结构大师汪大绥总工高层建筑讲座笔记

结构大师汪大绥总工高层建筑讲座笔记结构大师汪大绥总工高层建筑讲座笔记 这两天有幸听了华东院汪大绥总工关于国内几个超高层建筑方面的讲座 汪总工是国内知名的高层建筑结构设计大师 在听讲的过程中 感觉汪总工为 人和蔼可亲 治学严谨 结构概念十分清晰 特别是对于工程上出现的难题的 把握和解决能力十分令我钦佩 他的讲座开阔了我的眼界 使我受益匪浅 趁 热打铁 草草整理了些笔记写出来 汪总工主要介绍了四个工程项目 2010 年上海世博园建筑 上海环球金融 中心 CCTV 新台址 天津津塔 I I 上海世博园 上海世博园 上海世博会将于 2010 年 5 月 1 日 10 月 31 日举行 作为一次国际参展的 盛会 世博园建筑群是非常具有创新性和代表性的 现在大部分建筑都在紧张 而有序地施工中 世博园建筑群中大部分都作为临时性建筑 会展结束后将拆 除 而作为永久性建筑的只有 一轴四馆 即 世博轴 主题馆 中国馆 世博中心 演艺中心 应该说作为地区标志性建筑的 一轴四馆 建筑无论从 建筑体型还是结构体系来讲 都是相当前沿和先进的 且富有极强创新性的建 筑 融合了一流的建筑结构技术 代表了国内建筑领域相当高的水准 1 主题馆 采用 144m 跨张弦桁架结构的大跨度屋盖 2 中国馆 形态有点类似于一个鼎 上大下小 给人以强烈的视觉冲击感 其 结构体系采用四个钢筋砼筒作为主要承重体系 上部悬挑部分采用钢桁架结构 3 世博中心 作为会展中心使用 长度 400 多米 全钢结构 值得一提的是在 结构中引入了较前沿的防屈曲支撑 BRBS 作为消能减震构件来消耗地震时对 结构的影响 4 演艺中心 建筑体型呈飞碟状 其结构设计的难点之一在于外围巨大悬挑看 台的处理 5 世博轴 作为世博会期间人流集散处 结构为索膜结构 最特别的是 阳光 谷 呈喇叭开口状 可以收集雨水 并使阳光透入地下室 故名 阳光谷 其结构设计和施工是非常具有难度的 例如 膜结构风荷载计算和找形技术 节点定位 以及空间方钢管和节点的切割 几千个节点 没有两个是完全一样 的 世博主题馆世博主题馆 中国馆中国馆 施工中的中国馆施工中的中国馆 施工中的中国馆施工中的中国馆 世博中心世博中心 施工中的世博中心施工中的世博中心 演艺中心演艺中心 施工中的演艺中心施工中的演艺中心 世博轴世博轴 阳光谷阳光谷 施工中的施工中的 阳光谷阳光谷 施工中的施工中的 阳光谷阳光谷 IIII 上海环球金融中心 上海环球金融中心 1 建筑概况 492 米 地上 101 层 地下 3 层 建筑面积 m2 2 结构体系 主体承重结构由型钢砼巨型柱 钢筋砼核心筒 巨型斜撑 外伸桁架 带 状桁架等组成 巨型柱采用高含钢量的型钢砼巨型柱 分布在结构平面的四角 核心筒采用分段收进的方式 总共有三段组成 巨型斜撑分布在巨型柱之间 使结构具有很好的整体性和抗侧刚度 带状桁架每 12 层布置一道 外伸桁架主 要解决核心筒与外框架之间的协调共同工作问题 在国内的高层建筑中首次采用了 TMD 主动控制技术 调频质量阻尼器 大大 缓解了强风和地震作用带来的楼层振动 TMD 阻尼器的阻尼比仅仅 0 5 远小 于砼和钢结构的阻尼比 结构的第一阶自振周期为 7 6s 已超出抗震规范反应谱曲线的最大范围 因此 对于这样一个超高层高柔建筑的结构设计 必然融合了现今结构技术的许多最 先进技术 此外 汪总工有一句话非常经典 阻尼是结构的特性 而不是材料的特 性 同样材料做的结构 矮的和高的阻尼比是不同的 此外 对风荷载和地震 作用 今后宜使用不同的阻尼比计算 U 我的理解是 阻尼是结构内部耗 能机制的一个宏观体现 有了阻尼 结构的振动才能停止下来 实际上阻尼是 什么谁都说不清楚 只能把这种机制归结为 阻尼 这个东西 因此 阻尼的 确应该是与结构有关的一个参数 但确实是十分复杂的 上海环球金融中心上海环球金融中心 施工中的上海环球金融中心施工中的上海环球金融中心 施工中的上海环球金融中心施工中的上海环球金融中心 IIIIII CCTVCCTV 新台址新台址 