一般高层建筑举例

高层建筑选型举例上海电信大楼现浇钢筋混凝土筒中筒结构54×34m的矩形平面30×l0m的中间矩形平面主楼结构抗力体系主楼为现浇钢筋混凝土筒中筒结构。大跨度、大面积内没有柱子，而且做到建筑平、立面处理与结构抗力体系相一致，外筒由密柱、窗裙暗梁等组成，内筒由电梯井道等组合，筒中筒结构体系的抗力特性，在于它的空间作用，为了保证水平力的传递，需使楼盖的刚度在平面内有满足无穷大的假设，在楼盖设计时采用了现浇梁叠合板，在内外筒之间的四个角部为井字双向楼盖，楼盖梁与内外筒的连接为刚性节点。井字双向楼盖三种楼盖方式筒中筒结构体系的外框筒，在水平荷载作用下，其内力的分布规律呈现出正应力的衰减或递增(剪力滞后)现象，而这种现象随着离地高度不同而变化，特别是正应力的变化随着高度的增加而趋于缓和，如电信大楼简中筒结构按空间杆系力学模型的计算结果看出剪力滞后现象明显的是在1—5层，此时角柱的正应力比起其它柱的正应力要大很多，为1.4—2．1倍，在5层以上角柱的正应力比起其它校的正应力就大得不多，甚至要比其近旁的翼缘柱要小一些。上海一高层住宅建筑物是由钢筋混凝土核心筒体和框架—剪力墙组成的结构体系由电梯间和楼梯间构成核心筒体，筒壁厚度300mm，剪力墙设在端部，以增加建筑物整体刚度，结构物自振周期、地震荷载、核心简、楼板、梁、柱及建筑物的侧向位移等？墙金茂大厦结构工程师环绕中心部分设计了一个钢筋混凝土的保护性结构，往上则是高强度混凝土与结构钢复合结构。钢筋混凝土内筒通过外伸桁架与外檐处的8根超级巨柱结合在一起，共同承担垂直与水平荷载。

从资料来看，这种组合结构在美、英、法、日等国均被采用，其建筑物的层数均在30层到60层，高度在100m到200m之间。这种结构体系可以分为：钢筋混凝土核芯—钢框架，钢筋混凝土外框—钢核芯，钢筋混凝土框筒—钢框架等几种组合。

上海静安希尔顿酒店(43层、高146m)就是采用钢筋混凝土核芯简—钢框架组合的结构体系静安希尔顿酒店在结构的选型上考虑了三种不同的方案：第一种方案是采用钢结构方案．即采用钢框架及钢板剪力墙作为抗侧力结构体系。第二种方案是采用钢筋混凝土结构方案，即采用钢筋混凝土框架及剪力墒作为抗侧力结构体系。第三种方案是采用钢—钢筋混凝土组合结构方案，即最后采用的方案，此方案由钢筋混凝土核芯简体与外围钢框架组成而以钢筋混凝土核芯简体抵抗水平荷载，钢框架则仅承受垂直荷载及由于核芯简体水平位移而引起的弯矩。三种方案各有其优缺点，钢结构方案重量轻、建造速度快、节省基础费用，但总造价大、进口钢材量大、施工技术要求高、防火处理复杂；钢筋混凝土结构方案造价低，但重量大、基础难以处理、平面布置不灵活。钢—钢筋混凝土组合结构方案与钢结构方案相比具有节省大量大型钢材、简化计算分析、节省节点用钢和工作旦、减少防火处理、减少施工难度及降低造价等优点；钢—钢筋混凝土组合结构方案与钢筋混凝土结构方案相比具有减轻自重、节约基础造价、平面布置灵活、加快建造速度及增加使用空间等优点，因此最后选用了钢—钢筋混凝上组合结构体系。由于主楼呈三角形，故抗侧力结构体系由三角形的现浇钢筋混凝土核芯简体及两侧的“L”形劲性配筋混凝土剪力墙组成，围绕核芯为外围一圈的钢框架。楼盖体系由钢筋混凝土楼板与钢梁组合，钢筋混凝土板与钢梁之间通过剪力栓结合，现浇楼板采用压型钢板做板并加强与钢梁的结合，但不考虑压型钢板的配筋受力作用以简化防火处理。部分剪切垂直荷载以中国规范及英国规范为主，采用两个规范中的较大者。风荷载基本上采用加拿大新的风荷载规范，以上海的10分钟平均风速34．4m／秒按50年一遇来计算风的压力。地震荷载采用美国规范按K类地区来计算，并以中国抗震设计规范来复核。钢结构部分及其他有关设计如中国没有规范的均按英国规范计算。arup根据电算来控制厚度；1—15层墙厚500mm，16—26层墙厚400mm，27—43层墙厚300mm。钢框架的构件尺寸是根据钢框架承受的荷载及由于钢筋混凝土核芯简在水平力下位移引起钢框架变形而产生的弯矩来分析的，钢柱为箱型断面，最大尺寸400x400×75mm，而从底层开始往上每隔几层改变柱壁的厚度来减少用钢量，钢主梁尺寸530×210×13×15mm，次梁尺寸326×160×11×13mm，钢框架梁柱节点，均为半刚接或铰接。滞回曲线，耗能为了对这种组合结构体系进行分析对比．现以静安希尔顿酒店相同的条件，设计了全钢结构体系，钢筋混凝土结构体系与组合结构体系加以初步电算设计分析，并从三个方面对比如下1．结构自重比较(1)全钢结构方案核芯简体采用小钢栓与钢板组成的钢剪力墙十外围钢框架组成抗侧力结构体系，最大钢柱尺寸550×550×50mm，钢柱在43层中断面变化6次；钢主梁尺寸530×210×13×15mm，次梁尺寸326×160×11×13mm；楼板为压型钢板上浇厚150mm钢筋混凝土板。

