超高層建筑結(jié)構(gòu)分析

1、一、國(guó)內(nèi)一、國(guó)內(nèi)( (超超) )高層建筑的發(fā)展簡(jiǎn)史以及發(fā)展現(xiàn)狀高層建筑的發(fā)展簡(jiǎn)史以及發(fā)展現(xiàn)狀 由于歷史的原因，(超)高層建筑在國(guó)內(nèi)出現(xiàn)得較晚，大約20世紀(jì)20年代才在少數(shù)幾個(gè)城市開始出現(xiàn)高層建筑。 至于它在國(guó)內(nèi)成規(guī)模和成系統(tǒng)的發(fā)展，其實(shí)也就自上個(gè)世紀(jì)80年代末90年代初才逐漸開始的，到今天為止僅僅30年左右的時(shí)間。所以，與國(guó)外(超)高層建筑的發(fā)展史相比，國(guó)內(nèi)的發(fā)展史在時(shí)間跨度上較短，在發(fā)展脈絡(luò)上顯得不連貫，并有斷層現(xiàn)象的存在。 直到1976年，國(guó)內(nèi)建成了第一幢超過100米的超高層建筑，它就是廣州的白云賓館，樓高112米。 20世紀(jì)80年代以來，隨著改革開放的不斷深入，建筑業(yè)也隨著發(fā)展的大浪潮呈

2、現(xiàn)出了史無前例的一派景象。 1985年，150多米高的深圳國(guó)貿(mào)大廈以“三天一層”的深圳速度首開大陸超高層建筑建設(shè)的浪潮;1990年，北京京廣中心突破200米;1996年，深圳地王大廈以“九天四層樓”的新深圳速度將大樓拔高到384米;1998年，金茂大廈以420. 5米的高度躍居當(dāng)時(shí)的世界第三和中國(guó)第一。 今天，這些記錄還在被不斷地被刷新著，2004年臺(tái)北101大樓的建成一舉以508米的高度奪得當(dāng)時(shí)“世界第一高樓”的稱號(hào)，而2008年上海環(huán)球金融中心也以492米的高度奪得中國(guó)內(nèi)陸“第一高樓”的稱號(hào)。目前在建的上海中心高度為632m，建成后將成為中國(guó)第一高樓。二、目前世界高層著名建筑簡(jiǎn)介二、目前世

3、界高層著名建筑簡(jiǎn)介 （1）哈利法塔（迪拜塔）【動(dòng)土?xí)r間】 2004年9月21日【封頂時(shí)間】 2009年10月【使用時(shí)間】 2010年1月4日【建筑高度】 總高度： 828米（2,684英尺）【建筑用途】 綜合 【建筑層數(shù)】 162層【結(jié)構(gòu)形式】 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)【抗震能力】 6.3級(jí)地震【建筑造價(jià)】 105億（RMB）【占地面積】 34.4公頃【設(shè)計(jì)單位】 SOM-阿德里安史密斯【建筑溫差】 底層-頂層： -10【開發(fā)單位】 伊瑪爾地產(chǎn)【施工單位】 中國(guó)南通六建、韓國(guó)三星工程、 BESIX、 Arabtec (2)臺(tái)北101臺(tái)北101（Taipei 101），在規(guī)劃階段初期原名臺(tái)北國(guó)際金融中心，

4、地上101層，極點(diǎn)高度508米，是目前世界第二高樓（2010年）。位于臺(tái)灣臺(tái)北市，由建筑師李祖原設(shè)計(jì)，KTRT團(tuán)隊(duì)建造。工程結(jié)構(gòu)為了因應(yīng)高空強(qiáng)風(fēng)及臺(tái)風(fēng)吹拂造成的搖晃大樓內(nèi)設(shè)置了“調(diào)諧質(zhì)塊阻尼器”（tuned mass damper，又稱“調(diào)質(zhì)阻尼器”），是在88至92樓掛置一個(gè)重達(dá)660公噸的巨大鋼球，利用擺動(dòng)來減緩建筑物的晃動(dòng)幅度。（3）上海環(huán)球金融中心【開工日期】 ：1997年年初；2003年2月工程復(fù)工?！究⒐と掌凇?： 2008年8月29日。【占地面積】 ： 14,400 m2 。【建筑面積】 ： 381,600 m2 。【建筑層數(shù)】 ： 地上101層、地下3層 ?！窘ㄖ叨取?： 4

