是全球第一座在地震 8 度设防区超越 500m 的摩天大楼。塔楼外形以我国传统宗教礼仪中用来盛酒的用具“樽”为意象。

  修建高度528m,地上112层,地下8层。平面为方形,底部尺度为 78m×78m,中上部平面尺度为 54m×54m;一起顶部逐步放大为 69m×69m,终究构成中部略有收分的修建造型。

  结构系统为巨型结构支撑外框筒+钢板组合剪力墙中心筒组成的两层抗侧力结构系统。外框筒由巨型柱、巨型斜撑、转化桁架以及次结构组成。其侧向荷载首要外框的支撑筒与中心筒承当。

  因为外框筒沿全高设置了巨型支撑,外框筒的刚度得到了显着进步。关于一般楼层, 支撑承当的剪力占相应楼层的剪力约 40%~50% 。结构大多数楼层外框筒承当的剪力超越底部剪力的 20%。关于倾覆力矩而言,支撑筒分管了约67%的倾覆力矩。阐明巨型支撑的设置,能够使得外框筒的空间效果得到充沛发挥。支撑筒发挥了首要的抗侧效果,成为第一道防地,中心筒内筒成为第二道防地。在完成多道设防的前提下, 下降了混凝土中心筒在罕遇地震下刚度退化、内力重分配对型钢外结构的晦气效果, 进步了结构的全体安全储藏。

  昆明春之眼主塔,修建高407m,结构高381.8m,地上共81层。平面呈三角形,中心筒为Y型。在平面三个角部各设置两颗异形巨柱,并沿外立面设置巨型支撑,如下图所示。

  外框是由巨柱、巨型支撑以及圆形CFT柱构成的巨型支撑筒,能够有用的供给抗侧刚度。在每个斜撑单元的上部最边跨安置了委曲束缚支撑来操控支撑在大震下的受力,一起减小支撑筒在大震下的刚度,然后进步其他构件(如连梁、外框梁)的耗能。在角部巨柱之间以及设备层以悬臂桁架的方式设置了粘滞阻尼器,以添加大震效果下的耗能。中心筒是以六角形为中心的Y型,能够供给较大的抗扭刚度。

  从下图中能够看出,外框承当的剪力大部分在40%以上,而承当的倾覆力矩都是在60%以上,部分楼层乃至到达90%。因而,外框筒也是成为首要抗侧力结构,作为抗震的第一道防地,中心筒作为第二道防地。

  项目包含两栋塔楼,修建高度别离为311.4m和211.25m。两栋塔楼的规划原则相同,以T1塔楼为例进行阐明。塔楼平面为正方形,平面尺度为52mx52m,地上共65层,结构高299.4m。

  塔楼外框安置方式与昆明春之眼相似,依据“米歇尔桁架”的优化原则,在修建立面上优化得到最优的支撑安置方式,到了修建顶部,对外框刚度需求下降,支撑的安置数量相应削减。中心筒选用混凝土中心筒。

  从上图中能够看出,在结构底部,外框支撑承当70%以上的水平剪力,到了顶部,支撑数量削减,承当份额有所下降。因而,外框支撑作为首要抗侧里结构,承当了首要水平剪力及倾覆力矩,作为抗震的第一道防地 斜交网格筒-中心筒结构

  广州西塔地下4 层 (部分5 层 ),地上以上103 层 ,主塔楼高432m , 选用巨型钢管混凝土柱斜交网分外筒 +钢筋混凝土内筒的筒中筒结构 。斜交网格筒侧向刚度 、抗扭刚度大 , 以斜柱轴力反抗水平荷载引起的结构楼层水平剪力和倾覆力矩 ,充沛发挥了高强钢管混凝土柱的优势 , 是超高层修建的优秀结构方式 。西塔外周边共 30 根钢管混凝土斜柱于空间相贯 ,共 16 个节点层 ,节点层距离 27m 。

  广州西塔斜交网分外筒的组成包含 :(1)竖向构件以必定视点相交的斜柱 ;(2)水平构件沿外周边安置 、衔接网格节点的环梁及沿外周边安置 、支承于斜柱的楼面梁。斜交网格筒体的几许构成决议了它反抗水平力的共同长处 ,侧向刚度和改变刚度也远优于框筒 ,但竖向刚度比框筒稍差 。水平力由斜柱的轴向力平衡 , 倾覆力矩引起的竖向力也由交于节点的斜柱的轴力平衡。

