第二章超高层建筑结构体系的选择(上).ppt

第二章（超）高层建筑结构体形选择 主要内容 第一节 （超）高层建筑结构设计的控制因素 第二节 高层和超高层建筑结构体系 第三节 高层和超高层建筑工程实例 第四节 高层和超高层建筑结构体系的选择 第五节 超高层建筑的阻尼器问题 第六节 结束语 风载取值 对于一般高层建筑，可按照我国规范《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）。但是，该规范荷载的规定是基于低空（8 m ~12 m）风速观测数据以及多层建筑和一般高层建筑的单体模型风洞试验研究成果以及工程经验，当用于超过200 m以上的超高层建筑，可能不大合适。例如，美国SOM（Skidmore, Owings and Merrill）和LERA（ Leslie E. Robertson Associate）设计事务所对金茂大厦和上海环球金融中心的结构设计所采用的风荷远远小于我国规范的计算结果。 第一节 （超）高层建筑结构设计的控制因素 1、风荷载 台北-101的大楼设计，除了参考国内规范，还委托加拿大的Rowan Williams Davies Irwin Inc.(RWDI) 公司研究大楼的设计荷载，采用风洞试验确定。以1:500比例制作现场半径为600 m以内的风场环境模输入以10度为单位风力模拟实际的建筑物受力情况。其中各个角度的风速高度分布特性以1:3000的地形模型中进行边界层风洞试验（Boundary layer tunnel test），然后得到大气边界层风速分布。结构体的模型采用高频率力平衡模式(高频动态天平测力技术)（High-frequency force-balance），结构的基本风压是由应变计所测到的弯矩，扭力和剪力的分布曲线统计回归获得，并且，配合结构动力特性计算结构体的加速度反应。这样，这些数据提供设计单位作为设计风力的依据 。 正在施工中的百济迪拜塔楼，对风荷载进行大量研究和分析工作。例如，风洞试验，也在加拿大Ontario的边界层为RWDI’s 2.4m×1.9m和4.9m×1.4m的风洞中展开广泛的风洞试验研究和其它研究。风洞试验项目包括刚性模型天平测力试验(Rigid-model force balance tests)、全气动弹性模型试验(full aeroelastic model study)、定域压力测试(localized pressure study)、人行道风环境研究。试验时采用的大多是1:500的模型。然而，在人行道风环境研究(pedestrian wind environment studies)中采用更大的1:250的模型，目的在于用空气动力学的方法来分析降低风速。风统计数据对于（塔楼的）预测的反应程度和（风）重现期之间建立联系起着重要作用。为了确定上层风况(wind regime)，广泛利用地面风数据、气球（探测风）数据和区域性大气模型方法得到的计算机模拟结果[2]。 2、地震力 地震力的预测，目前尚难准确确定。例如，地震频繁的日本地区，对地震已进行许多年的深入研究，地震前也几乎无法预测何时何地会发生地震。因此，对待地震应倍加重视。 对于地震地区，除了风力外，必须考虑地震。例如，台北-101，地处板块交错运动频繁区域，除了风力，还必须进行地震设计。更重要的是对离建筑场地 200m的断层的深入研究[3] ，经过多方面的考察与研究，费耗大量人力物力与时间，终于弄请该断层是非活动断层，因此，在大楼即将完成的关键时刻，遇到台湾大地震，平安无恙，巍然不动，这是一个宝贵经验。 3、地基基础 由于风荷载和地震力以及静荷载，产生的荷载极大，而且一般柱的跨度大，荷载往往达数万吨，例如，金茂大厦，总荷载超过3,000,000kN（30万吨），混凝土巨型柱荷载为101,670kN（1万余吨）；又如，台北-101大楼，建筑物总垂直荷载达40万余吨，因此，对地基基础的要求高。在上海这样深厚的软弱地基，毫无异议，必须采用桩筏或桩箱基础。台北-101大楼，利用深度不大的年轻岩基，采用现场浇注桩，深入岩层；而高雄的85层东帝士大楼[4]，岩层在地面100m以下，利用岩层上面的土为常见的层状冲积土，采用框格式地下连续墙（Barrette）。新加坡的Raffle City的72层、42层、32层的高楼群，地层条件好而采用筏板基础。 4、业主要求 业主的要求，通常就是建筑艺术、功能和经济。有关建筑艺术将在下节工程实例阐述。上述三个主要控制因素主要依靠结构工程师和岩土工程师，要满足建筑艺术、功能和经济的要求，有赖于建筑师、结构工程师和岩土工程师的密切配合。 此外，施工技术条件和建筑材料等在一定条件下也可能成为一个控制因素。 影响结构选型的四要素： 风荷载→风洞试验确定 地震力→难以预测 地基基础→桩筏、桩箱配以框格式地下连续墙