5、92米 ?！窘Y(jié)構(gòu)形式】 ： 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（SRC結(jié)構(gòu)）、 鋼結(jié)構(gòu)（S結(jié)構(gòu)）。 【建筑造價(jià)】 ： 1050億日元?！就顿Y單位】 ： 森海外株式會(huì)社 （Forest Overseas Co., Ltd.） ?！窘ㄖO(shè)計(jì)】 ： KPF建筑師事務(wù)所 。【結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)】 ： 籟思理羅伯遜聯(lián)合股份有限公司(LERA) 。（4）吉隆坡石油雙塔【建設(shè)地點(diǎn)】：吉隆坡市中市KLCC計(jì)劃區(qū)的西北角【開工時(shí)間】：1993年12月27日【竣工時(shí)間】：1996年2月13日【占地面積】：40公頃【建筑高度】：452米【建筑層數(shù)】：88層【結(jié)構(gòu)形式】：高軋制鋼梁支托的金屬板，鋼筋混 凝土【建筑造價(jià)】：20億馬幣【投資單位】：馬

6、來西亞石油公司【設(shè)計(jì)單位】：凱撒培禮建筑事務(wù)所西澤配利【建設(shè)用途】：辦公【別稱】：佩重納斯大廈、馬來西亞國(guó)家石油大廈、國(guó)家石油雙塔、雙子塔 （5）金茂大廈【開工日期】：1994年5月10日【竣工日期】：1999年3月18日【占地面積】：2.3公頃 【建筑面積】：29萬平方米 【建筑層數(shù)】：地上88層，地下3層【建筑高度】：420.5米【結(jié)構(gòu)形式】：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)【建筑造價(jià)】：50億【投資單位】：中國(guó)金茂（集團(tuán)）股份有限公司【建筑設(shè)計(jì)】：美國(guó)芝加哥SOM設(shè)計(jì)事務(wù)所【英文名稱】：Jinmao Building 三、國(guó)內(nèi)部分超高層結(jié)構(gòu)介紹三、國(guó)內(nèi)部分超高層結(jié)構(gòu)介紹 項(xiàng)目名稱項(xiàng)目名稱上海中心上海中心深

7、圳平安金融深圳平安金融中心中心上海環(huán)球金融上海環(huán)球金融中心中心深圳京基金融深圳京基金融中心中心建筑高度(m)632597492439樓層數(shù)12411810198結(jié)構(gòu)類型巨型框架-核心筒-伸臂桁架巨型框架-核心筒-巨型斜撐-伸臂桁架巨型框架-核心筒-巨型斜撐-伸臂桁架巨型框架-核心筒-巨型斜撐-伸臂桁架建筑平面 長(zhǎng)X寬(m)64.34X64.3456.3X56.357.6X57.640X40建筑高寬比(m)9.810.68.5410.9核心筒墻厚(mm)1200150016001900外框柱截面(mm)3700X53003200X6525異形巨柱2700X3900加強(qiáng)桁架數(shù)目6433投資（億元）

8、14895.57350項(xiàng)名稱項(xiàng)名稱廣州珠江新城廣州珠江新城西塔西塔南京河西蘇寧南京河西蘇寧廣場(chǎng)廣場(chǎng)武漢中心武漢中心建筑高度(m)432400401樓層數(shù)1039888結(jié)構(gòu)類型柱斜交網(wǎng)格外筒+鋼筋混凝土內(nèi)筒的筒中筒巨柱框架-核心筒-伸臂桁架巨柱框架-核心筒-伸臂桁架建筑平面 長(zhǎng)X寬(m)40X407647.3X47.3建筑高寬比(m)6.59.58.5核心筒墻厚(mm)110011001300外框柱截面(mm)1600X352520X1002400X45加強(qiáng)桁架數(shù)目/43投資（億元）60/廣州珠江新城西塔廣州珠江新城西塔+=P127P127廣州珠江新城西塔廣州珠江新城西塔辦公標(biāo)準(zhǔn)層平面廣州珠江新