  北京保利世界广场主塔楼高161.2m,32层,选用共同的钻石型折叠网格造型。结构系统依据修建体型,选用穿插网格筒中筒系统,外筒为钢管混凝土斜柱构成的穿插网格结构,无竖直柱子,内筒为钢筋混凝土剪力墙中心筒。穿插网分外筒的组成包含: 1) 斜向构件,以必定视点( 约45°) 歪斜相交的斜柱,斜柱每根跨两层; 2) 水平构件,由外环梁和径向梁构成,外环梁沿外周边每两层设置一圈,衔接网格柱节点,径向梁支承于穿插网格节点和中心筒之间。作为一种新颖的框筒系统,穿插网格筒体的受力功能与一般框筒有很大不同,首要体现在以下几点。

  (1) 穿插网格的几许构成决议了它反抗水平力的共同长处,外筒的巨大刚度使其能够接受很大的水平荷载,为减小内筒的刚度供给了或许,然后为修建内部的安置供给了更大的自由度,可获得更好的修建效果和概括效益。

  (2) 侧向力首要由斜柱的轴向力平衡,倾覆力矩引起的竖向力也由交于节点的斜柱的轴力平衡,因而柱内的剪力和弯矩比较小。

  (3)斜交网格在水平缓竖向荷载效果下,表现出显着的空间受力特征,结构的高宽比、斜柱的歪斜视点、斜柱的截面面积、斜柱与环梁的相对刚度比等等,均对穿插网格筒体的受力功能有较大影响。

  (4)穿插网分外筒的抗侧刚度往往超越混凝土中心筒的抗侧刚度,一起延性逊于惯例结构系统,系统的屈从机制显着不同于传统结构,抗震防地的散布也将产生较大改变

  网格构件尺度不彻底是按楼层散布,而是依据构件的内力散布,呈空间改变,在竖向荷载效果下,外网格柱的轴力散布如图所示,自底层的最大轴力27500kN,逐步过渡到顶部的500kN。

  斜交网格筒的空间效果较强,刚度较大, 承当了大部分的侧向荷载。从图中能够看出,斜交网格筒承当的剪力最高可到达70%,承当的倾覆力矩也别离到达了59%和39%。结构系统表里筒抗震防地的散布与传统结构-中心筒结构系统比较产生了显着的改变,外筒是首要的抗侧力构件, 成为结构的第一道防地, 内部中心筒成为系统的第二道防地。

  束筒是由多个筒体(框筒或支撑筒)组合而成,经过内腹板结构的束缚效果,使竖向构件的应力散布愈加均匀,下降了筒体的剪力滞后效应,结构的抗侧功率得到进步,适用于高度更高的超高层修建。

  在筒中筒结构系统中,内筒大多选用混凝土中心筒(部分选用框筒、钢结构支撑筒),外筒可选用框筒、支撑筒以及斜交网格筒。因为框筒的剪力滞后效应,一般状况下,框筒-中心筒结构中,内部中心筒是首要的抗侧力结构,作为第一道防地,承当了大部分的水平剪力和倾覆力矩。而在支撑筒-中心筒以及斜交网格筒-中心筒中,因为支撑筒与斜交网格筒根本消除了剪力滞后效应,抗侧刚度大,因而,一般状况下,外筒(支撑筒或斜交网格筒)成为首要的抗侧力结构,作为抗震的第一道防地,承当大部分的水平剪力和倾覆力矩,也下降了混凝土中心筒在罕遇地震下刚度退化、内力重分配对外框的晦气效果, 进步了结构的全体安全储藏。

  因为篇幅原因,本篇首要共享了束筒、筒中筒(框筒-中心筒、支撑筒-中心筒、斜交网格筒体-中心筒)结构的受力特征及事例。下期将持续共享关于结构-中心筒、巨型结构、连体结构以及新式结构等超高层修建的结构系统。下期见!

  以上内容均为小编从大师书本及网络内容中概括总结,因为小编水平有限,文中如有不妥或遗漏之处,敬请读者批评指正。

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