金茂大廈結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)體系分析

高層建筑（上海金茂大廈）結(jié)構(gòu)體系分析土木1301班班玄威U15###中國對高層建筑定義：中國自起要求超出10層住宅建筑和超出24米高其它民用建筑為高層建筑。（一）高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)1.鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)和建筑、設(shè)備和施工親密配合，做到安全適用、技術(shù)優(yōu)異、經(jīng)濟(jì)合理，并主動采取新技術(shù)、新工藝和新材料。2.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)重視結(jié)構(gòu)選型和結(jié)構(gòu)，擇優(yōu)選擇抗震及抗風(fēng)性能好而經(jīng)濟(jì)合理結(jié)構(gòu)體系和平、立面部署方案，并注意加強(qiáng)結(jié)構(gòu)連接。在抗震設(shè)計中，應(yīng)確保結(jié)構(gòu)整體抗震性能，使整個結(jié)構(gòu)有足夠承載力、剛度和延性。（二）高層建筑結(jié)構(gòu)體系及適用范圍

現(xiàn)在中國高層建筑基礎(chǔ)上采取鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)體系有：框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等。工程概況：金茂大廈在上海浦東陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)，工程占地面積2．3萬m2，地下三層、地上八十八層，建筑面積約29萬m2，金茂大廈建筑總高度為420．5m

金茂大廈是融辦公、商務(wù)、賓館等多功效為一體智能化高級樓宇，第3-50層為可容納10000多人同時辦公、寬大明亮無柱空間；第51-52層為機(jī)電設(shè)備層。第53-87層為世界上最高超五星級金茂凱悅大酒店，其中第56層至塔頂層關(guān)鍵筒內(nèi)是一個直徑27米,陽光可透過下班折射進(jìn)來凈空高達(dá)142米空中中庭。圍繞中庭四面是大小不等,風(fēng)格各異555間客房和各式中西餐廳等,第86層為企業(yè)家俱樂部；第87層為空中餐廳；距地面341米第88層為中國迄今最高觀光層,可容納1000多名游客,兩部速度為9.1米/秒高速電梯用45秒將觀光來賓從地下室1層直接送達(dá)觀光層,環(huán)視四面，極目眺望，上海新貌盡收眼底。裙樓部分有6層，內(nèi)設(shè)大小宴會廳、百貨商場和休閑娛樂等；6萬m2三層地下室內(nèi)設(shè)有各類大型機(jī)電設(shè)備、服務(wù)設(shè)備、地下停車庫和食街。整幢大樓如一座綜合性小區(qū)。其總投資約45億人民幣。

上海金茂大廈在長江下游沖積平原處，那不是輕易建造超高層建筑地方，該處土質(zhì)條件極差，以至于建在淺基礎(chǔ)上很多建筑最大沉降可達(dá)成254mm；永久地下水位是地面下1m之內(nèi)。地基條件很困難--砂粘土，且100m(328英尺)以內(nèi)達(dá)不到基巖層。另外，影響結(jié)構(gòu)設(shè)計之額外原因還有該地域會常常受臺風(fēng)攻擊和發(fā)生地震。臺風(fēng)季節(jié)，在建筑物頂部平均風(fēng)速在十分鐘之內(nèi)可達(dá)成201km/h。地震時地面加速度達(dá)成UBC標(biāo)準(zhǔn)地域2A。大廈采取超高層建筑史上首次利用最新結(jié)構(gòu)技術(shù)，整幢大樓垂直偏差僅2厘米，樓頂部晃動連半米全部不到，這是世界高樓中最出色，還能夠確保12級大風(fēng)不倒，同時能抗7級地震。大廈外墻由大塊玻璃墻組成，反射出似銀非銀、深淺不一、改變無窮色彩。該玻璃墻由美國進(jìn)口，每平方米500美金，玻璃分為兩層，中間有低溫傳導(dǎo)器，外面氣溫不會影響到內(nèi)部。評價地震是對金茂大廈影響。采取反應(yīng)塔樓動力特征現(xiàn)場特定反應(yīng)譜分析出最可能發(fā)生1一遇地震概率是10%，而在最大風(fēng)力和最大地震荷載作用下，該建筑桁架機(jī)器連接部位受力情況均在彈性范圍內(nèi)。結(jié)構(gòu)體系選擇及特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)工程師圍繞中心部分設(shè)計了一個鋼筋混凝土保護(hù)性結(jié)構(gòu)，往上則是高強(qiáng)度混凝土和結(jié)構(gòu)鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)。在大樓框架下面有一個4m厚鋼筋混凝土筏式基礎(chǔ)及429根空心鋼樁打入砂粘土層65m深。即使該處較硬砂粘土能提供一些承載力，大廈支承關(guān)鍵依靠樁摩阻力。地面上，鋼筋混凝土內(nèi)筒經(jīng)過外伸桁架和外檐處8根超級巨柱結(jié)合在一起，共同負(fù)擔(dān)垂直和水平荷載。金茂大廈基坑面積近2萬平方米，基坑開挖深度約20米，主樓基礎(chǔ)承臺為4米厚。13500立方米100高標(biāo)號大致積混凝土，主樓泵造混凝土高度達(dá)成382．5米，在24—26層、55～57層、85～87層有三道外伸桁架將關(guān)鍵筒和八根巨型往連接成一個整體。