9、城西塔廣州珠江新城西塔酒店客房標(biāo)準(zhǔn)層平面v廣州西塔修長(zhǎng)挺拔，高寬比達(dá)廣州西塔修長(zhǎng)挺拔，高寬比達(dá)6.56.5，平面為，平面為類三角形，外周邊由六段曲率不同的圓弧構(gòu)類三角形，外周邊由六段曲率不同的圓弧構(gòu)成；立面由首層至成；立面由首層至3131層外凸，層外凸，3131層至層至103103層層內(nèi)收，剖面外輪廓也呈弧線。西塔外周邊共內(nèi)收，剖面外輪廓也呈弧線。西塔外周邊共3030根鋼管混凝土斜柱于空間相貫，節(jié)點(diǎn)層間根鋼管混凝土斜柱于空間相貫，節(jié)點(diǎn)層間距離距離27m27m；7373層以下每節(jié)點(diǎn)層間分層以下每節(jié)點(diǎn)層間分6 6層，層高層，層高4.5m4.5m；其余分；其余分8 8層，層高層，層高3.375m3.

10、375m。v廣州珠江新城西塔廣州珠江新城西塔 結(jié)構(gòu)體系分析結(jié)構(gòu)體系分析1.1抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系 采用采用巨型鋼管混凝土柱斜交網(wǎng)格外筒巨型鋼管混凝土柱斜交網(wǎng)格外筒+鋼筋混凝土鋼筋混凝土內(nèi)筒的筒中筒體系內(nèi)筒的筒中筒體系。69層以上，由于建筑使用功層以上，由于建筑使用功能的需要，取消了核心筒的內(nèi)墻，僅保留部分核能的需要，取消了核心筒的內(nèi)墻，僅保留部分核心筒外墻并向內(nèi)傾斜，電梯井道移至核心筒外，心筒外墻并向內(nèi)傾斜，電梯井道移至核心筒外，形成巨型鋼管混凝土柱斜交網(wǎng)格外筒形成巨型鋼管混凝土柱斜交網(wǎng)格外筒+剪力墻結(jié)剪力墻結(jié)構(gòu)體系。水平荷載（包括風(fēng)荷載和地震作用）產(chǎn)構(gòu)體系。水平荷載（包括風(fēng)荷載和地震

11、作用）產(chǎn)生的傾覆力矩大部份由斜交網(wǎng)格柱外筒斜柱的軸生的傾覆力矩大部份由斜交網(wǎng)格柱外筒斜柱的軸力承擔(dān)，基底剪力大部份由鋼筋混凝土內(nèi)筒承擔(dān)力承擔(dān)，基底剪力大部份由鋼筋混凝土內(nèi)筒承擔(dān)。v廣州西塔斜交網(wǎng)格外筒的組成包括：、豎向構(gòu)廣州西塔斜交網(wǎng)格外筒的組成包括：、豎向構(gòu)件件以一定角度相交的斜柱；、水平構(gòu)件以一定角度相交的斜柱；、水平構(gòu)件沿外周邊布置、連接網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的環(huán)梁及沿外周沿外周邊布置、連接網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的環(huán)梁及沿外周邊布置、支承于斜柱的樓面梁。斜交網(wǎng)格筒體的邊布置、支承于斜柱的樓面梁。斜交網(wǎng)格筒體的幾何構(gòu)成決定了它抵抗水平力的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，側(cè)向幾何構(gòu)成決定了它抵抗水平力的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，側(cè)向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度也遠(yuǎn)優(yōu)于框

12、筒，但豎向剛度比框剛度和扭轉(zhuǎn)剛度也遠(yuǎn)優(yōu)于框筒，但豎向剛度比框筒稍差。水平力由斜柱的軸向力平衡，傾覆力矩筒稍差。水平力由斜柱的軸向力平衡，傾覆力矩引起的豎向力也由交于節(jié)點(diǎn)的斜柱的軸力平衡。引起的豎向力也由交于節(jié)點(diǎn)的斜柱的軸力平衡。v斜柱中彎矩產(chǎn)生的原因：一是節(jié)間的豎向荷載，斜柱中彎矩產(chǎn)生的原因：一是節(jié)間的豎向荷載，并與斜柱的交角和層高相關(guān)；二是網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的水并與斜柱的交角和層高相關(guān)；二是網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的水平位移，相鄰層間節(jié)點(diǎn)水平位移差越大，斜柱的平位移，相鄰層間節(jié)點(diǎn)水平位移差越大，斜柱的柱端彎矩越大。網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)水平位移的大小除取決柱端彎矩越大。網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)水平位移的大小除取決于斜柱軸力、平面內(nèi)的交角和平面外的

