Sears美國西爾斯大廈結(jié)構(gòu)簡介

西爾斯大廈

結(jié)構(gòu)分析西爾斯大廈(SearsTower)是位于美國伊利諾伊州芝加哥的一幢摩天大樓，用作辦公室，SOM建筑設(shè)計事務(wù)所為當時世界上最大的零售商西爾斯百貨公司設(shè)計。樓高442.3米，共地上108層，地下3層，總建筑面積418，000平方米，底部平面68.7×68.7米，由9個22.9米見方的正方形組成。西爾斯大廈在1974年落成時曾一度是世界

上最高的大樓，并保持了世界上最高建筑物的紀錄25年。一.結(jié)構(gòu)概述大廈采用由鋼框架構(gòu)成的束筒結(jié)構(gòu)體系美籍結(jié)構(gòu)工程師FazlurKhan為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)問題，提出了束筒結(jié)構(gòu)體系的概念并付諸實踐。其外形的特點是逐漸上收的，從下部的九個方筒，直到頂部只剩下相鄰的兩個方筒單元。所有的塔樓寬度相同，但高度不一。這樣的設(shè)計既可減小風(fēng)壓，又取得外部造型的變化效果。整幢大廈被當作一個懸挑的束筒空間結(jié)構(gòu)，離地面越遠剪力越小，大廈頂部由風(fēng)壓引起的振動也明顯減輕。頂部設(shè)計風(fēng)壓為305kN/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。西爾斯大廈結(jié)構(gòu)平面布置圖束筒結(jié)構(gòu)的概念束筒結(jié)構(gòu)，即組合筒結(jié)構(gòu)。建筑平面較大時，為減小外墻在側(cè)向力作用下的變形，將建筑平面按模數(shù)網(wǎng)格布置，使外部框架式筒體和內(nèi)部縱橫剪力墻（或密排的柱）成為組合筒體群。這就大大增強了建筑物的剛度和抗側(cè)向力的能力。二.束筒結(jié)構(gòu)簡介三.結(jié)構(gòu)模型簡化與基本假定西爾斯大廈計算模型的簡化

根據(jù)連續(xù)化原理，將大廈九孔束筒的八榀框架模擬為右圖中的八片等效均質(zhì)的正交板，則束筒就變成了由八塊各向異形板和角柱圍成的等效實腹薄壁筒。結(jié)構(gòu)計算時的基本假定

1.假定九孔束筒結(jié)構(gòu)中各個模數(shù)筒之間是通過剛性樓板連接在一起的。2.筒壁所受的應(yīng)力均為平面應(yīng)力。當結(jié)構(gòu)受水平力作用而彎曲時，平面內(nèi)剛度很大的樓蓋將約束內(nèi)部腹板框架與外側(cè)腹板框架一起彎曲，這樣內(nèi)部腹板框架的存在，很大程度地減輕了框筒柱軸力由于受剪力滯后影響而呈現(xiàn)的不均勻性，使得豎向應(yīng)力更為均勻，從而結(jié)構(gòu)的性能更接近于一個普通實腹筒而不是一個框筒。四.結(jié)構(gòu)基本工作機理基于能量原理的束筒結(jié)構(gòu)簡化計算記等效實腹薄壁筒的剪切變形和縱向翹曲位移，假定縱向位移函數(shù)，引入相應(yīng)的對偶變量，建立考慮剪力滯后影響的束筒結(jié)構(gòu)受彎分析的哈密頓對偶求解體系，能方便地通過精細積分法求出束筒結(jié)構(gòu)的高精度數(shù)值解。五.束筒結(jié)構(gòu)的計算簡介西爾斯斯大廈廈的加加強層層在大廈廈沿高高度方方向發(fā)發(fā)生收筒的的樓層層處，，可見見一圈圈深色裝飾飾帶。。外觀觀上看看只是是一種簡單單裝飾飾，但但從結(jié)結(jié)構(gòu)角角度看看，它它的內(nèi)內(nèi)部是是用于于結(jié)構(gòu)加加強的的腰桁桁架。?？臻g的的收筒筒意味味著剛剛度的的突變變。為為抵抗抗風(fēng)荷載和和水平平地震震作用用，必必須用用腰桁桁架進進行剛剛度補補強，以以減小小水平平側(cè)移移。六.轉(zhuǎn)換層的設(shè)計側(cè)向剛剛度大大，允允許建建筑物物達到到很高高的高高度結(jié)構(gòu)體體系的的模塊塊可以以在任任意高高度予予以削削弱，，在減減小橫橫截面面積的的同時時結(jié)構(gòu)構(gòu)的整整體性性可以以繼續(xù)續(xù)保持持。故故建筑筑立面面布置置相對對靈活活。若干個個筒體體的并并聯(lián)，，共同同承擔擔水平平荷載載，可以以看成成若干干個框框筒之之間夾夾了些些框架架隔板板。由由于這這種雙雙向隔隔墻的的加強強作用用，束