西爾斯大廈案例分析

1、 案例分析西爾斯大廈 建筑設(shè)計和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的突破項目概況建筑設(shè)計：som當(dāng)前名稱：韋萊大廈（willis tower ）（2009年后）原名稱：西爾斯大廈（sears tower）（1973-2009）地點：美國，芝加哥（233 s. wacker drive chicago, illinois united states）竣工時間：1973年建筑面積：418,064 m2（4,455,844 ft2）層數(shù)：110層（按標(biāo)準(zhǔn)計為108層）（地下三層）結(jié)構(gòu)：束筒結(jié)構(gòu)（用鋼量 161 kg/m2）高度：1,450英尺（442.1米）高度（含天線）：1,730英尺（520米）世界最高紀(jì)錄保持時間：19

2、73 - 1998結(jié)構(gòu)工程師：fazlur rahman khan個人筆記： 西爾斯造型運用高層建筑退臺的設(shè)計手法，不僅解決了抗風(fēng)壓的難題，還塑造了幾何雕塑感的建筑形象。 束筒結(jié)構(gòu)的使用，讓它在同時代的高層建筑中脫穎而出，還讓建筑獲得了無柱大空間的使用。形體生成和結(jié)構(gòu) 設(shè)計背景： 鋼鐵和電梯技術(shù)推動著美國高層建筑的熱潮 這批建筑普遍使用鋼材，結(jié)構(gòu)體系未能突破框架結(jié)構(gòu)和框架支撐結(jié)構(gòu)兩種形式。 同期代表建筑特點：（總結(jié)采用的結(jié)構(gòu)體系在建筑高度無法突破，平面難有無柱式大空間）帝國大廈1框架及框架支撐結(jié)構(gòu)體系的極限高度。2底面積130米*60米，采用5.4*7米的等間柱網(wǎng)。3建筑102層漢考克中心1外

3、框柱，斜撐，橫梁構(gòu)成巨大的桁架筒體結(jié)構(gòu)3建筑100層形體生成和結(jié)構(gòu) 設(shè)計出發(fā)點：探求可以讓建筑建得更高的結(jié)構(gòu)體系，讓西爾斯大廈成為城市的地標(biāo)性建筑。探求建筑平面不斷變小得設(shè)計方案，一半租賃，一半自用。 設(shè)計難題：1 如何建得更高？ 2 如何建得高，而且鳳吹不倒？ 3 平面如何不斷變小？ 設(shè)計靈感：橫截面小的比橫截面大的易折斷單根筷子，橫截面小，抗彎截面系數(shù)小，破壞強度小，臨界載荷也小。易折斷。一捆筷子，橫截面大，抗彎截面系數(shù)變大，破壞強度變大，臨界載荷也變大。難折斷。思考類推：單根筷子比一捆筷子更容易立起來，抵抗側(cè)向力的能力強，不容易倒形體生成和結(jié)構(gòu)設(shè)計靈感：降低風(fēng)壓并且達(dá)到讓平面逐漸變小的設(shè)

4、計意圖形體上采用束筒結(jié)構(gòu)，將九個截面相同的方形框筒集束而成，平面隨層數(shù)增加而分段收縮。在51層以上切去兩個對角正方形，67層以上切去另外兩個對角正方形，91層以上又切去三個正方形，只剩下兩個正方形到頂，形成了各層不同形式的平面形體生成和結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)原理分析（如何做到的呢？）西爾斯大廈設(shè)計的兩大突破：n大廈用鋼材76000噸，即1.62公斤/平方米。每平方米用鋼量比采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系的帝國大廈降低20%，僅相當(dāng)于采用5跨框架結(jié)構(gòu)的50%。n大廈頂部設(shè)計風(fēng)壓為305千克力/m2，設(shè)計允許位移（振動時允許產(chǎn)生的振幅）為建筑總高度的1/500，即900毫米，建成后最大風(fēng)速時實測位移為460毫米。解決像

5、西爾斯大廈這樣的高層建筑的關(guān)鍵性抗風(fēng)結(jié)構(gòu)問題西爾斯大廈的平面較大，設(shè)計為減小外部墻體對外力的變形，平面按模數(shù)網(wǎng)格布置，使多個框架筒體和內(nèi)部橫縱剪力墻形成筒體組合群。大大增加了建筑的剛度和抵抗側(cè)向力的能力。整幢大廈被當(dāng)作一個懸挑的束筒空間結(jié)構(gòu)，離地面越遠(yuǎn)剪力越小，大廈頂部由風(fēng)壓引起的振動也明顯減輕。形體生成和結(jié)構(gòu) 大廈的九個束筒的八榀框架結(jié)構(gòu)模型可以等效為八片均質(zhì)的正交板，束筒結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)就變成了八塊各向的異行板和角柱組成的實腹薄壁筒束筒結(jié)構(gòu)工作原理：結(jié)構(gòu)受到水平力彎曲時，平面內(nèi)剛度大的樓蓋將約束內(nèi)服腹板框架和外側(cè)的一起彎曲，極大的減輕各框筒柱軸力受剪力滯后而出現(xiàn)的受力不均。結(jié)構(gòu)性能增強。側(cè)向風(fēng)力下