工程結(jié)構(gòu)設(shè)計獨(dú)特，并獲世界結(jié)構(gòu)工程協(xié)會頒發(fā)國際建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計最高獎。金茂大廈工程采取了C60和C50高強(qiáng)度混凝土，基礎(chǔ)底板均采取C50混凝土。主樓關(guān)鍵筒從地下至31層為C60混凝土，主樓關(guān)鍵筒從32層至62層為C50混凝土。巨型柱從地下室至31層為C60混凝土，巨型柱從32層至62層為C50混凝土。C60混凝土17488立方米，C50混凝土33708立方米。其中主樓基礎(chǔ)承臺厚度4米，為13500立方米C50高標(biāo)號混凝土，并一次性連續(xù)澆搗完成。在如此大高標(biāo)號混凝土連續(xù)澆搗中，選擇合理材料及配合比設(shè)計，并采取“內(nèi)散外蓄法”養(yǎng)護(hù)，內(nèi)設(shè)冷卻水管，薄膜草包覆蓋，及電腦測溫系統(tǒng)。將混凝土內(nèi)部溫升峰值控制在100℃以內(nèi)，使內(nèi)外溫差小于25℃。加緊了混凝土內(nèi)部降溫速率，縮短了施工周期，只用了二個星期就完成了養(yǎng)護(hù)。結(jié)構(gòu)分析說明:本工程主樓結(jié)構(gòu)形式是框筒結(jié)構(gòu)，中間關(guān)鍵筒為八角形現(xiàn)澆鋼筋混凝土，在53層下內(nèi)設(shè)井字型隔墻，外側(cè)有8根鋼巨形柱和8根復(fù)合式巨形柱，在24～26層、51～53層、85～87層設(shè)3道鋼結(jié)構(gòu)外伸桁架將關(guān)鍵筒和復(fù)合巨形柱連成整體以提升塔樓側(cè)向剛度。5層裙房采取通常多層框架鋼結(jié)構(gòu)體系.

