超高層建筑的結構

第九組制作人：艾方燚、黃步青、宗文娟、張卿睿、王定城、趙維燦、王學杰、劉澤楠、宋倩倩、超高層建筑結構案例分析

——金茂大廈迪拜（哈利法塔，828米）一、超高層建建筑廣州塔（中國，600米）臺北101（中國，508米）上海環(huán)球金融中心（中國，492米）金茂大廈（中國，421米）吉隆坡國家石油雙塔（馬來西亞，452米）南京紫峰大廈（中國，450米）芝加哥西爾斯大廈（美國，442米）我國《民用建筑設計通則》GB50352—2005規(guī)定：建筑高度超過100m時，不論住宅及公共建筑均為超高層建筑，俗稱“摩天大樓”。從古至今．人們都在追逐這種天空之城的夢想，都想感受到“危樓高百尺，手可摘星辰”的樂趣。而隨著城市化進程的加快．人們的夢想終于得以實現(xiàn)：“鶴立雞群”的摩天大樓在全球城市建筑中拔地而起。什么是超高層建筑?

超高層基礎采用深基礎。由于建筑高，體量大，支撐高層的地基必須達到足夠的強度，所以多采用深基礎，持力層嵌入微風化巖層。超高層地下室深度大、層數(shù)多、面積大。一是要滿足建筑功能方面的要求，比如人防面積、停車位數(shù)量等；二是要解決在施工過程中的結構抗浮問題超高層建筑的結構難點（1）框架—剪力墻結構框架—剪力墻結構，又稱框剪結構，框架-剪力墻結構體系是指由框架和剪力墻共同作為豎向承重結構的多(高)層房屋結構體系。它是在框架縱、橫方向的適當位置，在柱與柱之間設置幾道鋼筋混凝土墻體(剪力墻)。在這種結構中，框架與剪力墻協(xié)同受力，剪力墻承擔絕大部分水平荷載，框架則以承擔豎向荷載為主，這樣，可以減少柱子的截面。剪力墻在一定程度上限制了建筑平面布置的靈活性。框架-剪力墻結構體系則充分發(fā)揮框架和剪力墻各自的特點，既能獲得大空間的靈活空間，又具有較強的側向剛度。所以這種結構形式在房屋設計中比較常用。這種體系一般用于辦公樓、旅館、住宅以及某些工藝用房。框架一剪力墻結構，一般用于25層以下房屋結構。超高層建筑的結構體系

（2）剪力墻結構剪力墻結構是由縱向、橫向的鋼筋混凝土墻所組成的結構，即結構采用剪力墻的結構體系。墻體除抵抗水平荷載和豎向荷載外，還對房屋起圍護和分割作用。剪力墻結構優(yōu)點是整體性好，側向剛度大，適宜做較高的高層建筑，水平力作用下側移小，并且由于沒有梁、柱等外露構件，可以不影響房屋的使用功能。缺點是由于剪力墻位置的約束，使得建筑內部空間的劃分比較狹小，不能提供大空間房屋，結構延性較差。因此較適宜用于賓館與住宅。全剪力墻結構常用于25～30層結構。（3）筒體結構筒體結構是用鋼筋混凝土墻圍成側向剛度很大的筒體的結構形式。筒體在側向風荷載的作用下，它的受力特點就類似于一個固定在基礎上的筒形的懸臂構件。迎風面將受拉，而背風面將受壓。筒式結構可分單筒、筒中筒體系、桁架筒體系、成束筒體系等。筒體可以為剪力墻，也可以采用密柱框架;也可以根據實際需要采用數(shù)量不同的筒。筒體結構多用于高層或超高層公共建筑中。筒式結構則用于30層以上的超高層房屋結構，經濟高度以不超過80層為限。1、金茂大廈簡介（JinMaoTower），又稱金茂大樓，位于上海浦東新區(qū)黃浦江畔的陸家嘴金融貿易區(qū)，樓高420.5米，是上海第3高的摩天大樓（截至2013年）、中國大陸第3高樓、世界第8高樓。大廈于1994年開工，1999年建成，有地上88層，若再加上尖塔的樓層共有93層，地下3層，樓面面積27萬8,707平方米，有多達130部電梯與555間客房，現(xiàn)已成為上海的一座地標，融匯中國塔型風格與西方建筑技術的多功能型摩天大樓，由著名的美國芝加哥SOM設計事務所的設計師AdrianSmith設計。因為中國人喜歡塔所以中國才把金茂大廈設計成這樣。案例——金茂大廈地基結構特點主樓的基礎為樁筏基礎．八角形，相當于59．32mx59．32m的方形基礎。筏板厚4m，樁基為入土82．5m的直徑914mm鋼管樁，429根。樁位呈八角形分布，樁距有2．7m和3．0m兩種，是典型的群樁。因此，整個大樓和樁筏基礎是一個共同作用的剛度很大的整體結構--砂粘土地基，且100m(328英尺)以內達不到基巖層。此外，影響結構設計之額外因素還有該地區(qū)會經常受臺風襲擊和發(fā)生地震。結構工程師環(huán)繞中心部分設計了一個鋼筋混凝土的保護性結構，往上則是高強度混凝土與鋼結構復合結構。在大樓框架下面有一個4m厚的鋼筋混凝土筏式基礎及429根空心鋼樁打入砂粘土層65m深。雖然該處較硬的砂粘土能提供某些承載力，大廈的支承主要依靠樁的摩阻力。地面上，鋼筋混凝土內筒通過外伸桁架與外檐處的8根超級巨柱結合在一起，共同承擔垂直與水平荷載。18地基結構設計金茂大廈結構主樓的上部結構采用鋼筋混凝土核心筒與鋼結構外框架結合的混合結構體系。主要由核心筒、外框架、巨型鋼桁架和樓板組成。核心筒的平面八角形，外包尺寸27mx27m。53層以下有井字形內墻，分隔成九格；53層以上無中間隔墻，為一個空心鋼筋混凝土筒。外周邊有8個混凝土大柱子，它們和鋼筋混凝土心筒組成主要的抗側力體系，角部還有8個小鋼柱，主要承受豎向荷載并參與抗扭。在內筒和大柱子之間設置了3道伸縮臂桁架，位于24~26層，51~53層，85~87層，伸臂桁架是2層高的剛桁架。87層以上設置了空間鋼桁架，一方面承受屋頂設備層的重力荷載，一方面加強了85~87層的伸臂，保證核心筒和外柱共同工作設置伸臂后，大大增加了結構剛度，減小了位移。8個大柱子的底部截面尺寸為1.5mx4.88m，混凝土強度為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），可認為是鋼骨混凝土柱，但鋼骨在混凝土截面中的面積比僅為o．48%，大大低于鋼骨混凝土柱所要求的含鋼率，因此也可認為就是鋼筋混凝土柱。外伸桁架的結構特點

構件連接形式多樣在核心筒部位,外伸桁架以中厚板剖口對接的形式為主。這是因為核心筒內隔墻的壁厚較薄,采用螺栓連接或銷接有困難。在巨形復合柱內以高強螺栓與焊接混用,一般情況腹板用高強螺栓、上下翼緣用剖口焊。而外挑朽架部位,初裝時用高強螺栓與銷子連接,

終固時所有銷接部位再補上高強螺栓。主要結構————核心筒外伸桁架結構體系建造過程中，業(yè)主對結構提出了修改要求，原部分構件設計是鋼結構，現(xiàn)需改成鋼筋混凝土現(xiàn)澆懸挑板結構，而原先主樓核心墻的梁、