6、，軸網(wǎng)柱如圖所示。形體生成和結(jié)構(gòu) 分析：建筑的收筒意味著剛度的突變，為抵抗風(fēng)荷載和地震作用，用加強結(jié)構(gòu)腰桁架進行剛度補強，以減小水平的側(cè)移。除此外觀上能起到簡單裝飾的作用。轉(zhuǎn)換層腰桁架腰桁架結(jié)構(gòu)細(xì)部形體生成和結(jié)構(gòu) 外形設(shè)計上采用逐漸收的，即150層為9個寬度為22.9米的方形筒體組成的正方形平面；5166層截去一對對角方筒單元；6790層再截去另一對對角方筒單元，形成十字形；91110層由兩個方筒單元直升到頂。這樣做有三點好處：n上部結(jié)構(gòu)的某些單筒適當(dāng)減少，可減小高層建筑上部的受風(fēng)面積，并且擾亂大氣氣流，使產(chǎn)生的渦流對高層建筑的搖擺振動減小，從而有效地減小風(fēng)力產(chǎn)生的側(cè)向移動n可以使建筑獲得不同

7、高度，獲得不同形式的無柱大空間，適應(yīng)不同公司，不同形式的活動。n大廈的造型有如9個高低不一的方形筒體集束在一起，挺拔利索，簡潔穩(wěn)定，營造了不同層級的外形，不同方向的立面形態(tài)各不相同，突破了一般高層建筑呆板對稱的造型手法。如圖所示從城市不同角度下的建筑形象。不同形式的空間不同角度的形態(tài)形體生成和結(jié)構(gòu)關(guān)于束筒結(jié)構(gòu)的優(yōu)點總結(jié)：n側(cè)向剛度大，允許建筑達(dá)到很高的高度n結(jié)構(gòu)體系的模塊可以在任意高度予以削弱，在減小橫截面積的同時結(jié)構(gòu)的整體性可以繼續(xù)保持，因此建筑立面布置相對靈活。n若干個筒體的并聯(lián)，共同承擔(dān)水平荷載，可以看成若干個框筒之間夾了些框架隔板，由于這種雙向隔墻的加強作用，束筒結(jié)構(gòu)的剪力滯后現(xiàn)象明顯

8、較框筒結(jié)構(gòu)有改善。越秀財富中心哈利法塔建筑表皮材料和立面形式n輕質(zhì)的建筑表皮由黑色鋁材和青銅色防眩光玻璃構(gòu)成起到內(nèi)外部結(jié)構(gòu)間的隔熱作用，旨在維持相對恒定的溫度，從而盡可能減少框架熱脹冷縮的情況。n表皮沿用“芝加哥”學(xué)派的立面做法，橫向長窗，加強腰桁架，和豎向的鋼柱，表現(xiàn)了建筑挺拔向上的姿態(tài)。趣味觀景臺這個觀景臺設(shè)計的初始是沒有的，業(yè)主在觀景樓層進行改造，設(shè)計了可以伸縮的微型觀景窗口，在這里游客可以感受在大風(fēng)天的搖擺。在晴朗天，他們可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)地看到伊利諾伊州的平原，密歇根湖到印第安納州，密歇根州和威斯康星州的美景。還蠻有意思的。西爾斯大廈和世貿(mào)中心的結(jié)構(gòu)對比分析世貿(mào)中心是西爾斯之前的最高建筑，采用的是密柱深梁 的鋼框架筒體作為主要抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系。但在9.11事件中，由于結(jié)構(gòu)筒壁在側(cè)向荷載作用下的剪力滯后效應(yīng)的影響，內(nèi)筒壁剛度低，樓蓋梁無法承受建筑倒塌的荷載等因素，故撞擊后發(fā)生連續(xù)倒塌西爾斯成束筒結(jié)構(gòu)體系和世貿(mào)中心的單筒結(jié)構(gòu)體系比較n成束框架筒是一組筒體，由共同的內(nèi)筒壁相互連接，形成多格筒體，即束筒的“腹板”增強，在側(cè)向荷載的作用下剪力滯后效應(yīng)減少，各立柱的不均勻力也減少，相比單個框架筒更接近于實壁筒體n由于成束框架筒的