深度剖析上海中心大厦新型柔性悬挂幕墙系统资料

1、深度剖析上海中心大厦新型柔性悬挂幕墙系统【打印文章】中国最高建筑一一上海中心大厦的幕墙系统采用了独特的双层幕墙系统，其 中内幕墙沿楼面边缘呈圆柱式布置，外幕墙平面呈圆角三角形，且呈现扭转收缩 上升的几何形态，远离主体结构悬挂在上下两道加强层之间。由于外幕墙体量巨 大、几何形态不规则，且采用柔性的支撑结构体系，给外幕墙的分析、设计、建 造带来许多前所未有的技术挑战。1工程概况上海中心大厦位于上海浦东新区陆家嘴金融区，与金茂大厦和上海环球金融 中心相邻，为一栋多功能的摩天大楼，主要用于办公用途，同时配有酒店、商业、 观光等其他公共设施。塔楼结构高度580m，建筑总高度632m。地上酒店区、办 公区

2、、观光区共124层，顶部设备用房5层，此外还有裙房7层，地下室5层， 总建筑面积共58万m2。塔楼主体结构采用巨型框架-伸臂-核心筒结构体系。巨型框架由8根巨型柱、 4根角柱及8道位于加强层的箱形空间环带桁架组成。巨型柱和角柱均为钢骨混 凝土柱，分别在8区顶部和5区顶部终止。两层高的箱形环带桁架既是抗侧力体 系巨型框架的一部分，也是建筑周边次框架柱的转换桁架。核心筒平面形状沿高 度根据建筑平面功能作相应调整，底部平面为30mX 30m的方形布置，中部为切 角方形布置，顶部为十字形布置。塔楼的2, 48区共设置了 6道两层高的伸臂 桁架。伸臂桁架将巨型柱与核心筒联系起来，既能约束核心筒的弯曲变形

3、，又能 高效地利用周围的8根巨型柱以减小结构的整体变形和层间位移。此外，各分区 的加强层均设置了径向桁架作为幕墙结构的支承系统。主体结构布置上海中心大厦采用了独特的内、外双层幕墙系统，内幕墙沿着楼板边缘呈圆 柱式置。远离主体结构且扭转收缩向上的外幕墙系统是这座建筑区别于其他超高 层建筑的显著特点之一。外幕墙平面形状呈一个三边鼓曲、三角倒角的等边三角 形，在高度方向，绕着圆柱体楼面逐层旋转、收缩向上，由此导致内外幕墙在空 间上分离。整个外幕墙系统被外伸的设备层在垂直方向上分成相对独立的9个区 域（9区为塔冠区），每个区在内外幕墙之间形成宽度变化并向上延伸的1215 层、高约5566m的流线形中庭

4、空间。内、外慕墙位置关系”平血图由）R1面图暮墙区段模型外幕墙从底到顶经过120的旋转上升，创造了形态柔和、螺旋上升的锥体建 筑形态，赋予了整个塔楼一个非常独特标志性的造型和外部立面。整楼外幕墙总 面积约13.5万m2,共由17000余块板块组成。（3）主体结构外幕堵支 内幕瑞外融搐慕墙系统构成瑚衅墙支撑何结检吊装扉墙板块吊隹外慕墙施工顺序示意2幕墙建筑设计理念上海中心大厦的建筑师创造性地设计了从未在超高层建筑中大规模使用的 双层独立玻璃幕墙，内外两层幕墙相互脱离，并只在休闲层与设备层相接，形成 21个高挑、通透的中庭空间，使电梯转换层（休闲层）被充分利用成“空中大 堂”，如同“垂直”城市中的

5、空中街区广场，成为大楼各区的社交与配套服务中 心，可以就“近”为空中大堂所连接的1215层的人们提供餐厅、银行、商店 等基本的配套服务，降低了人们下到地面的交通需求，既减少了麻烦，也降低了 能耗。内M外幕福上海中心大厦中庭另外，双层独立幕墙就像是大楼的两层皮肤，两层皮肤间的空间，通过通风 设备的调节，可以在大厦内部和外部之间充当良好的缓冲带，就像保温瓶一样发 挥节能作用。3幕墙几何形态上海中心主楼的几何外形在随高度上升的过程中围绕塔楼的几何中心，同时 发生旋转和收缩两种变化。对于构成主楼旋转表皮的几何元素，设计中从工程学 和美学双向角度，进行了反复论证优化。4风荷载研究风荷载往往是幕墙设计的主

6、要控制荷载，特别是对于上海中心大厦这种外立 面比较复杂的超高层建筑，合理确定外幕墙设计的风荷载，对幕墙系统的安全尤 为重要。最大正风压分布最大负同任分布上海中心幕墙风压分布5支撑结构系统设计如何实现上海中心扭转收缩上升的外立面幕墙是整个塔楼结构设计的一个 关键，该幕墙突出的特点是几何造型非常不规则且与主体结构规则的几何形态不 匹配，幕墙远离主体结构，同时对幕墙的视觉效果要求很高，在幕墙支撑体系的 比选阶段，曾提出了刚性三向网格支撑结构方案及水平桁架-吊杆方案。三向网 格支撑结构方案的优点是结构变形小，施工难度较低，但是，该方案对建筑外立 面影响较大，结构用钢量大。水平桁架-吊杆方案，竖向采用吊

7、杆，视觉通透性 较好，但水平向杆件较多，严重影响中庭视觉效果。三向斜交网格结构方案水平桁架-吊杆系统基于幕墙通透轻盈的要求，最终采用了分区悬挂的柔性幕墙支撑结构体系， 该体系可有效地协调外幕墙不规则的几何形态和规则主体结构间的几何关系，同 时相对主体结构能在一定程度上自由变形，从而减小结构构件内力，优化构件截 面与形式。各区幕墙支撑体系均为独立的基本单元，并且采用相同的，由“吊杆 -环梁-径向支撑”组成的柔性悬挂式幕墙支撑结构体系。慕墙支撑结构体系构成慕墙支捍结构顶部悬挂构造6幕墙及支撑结构节点设计由于幕墙系统与主体结构之间会产生较大的竖向相对变形差，幕墙支撑与主 楼的连接节点须有良好的吸收变

8、形的能力。为此幕墙支撑结构与主体结构连接节 点采用了一些吸收变形的构造措施，以保证幕墙系统正常工作。（1）底环梁竖向伸缩节点：该构造主要吸收变形量较大的主体结构的设备层 变形、主体结构的压缩变形、风荷载等引起的两个设备层间相对竖向变形以及吊 杆伸长变形，防止底层板块系统受到挤压而破坏。方案阶段竖向伸缩节点构造示意取力任用 心汽园伯II期力I:1山。加产麻擦力 摩擦力竖向伸缩节点受力示意图径向支撑与楼面结构连接节点一般径向支撑采用铰接构造以吸收环梁与楼面的竖向位移差。对于长度很短 的径向支撑，其线刚度大，对其两端的位移差非常敏感，采用滑动连接构造，以 降低支撑因两端的位移差所产生的次内力。短支撑滑动节点限位约束滑动构造限位约束构造设置于幕墙与楼面相切处，为幕墙提供扭转约束并允许幕墙相 对主楼上下自由运动。限位到未幕墙转接件幕墙转接件构造主要调整支撑钢结构自重和幕墙单元板块自重作用下环梁 的竖向不均匀变形。