(2)钢筋混凝土结构方案主要结构布置如下：主要柱子尺寸：1—15层1m×2．5m，16—26层lm×1.6m，27—43层1m×lm。

剪力墙厚：1一l5层750mm，16—26层600mm，27—43层500mm。

主梁尺寸：350×700mm，次梁尺寸：300×550mm，楼板尺寸：150mm厚钢筋混凝上楼板。

(3)钢—钢筋混凝土组合结构方案主要结构布置如下：最大钢柱尺寸400×400x75mm，钢柱在43层中仅箱形注壁厚变化6次外形一样大小，梁与楼板的结构与全钢结构方案相同。剪力墙厚：1—15层500mm，16—26层400mm，27—43层300mm。

三种方案的上部结构自重比较(含活荷载)如下：组合结构施工技术要求较低，再从钢结构的加工制作、油漆、安装都较贵，仅从用大建筑型钢量少、节点处理简单，就可以明显看到组合结构的造价必然比钢结构低．加上组合结构的防火处理工作量也比钢结构减少一半，也必然减少组合结构的造价。

新锦江大酒店结构布置新锦江大酒店主楼和裙房是两个独立的体系。主楼与裙房分别设置沉降缝。主楼的框架系统由32根700×700mm钢柱组成：6层以上为500×500mm的钢柱，结构体系采用芯体与框架共同工作方法，中央芯体由18根500×500mm的钢柱组成。考虑到建筑物的整体刚度，为降低结构自振周期和减少风荷载引起的水平位移分别在第23层和顶层设置刚腰架以增加建筑物的整体刚度。以第23层为分界，该层以下芯体用钢板连接支柱形成抗水平荷载系统，该层以上则以钢支撑系统抗水平荷载．从40一43层除芯体部分钢柱间的支撑系统外，在外围框架部分也加设了钢支撑以形成一个桁架受力系统钢梁采用焊接“I”字梁，上下冀缘平面呈哑铃式,座处大，跨中小，其钢梁高度不变。钢梁上下翼缘与钢柱焊接承受节点弯矩，梁腹板与柱联结用高强螺拴，在受力时承受剪力。刚性伸臂桁架结构—它是一种增加抗弯刚度减少结构变形的好方法，在超高层建筑中，结构截面及刚度设计已不是由垂直荷重单独控制，而是由水平荷载与垂直荷载的组合荷载所控制，为此需寻求一种既能节省钢材，又能满足刚度的结构体系，刚腰架也就是在这样的情况下产生的。刚腰架是在中部核心筒体(或剪力墙)的任一高度横向水平，连接一个有弹性的刚度较大的桁架，似在中部伸出一个刚臂，使中部筒体与周边的柱联成整体。支撑筒体新锦江大酒店在初步设计时，根据水平变形的要求，计算求得结构横向侧移点刚度，定出钢柱与钢梁的断面，发现钢结构的用钢量偏大，但由于受到建筑乎面的限制，而无法采用一些更加适合高层建筑的结构形式来降低用钢量，因此利用设备层设置刚腰架来增加抵抗弯矩，以减少水平变形而收到了较好的效果。在方案比较中，如果不加刚腰架则顶点位移为332．69，位移就只有原来的90．8％，如在第7层再加一个刚腰架则顶点位移只有原来的86．9％，在作技术设计时，由于建筑有变动，在第7层无法设置刚腰架而改为在23层及顶部43层分别设置刚腰架。比较比较支撑——框筒重技派SOM建筑设计事务所是美国最大的建筑师-工程师事务所之一。早期作品受L.密斯·范·德·罗的影响很大上小下大，斜撑外露,屋顶竖有高106米的两层电视塔；每平方米耗钢量为145千克，相当于一般传统框架结构40～50层塔式建筑的用钢量。主体系InternationalstyleMordernstyle重技派建筑大开窗框筒束体系革新意义的"束筒结构体系"的典型代表大厦结构工程师是1929年出生于达卡的美籍建筑师F.卡恩。他为解决像西尔斯大厦这样的高层建筑的关键性抗风结构问题，提出了束筒结构体系的概念并付诸实践。整幢大厦被当作一个悬挑的束筒空间结构，离地面越远剪力越小，大厦顶部由风压引起的振动也明显减轻。顶部设计风压为305千克力／米2，设计允许位移（振动时允许产生的振幅）为建筑总高度的1/500，即900毫米，建成后最大风速时实测位移为460毫米。"形式随从功能"西尔斯塔所采用的框筒束，底部尺寸为68.6×68.6m，按井字形分隔成9个22．9米见方的子框筒，即框筒单元。到第51层时，减去对角线的两个框简单元，到第66层时．再减去另一对角线上的两个框筒单元，到第91层以上时，则仅保留两个框筒单元西尔斯塔楼的结构体形75英尺×75英尺的方筒周边柱子按15英尺中距排列。为了减少剪切力，只在每一处向里收缩的下两层处（设备层）设置斜角撑。随着楼层往上，组成束筒的方筒逐一收束，造型别致建筑承受的风力也相应减小。大厦的造型有如9个高低不一的方形空心筒子集束在一起，挺拔利索,简洁稳定。不同方向的立面,形态各不相同，突破了一般高层建筑呆板对称的造型手法。这种束筒结构体系是建筑设计与结构创新相结合的成果。比较建筑的高宽比为6．6。由于采用筒束体系，框筒束在设计风载下的计算层间侧移仅为760mm。塔楼的基本周期为7．8s，比世界贸易中心大楼(高412m)的基本周期(10s)还短。西尔斯大厦用钢材76000吨,每平方米用钢量比采用框架剪力墙结构体系的帝国大厦降低20％，仅相当于采用5跨框架结构的50％。框简体系具有良好的经济指标，442m高的建筑，单位建筑面积的结构用钢量仅为160kg／m2。