13、折角外，于斜柱軸力、平面內(nèi)的交角和平面外的折角外，還取決于網(wǎng)格筒環(huán)梁、內(nèi)外筒間的拉梁和樓板的還取決于網(wǎng)格筒環(huán)梁、內(nèi)外筒間的拉梁和樓板的軸向剛度。節(jié)點(diǎn)的水平約束越強(qiáng)，斜柱截面的剪軸向剛度。節(jié)點(diǎn)的水平約束越強(qiáng)，斜柱截面的剪力和彎矩越小，同時(shí)，結(jié)構(gòu)的豎向剛度越大。力和彎矩越小，同時(shí)，結(jié)構(gòu)的豎向剛度越大。v計(jì)算分析表明，西塔的層高不大，斜柱的交角也計(jì)算分析表明，西塔的層高不大，斜柱的交角也不大，由不大，由13.6313.6334.0934.09，自重引起的彎矩也，自重引起的彎矩也不大；對(duì)各節(jié)點(diǎn)層施加了體外預(yù)應(yīng)力，阻止了豎不大；對(duì)各節(jié)點(diǎn)層施加了體外預(yù)應(yīng)力，阻止了豎向荷載作用下網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的向外水平位移，大大

14、減向荷載作用下網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的向外水平位移，大大減少了斜柱的柱端彎矩和剪力，提高了結(jié)構(gòu)的豎向少了斜柱的柱端彎矩和剪力，提高了結(jié)構(gòu)的豎向剛度。不論是豎向還是水平荷載，斜柱的主要內(nèi)剛度。不論是豎向還是水平荷載，斜柱的主要內(nèi)力是軸力，剪力和彎矩均很小。力是軸力，剪力和彎矩均很小。v鋼管混凝土柱軸向剛度大，承載力高，延性好，鋼管混凝土柱軸向剛度大，承載力高，延性好，以軸力的形式來抵抗風(fēng)荷載和地震作用產(chǎn)生的水以軸力的形式來抵抗風(fēng)荷載和地震作用產(chǎn)生的水平力和傾覆力矩，正好發(fā)揮了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的平力和傾覆力矩，正好發(fā)揮了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，十分高效。此外，由于斜柱底端彎矩、扭優(yōu)勢(shì)，十分高效。此外，由于斜柱底端彎

15、矩、扭矩很小，即使釋放支座處矩很小，即使釋放支座處X X、Y Y、Z Z三個(gè)方向的轉(zhuǎn)角三個(gè)方向的轉(zhuǎn)角約束，結(jié)構(gòu)自振頻率的變化甚微，即斜柱支座剛約束，結(jié)構(gòu)自振頻率的變化甚微，即斜柱支座剛接或鉸接對(duì)結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和構(gòu)件內(nèi)力的影響很接或鉸接對(duì)結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和構(gòu)件內(nèi)力的影響很小，這就可以簡(jiǎn)化支座的設(shè)計(jì)和構(gòu)造小，這就可以簡(jiǎn)化支座的設(shè)計(jì)和構(gòu)造。鋼管混凝土外筒斜柱斷面尺寸：鋼管混凝土外筒斜柱斷面尺寸：從基底開始，鋼管直徑從基底開始，鋼管直徑1800mm1800mm，壁厚，壁厚35mm35mm，每，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)層直徑縮小一個(gè)節(jié)點(diǎn)層直徑縮小50mm50mm或或100mm100mm，至頂層鋼管，至頂層鋼管直徑直徑7

16、00 mm700 mm，壁厚，壁厚20mm20mm。核心筒外墻厚：核心筒外墻厚：地下室地下室1100mm1100mm，出地面，出地面1000mm1000mm，沿高度方向逐，沿高度方向逐漸減薄至酒店層下層漸減薄至酒店層下層500mm500mm；酒店層以上；酒店層以上4 4層層350mm350mm，其余，其余300mm300mm；核心筒內(nèi)墻厚：核心筒內(nèi)墻厚：500mm500mm。1.21.2、樓蓋結(jié)構(gòu)體系、樓蓋結(jié)構(gòu)體系首層以下及核心筒內(nèi)采用鋼筋混凝土梁板，首層以下及核心筒內(nèi)采用鋼筋混凝土梁板，板厚板厚130130200mm200mm。內(nèi)外筒之間采用鋼混。內(nèi)外筒之間采用鋼混凝土組合樓蓋，梁跨度約凝土

