西爾斯大廈案例分析PPT

1、案例分析西爾斯大廈 建筑設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的突破,項(xiàng)目概況,建筑設(shè)計(jì)：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(diǎn)：美國(guó)，芝加哥（233 S. Wacker Drive Chicago, Illinois United States） 竣工時(shí)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(jì)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

2、最高紀(jì)錄保持時(shí)間：1973 - 1998 結(jié)構(gòu)工程師：Fazlur Rahman Khan,個(gè)人筆記： 西爾斯造型運(yùn)用高層建筑退臺(tái)的設(shè)計(jì)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(shí)代的高層建筑中脫穎而出，還讓建筑獲得了無(wú)柱大空間的使用。,形體生成和結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)背景： 鋼鐵和電梯技術(shù)推動(dòng)著美國(guó)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(diǎn)：（總結(jié)采用的結(jié)構(gòu)體系在建筑高度無(wú)法突破，平面難有無(wú)柱式大空間）,帝國(guó)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

3、柱網(wǎng)。 3建筑102層,漢考克中心 1外框柱，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(jì)出發(fā)點(diǎn)：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(jì)方案，一半租賃，一半自用。 設(shè)計(jì)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?。?設(shè)計(jì)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(qiáng)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(qiáng)度變大，臨界載荷也變大。難折斷。,思考類推：?jiǎn)胃曜颖纫焕曜痈菀琢⑵饋?lái)，抵抗側(cè)向力的能力強(qiáng)，不容易倒,形體生

4、成和結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)靈感：降低風(fēng)壓并且達(dá)到讓平面逐漸變小的設(shè)計(jì)意圖,形體上采用束筒結(jié)構(gòu)，將九個(gè)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(gè)對(duì)角正方形，67層以上切去另外兩個(gè)對(duì)角正方形，91層以上又切去三個(gè)正方形，只剩下兩個(gè)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(jì)的兩大突破： 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(guó)大廈降低20%，僅相當(dāng)于采用5跨框架結(jié)構(gòu)的50%。 大廈頂部設(shè)計(jì)風(fēng)壓為305千克力/m2，設(shè)計(jì)允許位移（振動(dòng)時(shí)允許產(chǎn)生的振幅）為建筑總高度的1/50

5、0，即900毫米，建成后最大風(fēng)速時(shí)實(shí)測(cè)位移為460毫米。解決像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(wèn)題,西爾斯大廈的平面較大，設(shè)計(jì)為減小外部墻體對(duì)外力的變形，平面按模數(shù)網(wǎng)格布置，使多個(gè)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(gè)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(dòng)也明顯減輕。,形體生成和結(jié)構(gòu),大廈的九個(gè)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(shí)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(shí)，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

6、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(qiáng)。側(cè)向風(fēng)力下，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(qiáng)結(jié)構(gòu)腰桁架進(jìn)行剛度補(bǔ)強(qiáng)，以減小水平的側(cè)移。除此外觀上能起到簡(jiǎn)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(jì)上采用逐漸收的，即150層為9個(gè)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(duì)對(duì)角方筒單元；6790層再截去另一對(duì)對(duì)角方筒單元，形成十字形；91110層由兩個(gè)方筒單元直升到頂。這樣做有三點(diǎn)好處：,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

7、對(duì)高層建筑的搖擺振動(dòng)減小，從而有效地減小風(fēng)力產(chǎn)生的側(cè)向移動(dòng) 可以使建筑獲得不同高度，獲得不同形式的無(wú)柱大空間，適應(yīng)不同公司，不同形式的活動(dòng)。 大廈的造型有如9個(gè)高低不一的方形筒體集束在一起，挺拔利索，簡(jiǎn)潔穩(wěn)定，營(yíng)造了不同層級(jí)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(duì)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(diǎn)總結(jié)：,側(cè)向剛度大，允許建筑達(dá)到很高的高度 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(shí)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(duì)靈活。 若干個(gè)筒體的并聯(lián)，共同承擔(dān)水平荷載，可以看

8、成若干個(gè)框筒之間夾了些框架隔板，由于這種雙向隔墻的加強(qiáng)作用，束筒結(jié)構(gòu)的剪力滯后現(xiàn)象明顯較框筒結(jié)構(gòu)有改善。,越秀財(cái)富中心,哈利法塔,建筑表皮材料和立面形式,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(duì)恒定的溫度，從而盡可能減少框架熱脹冷縮的情況。 表皮沿用“芝加哥”學(xué)派的立面做法，橫向長(zhǎng)窗，加強(qiáng)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(tái),這個(gè)觀景臺(tái)設(shè)計(jì)的初始是沒(méi)有的，業(yè)主在觀景樓層進(jìn)行改造，設(shè)計(jì)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(duì)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(wú)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,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(qiáng)，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(gè)框架筒更接近于實(shí)壁筒體 由于成束框架