框筒束的构成为了抵抗“风城’的大风，保证房屋具有足够的抗推刚度，控制房屋主体结构的高宽比是必要的。然而，平面尺寸大了，外框筒的剪力滞后效应增大，框筒整体作用减弱。一般而言，当框筒结构中垂直于风力方向的翼缘框架的宽度大于45m时，筒体效果将显著降低。框筒束的概念，就是在房屋内部，沿纵向和横向各设置两道密排柱框架，将一个大框筒分隔成9个相连的小框筒。计算结果表明，剪力滞后效应降低到很小数值，提高了框筒的整体性。减少了框筒翼缘框架的无支承宽度，框筒的整体刚性得到了保证。西尔斯塔楼束筒结构平面吊装组合件“树状柱”工字柱腹板平行于框架需要指出的是，当框架采用工字形截面时，因为工字形截面在两个主轴方向的惯性矩大小悬殊，从提高框筒的刚度和承哉力出发，需要将工字形情的腹板，在框架所在的平面内。因为就抵抗水平荷载而言，框架筒体的作用相当于带孔薄墙筒体，不论是腹板框架还是翼缘框架．主要受力面部是沿着框架所在的平面，平面外很少受力．柱在平面外的稳定性也因各层楼板的横向支承而不成问题，所以，当框架柱不是采用方管截面，而是矩形管状截面或者工字形截面时，就应该将具有较大截面惯性矩的方向设置在框架平面内。加强层为进一步提高框简束的竖向剪切刚度，每隔若干楼层，利用大楼的设备层，沿各框架平面，设置带状的加劲衍架。因为帽桁架比腰桁架的作用更强，而设备层一般均能布置在每个框筒单元中止的顶层．在第66层和第90层布置的设备层。在这两层设置的加劲桁架．对中止的框简单元来说，就是帽桁架，其效果将优于设置在中间楼层的腰桁架。美国芝加哥的“宏伟里程“大厦，平面为狭长的L形，而且左、中、右三部分的高度相差很大．分别为57层、49层和22层。最后决定采用框筒束体系，从而妥善地解决了建筑外观、使用功能、结构受力、控制造价等问题。框筒束成功地用于复杂体形高层建筑的抗侧力体系。复杂体形建筑的框筒束体系框筒束与竖向支撑并用体系联合银行塔楼，高296m，平面由两个1／4圆形框筒反对称组合而成．框简密排柱的间矩为4.6m。在每个1／4圆筒的中部，还布置一列竖向支撑，并每隔若干楼层设置伸臂桁架和外围桁架，加强内部竖向支撑与外围框筒的刚性连接，以提高竖向支撑与外框筒的共同工作，减小框筒的剪力滞后效应。巨型空间桁架风格立体桁架firstcompositemegastructurespaceframehigh-risebuilding.

钢结构复杂的三维连接处理办法香港，为纽约风两倍，汉考，落物风水中环视景风力作用（汉考克，落下构件）转换层标准层原方案减小底部剪力，底部6层梁脱开（变形值小，可以放大）8,816sqm另一座高层Thecoreframeatthecentreofthebuilding.Thiscoremeasuresroughly25mx25m,and