17、組合樓蓋，梁跨度約8 815m15m，工字鋼，工字鋼梁高一般為梁高一般為450mm450mm，跨度較大處加高至，跨度較大處加高至600mm600mm；辦公樓層板厚一般為；辦公樓層板厚一般為110mm110mm，酒店，酒店樓層板厚一般為樓層板厚一般為130mm130mm，板跨度較大處局，板跨度較大處局部加厚。部加厚。 1.31.3、基礎(chǔ)、基礎(chǔ)主塔樓位置基礎(chǔ)底板已到達(dá)中微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖主塔樓位置基礎(chǔ)底板已到達(dá)中微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層。考慮到部分柱位下巖石裂隙較發(fā)育，采用人層?？紤]到部分柱位下巖石裂隙較發(fā)育，采用人工挖孔樁（墩）基礎(chǔ)，持力層均為微風(fēng)化粉砂巖工挖孔樁（墩）基礎(chǔ)，持力層均為微風(fēng)化粉砂巖或礫巖

18、，設(shè)計(jì)要求巖樣天然濕度單軸抗壓強(qiáng)度不或礫巖，設(shè)計(jì)要求巖樣天然濕度單軸抗壓強(qiáng)度不小于小于13MPa13MPa。樁徑。樁徑32004800mm32004800mm，樁長(zhǎng)約，樁長(zhǎng)約613m613m。單樁豎向承載力特征值為單樁豎向承載力特征值為110000kN247000kN110000kN247000kN。部分樁有抗拔要求，單樁抗拔承載力特征值為部分樁有抗拔要求，單樁抗拔承載力特征值為5000kN15000kN5000kN15000kN。主塔樓位置基礎(chǔ)底板厚主塔樓位置基礎(chǔ)底板厚2.5m2.5m。 1.41.4、主要結(jié)構(gòu)用料、主要結(jié)構(gòu)用料鋼材：鋼材： Q345BQ345B除節(jié)點(diǎn)外的外筒鋼管混凝土斜柱，

19、除節(jié)點(diǎn)外的外筒鋼管混凝土斜柱，樓蓋鋼梁及其他鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件樓蓋鋼梁及其他鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件 Q345GJCQ345GJC節(jié)點(diǎn)部分的鋼管、橢圓拉板及節(jié)點(diǎn)部分的鋼管、橢圓拉板及加強(qiáng)環(huán)板加強(qiáng)環(huán)板 18601860級(jí)高強(qiáng)低松弛鋼絞線節(jié)點(diǎn)層體外預(yù)級(jí)高強(qiáng)低松弛鋼絞線節(jié)點(diǎn)層體外預(yù)應(yīng)力索應(yīng)力索1.41.4、主要結(jié)構(gòu)用料、主要結(jié)構(gòu)用料混凝土：混凝土： C50C50樁及基礎(chǔ)底板樁及基礎(chǔ)底板 C80C50C80C50核心筒及剪力墻核心筒及剪力墻 C70C60C70C60外筒鋼管混凝土斜柱外筒鋼管混凝土斜柱 C90C60C90C60外筒鋼管混凝土斜柱節(jié)點(diǎn)外筒鋼管混凝土斜柱節(jié)點(diǎn) C40C35C40C35樓板樓板 上海中心上海中心上海中心上海中心深圳平安金融中心深圳平安金融中心深圳平安金深圳平安金融中心融中心上海環(huán)球金融中心上海環(huán)球金融中心上海環(huán)球金融中心上海環(huán)球金融中心深圳京基金融中心深圳京基金融中心南京河西蘇寧廣場(chǎng)南京河西蘇寧廣場(chǎng)武漢中心武漢中心武漢中心武漢中心武漢中心武漢中心三、超高層建筑結(jié)構(gòu)總結(jié)三、超高層建筑結(jié)構(gòu)總結(jié) 從以上著名實(shí)例可見，超高層建筑結(jié)構(gòu)體系具有從以上著名實(shí)例可見，超高層建筑結(jié)構(gòu)體系