整體結(jié)構(gòu)高寬比達(dá)9:1,總用鋼量18500噸。本工程主樓、裙房和廣場地面之下全部為3層地下室，地下室為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，主樓下部為滿堂4m厚基礎(chǔ)板，裙房及廣場下部為一般筏式基礎(chǔ)。因?yàn)楸竟こ袒A(chǔ)底部采取盲溝集流，人工排水系統(tǒng)，所以基底不考慮浮力，基礎(chǔ)板相對較薄。本工程主樓樁采取900mm鋼管樁一直打到地質(zhì)結(jié)構(gòu)中第9層土，即地下83m處，裙房采取小型鋼管樁，打到第7層土。外周圍有8個混凝土大柱子，它們和鋼筋混凝土心筒組成關(guān)鍵抗側(cè)力體系，角部還有8個小鋼柱，關(guān)鍵承受豎向荷載并參與抗扭。在內(nèi)筒和大柱子之間設(shè)置了3道伸縮臂桁架，在24~26層，51~53層，85~87層，伸臂桁架是2層高剛桁架。87層以上設(shè)置了空間鋼桁架，首先承受屋頂設(shè)備層重力荷載，首先加強(qiáng)了85~87層伸臂，確保關(guān)鍵筒和外柱共同工作設(shè)置伸臂后，大大增加了結(jié)構(gòu)剛度，減小了位移。8個大柱子底部截面尺寸為1.5mx4.88m，混凝土強(qiáng)度為5l.7MPa，頂部減小到0.91mx3.53m混凝土截面除了配置鋼筋外，兩側(cè)還配置了輕型骨架，型鋼之間有斜加勁桿相連，（類似桁架式骨架），可認(rèn)為是鋼骨混凝土柱，但鋼骨在混凝土截面中面積比僅為0.48%，大大低于鋼骨混凝土柱所要求含鋼率，所以也可認(rèn)為就是鋼筋混凝土柱。外伸桁架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：構(gòu)件連接形式多樣在關(guān)鍵筒部位,外伸桁架以中厚板剖口對接形式為主。這是因?yàn)殛P(guān)鍵筒內(nèi)隔墻壁厚較薄,采取螺栓連接或銷接有困難。在巨形復(fù)合柱內(nèi)以高強(qiáng)螺栓和焊接混用,通常情況腹板用高強(qiáng)螺栓、上下翼緣用剖口焊。而外挑朽架部位,初裝時用高強(qiáng)螺栓和銷子連接,終固時全部銷接部位再補(bǔ)上高強(qiáng)螺栓。上部結(jié)構(gòu)是鋼結(jié)構(gòu)初鋼筋混凝合體，水平抵御系統(tǒng)關(guān)鍵部件包含鋼筋溫凝土關(guān)鍵筒，亥關(guān)鍵筒經(jīng)過外伸構(gòu)架同外部復(fù)合巨型性連接在剪力墻關(guān)鍵簡內(nèi)有電梯房風(fēng)機(jī)房。八角形關(guān)鍵筒墻邊中對中尺寸27m，從基礎(chǔ)一直延伸至87層。從某礎(chǔ)到87層關(guān)鍵簡端厚度為850mm-450mm，而其強(qiáng)度從C60至C40剪力墻關(guān)鍵簡內(nèi)經(jīng)過鋼結(jié)構(gòu)外伸銜架同外部復(fù)合巨型柱連接。另外外伸了架系統(tǒng)提供了一個有效水平荷載抵御力。在建筑彎曲變形情況下使結(jié)構(gòu)有效深度達(dá)成最大程度。整個系統(tǒng)就個垂在懸臂降低了風(fēng)向柱張力和背風(fēng)柱壓力。同，均勻地分重力荷載墻提供了特殊抗扭強(qiáng)度。消除了構(gòu)架系統(tǒng)和外部柱相互連接需要。外伸桁架在24-26層，51-53層及85-87層。在85-87層外伸桁架上方覆蓋有一個三維空間框架，此框架顯示出了塔形狀，這一結(jié)構(gòu)有效地傳輸關(guān)鍵筒和外部復(fù)合巨型柱之間水平荷載，該結(jié)構(gòu)還處理了同塔尖連接那部分建筑頂部局部水平系統(tǒng)問題，同時還為頂層重型設(shè)備房提供了重力荷載支撐，許可荷載傳輸?shù)街型?。用于抵御重力荷載結(jié)構(gòu)構(gòu)件包含8個鋼巨型柱及框住樓面符合寬梁及梁及桁架梁。筒體結(jié)構(gòu)體系組成和特點(diǎn)：伴隨建筑層數(shù)、高度增加和抗震設(shè)防要求提升，以平面工作狀態(tài)框架、剪力墻來組成高層建筑結(jié)構(gòu)體系，往往不能滿足要求。這時能夠由剪力墻組成空間薄壁筒體，成為豎向懸臂箱形梁，加密柱子，以增強(qiáng)梁剛度，也能夠形成空間整體受力框筒，由一個或多個筒體為主抵御水平力結(jié)構(gòu)稱為筒體結(jié)構(gòu)。通常筒體結(jié)構(gòu)有：（1）框架—筒體結(jié)構(gòu)。中央部署剪力墻薄壁筒，由它受大部分水平力，周圍部署大柱距一般框架，這種結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)類似框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在南寧市地王大廈也用這種結(jié)構(gòu)。（2）筒中筒結(jié)構(gòu)。筒中筒結(jié)構(gòu)由內(nèi)、外兩個筒體組合而成，內(nèi)筒為剪力墻薄壁筒，外筒為密柱（通常柱距小于3米）組成框筒。因?yàn)橥庵苊埽簞偠群艽?，門密洞