超高层建筑的结构

第九组制作人：艾方燚、黄步青、宗文娟、张卿睿、王定城、赵维灿、王学杰、刘泽楠、宋倩倩、超高层建筑结构案例分析

——金茂大厦迪拜（哈利法塔，828米）一、超高层建建筑广州塔（中国，600米）台北101（中国，508米）上海环球金融中心（中国，492米）金茂大厦（中国，421米）吉隆坡国家石油双塔（马来西亚，452米）南京紫峰大厦（中国，450米）芝加哥西尔斯大厦（美国，442米）我国《民用建筑设计通则》GB50352—2005规定：建筑高度超过100m时，不论住宅及公共建筑均为超高层建筑，俗称“摩天大楼”。从古至今．人们都在追逐这种天空之城的梦想，都想感受到“危楼高百尺，手可摘星辰”的乐趣。而随着城市化进程的加快．人们的梦想终于得以实现：“鹤立鸡群”的摩天大楼在全球城市建筑中拔地而起。什么是超高层建筑?

超高层基础采用深基础。由于建筑高，体量大，支撑高层的地基必须达到足够的强度，所以多采用深基础，持力层嵌入微风化岩层。超高层地下室深度大、层数多、面积大。一是要满足建筑功能方面的要求，比如人防面积、停车位数量等；二是要解决在施工过程中的结构抗浮问题超高层建筑的结构难点（1）框架—剪力墙结构框架—剪力墙结构，又称框剪结构，框架-剪力墙结构体系是指由框架和剪力墙共同作为竖向承重结构的多(高)层房屋结构体系。它是在框架纵、横方向的适当位置，在柱与柱之间设置几道钢筋混凝土墙体(剪力墙)。在这种结构中，框架与剪力墙协同受力，剪力墙承担绝大部分水平荷载，框架则以承担竖向荷载为主，这样，可以减少柱子的截面。剪力墙在一定程度上限制了建筑平面布置的灵活性。框架-剪力墙结构体系则充分发挥框架和剪力墙各自的特点，既能获得大空间的灵活空间，又具有较强的侧向刚度。所以这种结构形式在房屋设计中比较常用。这种体系一般用于办公楼、旅馆、住宅以及某些工艺用房。框架一剪力墙结构，一般用于25层以下房屋结构。超高层建筑的结构体系

（2）剪力墙结构剪力墙结构是由纵向、横向的钢筋混凝土墙所组成的结构，即结构采用剪力墙的结构体系。墙体除抵抗水平荷载和竖向荷载外，还对房屋起围护和分割作用。剪力墙结构优点是整体性好，侧向刚度大，适宜做较高的高层建筑，水平力作用下侧移小，并且由于没有梁、柱等外露构件，可以不影响房屋的使用功能。缺点是由于剪力墙位置的约束，使得建筑内部空间的划分比较狭小，不能提供大空间房屋，结构延性较差。因此较适宜用于宾馆与住宅。全剪力墙结构常用于25～30层结构。（3）筒体结构筒体结构是用钢筋混凝土墙围成侧向刚度很大的筒体的结构形式。筒体在侧向风荷载的作用下，它的受力特点就类似于一个固定在基础上的筒形的悬臂构件。迎风面将受拉，而背风面将受压。筒式结构可分单筒、筒中筒体系、桁架筒体系、成束筒体系等。筒体可以为剪力墙，也可以采用密柱框架;也可以根据实际需要采用数量不同的筒。筒体结构多用于高层或超高层公共建筑中。筒式结构则用于30层以上的超高层房屋结构，经济高度以不超过80层为限。1、金茂大厦简介（JinMaoTower），又称金茂大楼，位于上海浦东新区黄浦江畔的陆家嘴金融贸易区，楼高420.5米，是上海第3高的摩天大楼（截至2013年）、中国大陆第3高楼、世界第8高楼。大厦于1994年开工，1999年建成，有地上88层，若再加上尖塔的楼层共有93层，地下3层，楼面面积27万8,707平方米，有多达130部电梯与555间客房，现已成为上海的一座地标，融汇中国塔型风格与西方建筑技术的多功能型摩天大楼，由著名的美国芝加哥SOM设计事务所的设计师AdrianSmith设计。因为中国人喜欢塔所以中国才把金茂大厦设计成这样。案例——金茂大厦地基结构特点主楼的基础为桩筏基础．八角形，相当于59．32mx59．32m的方形基础。筏板厚4m，桩基为入土82．5m的直径914mm钢管桩，429根。桩位呈八角形分布，桩距有2．7m和3．0m两种，是典型的群桩。因此，整个大楼和桩筏基础是一个共同作用的刚度很大的整体结构--砂粘土地基，且100m(328英尺)以内达不到基岩层。此外，影响结构设计之额外因素还有该地区会经常受台风袭击和发生地震。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钢结构复合结构。在大楼框架下面有一个4m厚的钢筋混凝土筏式基础及429根空心钢桩打入砂粘土层65m深。虽然该处较硬的砂粘土能提供某些承载力，大厦的支承主要依靠桩的摩阻力。地面上，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。18地基结构设计金茂大厦结构主楼的上部结构采用钢筋混凝土核心筒与钢结构外框架结合的混合结构体系。主要由核心筒、外框架、巨型钢桁架和楼板组成。核心筒的平面八角形，外包尺寸27mx27m。53层以下有井字形内墙，分隔成九格；53层以上无中间隔墙，为一个空心钢筋混凝土筒。外周边有8个混凝土大柱子，它们和钢筋混凝土心筒组成主要的抗侧力体系，角部还有8个小钢柱，主要承受竖向荷载并参与抗扭。在内筒和大柱子之间设置了3道伸缩臂桁架，位于24~26层，51~53层，85~87层，伸臂桁架是2层高的刚桁架。87层以上设置了空间钢桁架，一方面承受屋顶设备层的重力荷载，一方面加强了85~87层的伸臂，保证核心筒和外柱共同工作设置伸臂后，大大增加了结构刚度，减小了位移。8个大柱子的底部截面尺寸为1.5mx4.88m，混凝土强度为5l.7MPa，顶部减小到0.91mx3.53m混凝土截面除了配置钢筋外，两侧还配置了轻型骨架，型钢之间有斜加劲杆相连，（类似桁架式骨架），可认为是钢骨混凝土柱，但钢骨在混凝土截面中的面积比仅为o．48%，大大低于钢骨混凝土柱所要求的含钢率，因此也可认为就是钢筋混凝土柱。外伸桁架的结构特点

构件连接形式多样在核心筒部位,外伸桁架以中厚板剖口对接的形式为主。这是因为核心筒内隔墙的壁厚较薄,采用螺栓连接或销接有困难。在巨形复合柱内以高强螺栓与焊接混用,一般情况腹板用高强螺栓、上下翼缘用剖口焊。而外挑朽架部位,初装时用高强螺栓与销子连接,

终固时所有销接部位再补上高强螺栓。主要结构————核心筒外伸桁架结构体系建造过程中，业主对结构提出了修改要求，原部分构件设计是钢结构，现需改成钢筋混凝土现浇悬挑板结构，而原先主楼核心墙的梁、