关于备受争议的 CCTV 新楼 我以前也做过一些探讨 但由于没有深入研究 过其建筑和结构方案 理解不免肤浅和偏颇 汪总工是 CCTV 新楼中方结构设计 华东设计院 的总工程师 因此他的讲解是最权威的 听完报告 虽然没有 完全领会 但我对 CCTV 新楼有了许多新的认识 1 建筑几何体型 CCTV 新楼外表看似不规则 其实从建筑体型上它是由一个 标准的四棱锥被切割和贯穿而形成 两个塔楼的倾斜实际上是由四棱锥的斜边 而形成的 2 结构体系 属于带斜撑的框筒结构 结构主要抗侧构件为外部的带斜撑框架 内部电梯间的核心筒实际上是由钢框架组成 设计上并不承担水平荷载 外框 柱多为含钢量较高的型钢砼柱 外部斜撑的布置也不是均匀的 根据应力分析 和优化 在应力大的部位加密网格 即加密斜撑 此外 一个斜撑跨越两个楼 层 中间的那个楼层作为次结构 不参与结构整体刚度 3 结构的动力特性 第一阶自振周期为 3 82s 前两阶振型为平动为主 第三 阶带扭转 200 多米高的建筑 而 T1 3 82s 应该说这个结构的刚度是非常大 的 其主要原因就在于外部斜撑对结构的巨大刚度贡献 4 振动台试验 达到了抵抗 9 度半罕遇地震的水准 仅局部构件发生损伤 应 该说 这个结构方案还是有相当的抗震能力的 特别是斜撑的加入对提高结构 整体性提供了很大的贡献 5 构件节点性能研究 例如高含钢率 SRC 柱的试验研究 同济大学完成 蝶 形节点受力试验 清华大学完成 通过试验得到了关于这些新式构件的许多 有意义的结论 6 工程施工难点 汪总工介绍了结构设计以及施工中的一些难题和处理方案 例如 施工方案中创新性地提出了施工荷载上下限 延迟构件的概念等等 CCTVCCTV 新址新址 塔楼施工塔楼施工 顶部悬臂段合拢施工顶部悬臂段合拢施工 悬臂段合拢悬臂段合拢 IVIV 天津津塔天津津塔 这个超高层建筑在结构上最大的特点就是使用了 钢板剪力墙结构体系 简称 SPSW 我们知道剪力墙一般都使用钢筋砼浇筑而成 而钢板剪力墙顾 名思义就是使用钢板作为剪力墙 来抵抗水平荷载 天津津塔主体结构体系由 核心筒 钢板剪力墙结构 外框架 外伸桁架组成 竖向荷载由框架承担 而 钢板剪力墙仅抵抗水平荷载 这是由于钢板较薄 在竖向荷载作用下容易失稳 结构计算使用结构分析软件 ETABS 和 Midas 计算校核 此外 为了解决钢板在施工过程中竖向荷载作用下容易引起失稳的工程难题 汪总工创新性地提出了 带竖肋的钢板剪力墙 并在清华大学进行了试验 取得了非常理想的效果 试验结果表面 带肋的钢板较不带肋的钢板 具有稳 定性强 结构滞回耗能能力强 极限稳定承载力高等优点 这个创造性的成果 得到了美国专家的称赞和好评 听说有可能要引入到美国结构设计规范中呢 天津津塔 钢板剪力墙结构 天津津塔 钢板剪力墙结构 总结 总结 B 汪总工不愧是结构设计大师 对复杂结构的工程难题都能给出非常好的解 决方案 十分领我钦佩 自己也有几点体会 作为小结 1 结构新技术 现今结构设计也是与时俱进的 上海世博园建筑 环球金融 中心 天津津塔等地标性建筑 都融合了现今世界上的众多结构新技术 新成 果 例如 BRBS 防屈曲支撑 TMD 调谐质量阻尼器 SPSW 钢板剪力墙 等等 随着这些新技术的出现 建筑这个传统行业也在走向飞跃 2 工程难题 应该说任何一个复杂工程都是有其相伴随的工程难点的 这些 难题的解决 需要结构工程师的智慧 努力和创造性工作 汪总工作为结构大 师 与一般结构师相比的过人之处就在于对工程难题的把握解决和创新能力 例如在 SPSW 中创造性地提出了带肋的钢板剪力墙结构 3 分析软件 在汪总工介绍的几个工程中 实际上大量计算工作都要依靠软 件来完成 用汪总工的话说 没有计算机 很多东西都根本不可能完成 涉及的几个工程中 结构整体分析软件主要有 ETABS Midas 等 细部分析 如 CCTV 新楼蝶形节点受力分析 天津津塔钢板剪力墙屈曲分析等 主要使用 ANSYS 或 ABAQUS 等完成 的确 结构工程已迈入 软件时代 很多复杂的问