复杂功能超高层建筑的结构设计挑战

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1、复杂功能超高层建筑的结构设计挑战ChallengesofStructuralDesignofMixed-useUltraHigh-riseBuildings撰文DennisPoon，PaulLew，Ling-EnHsiao，YiZhu，PaulFu，SteveZuoThorntonTomasettiInc.（美国宋腾添玛沙帝工程顾问公司）0引言总部位于美国纽约的宋腾添玛沙帝工程顾问有限公司钢的重要因素是结构钢材受拉时的附加延性。再次，从可靠度角（ThorntonTomasettiInc.，简称TT），是一个专长大型复杂结度来讲，钢节点更可靠、更有韧性和

2、富余度。然而在使用结构构设计的公司，其凭借专业实力，参与了世界前20个超高层建型钢上是有许多限制的，用于焊接节点的钢板厚度通常不超过筑中近一半项目的结构设计，包括已建成的中国台湾台北市的100mm，以避免材料缺陷。虽然受拉工字钢的翼缘板厚度可以超世界金融中心（即台北101）、马来西亚吉隆坡的双子石油大过100mm，但它往往需要更复杂的施工步骤，特别是焊接的时厦、上海的恒隆广场和正在建设中的上海中心、芝加哥螺旋塔、候，以保证钢构的受拉性能和延性性能。平安国际金融中心等。复杂超高层建筑的实现从来离不开结构随着地震活动下“性能化”设计的出现，超高层结构的延性

3、设计的支撑，TT的结构工程师们在与AdriamSmith+Gordon性能是设计时需要考虑的关键。在地震情况下，钢结构的优势从Gill，Gensler，PelliClarkePelliArchitects，JohnPortman&延性角度来讲是至关重要的，因此，混合结构成为当今超高层结Associates，RMJM，SantiagoCalatrava，KPF，SOM，Pei构设计的流行趋势，即在混凝土柱或墙体内预埋型钢构件。这样CobbFreed等国际知名建筑事务所的建筑师们长期合作的过程中做的好处是保证主要构件的连续性以形成具有延性节点的构架。积累了

4、宝贵的经验，以下将结合具体案例从结构师的角度阐述复由主要结构柱的转换或巨柱/核心筒的不连续所引起结构的不连续杂超高层设计所面临的挑战，希望对建筑师有所借鉴。是不允许的。虽然主要结构构件的转换在“计算上”是可行的，由于超高层建筑结构需要用到大量材料和承受巨大内力，超但是其施工可行性是有问题的。在构想超高层结构系统的时候，高层结构施工的可行性成为一个首要的问题。尽管从“理论上”需要寻找连续的传力路径。来讲通过无限的材料来构想出超高层塔楼的设计方案是可能的，本文结合已经建好的都曾经是世界第一高楼的吉隆坡石油双然而由于现有施工条件的制约，最好的结果是这个方案没

5、有实践塔和中国台湾的台北101以及在建的上海中心大厦、深圳平安塔性，最差的结果则是这是个可能失败的方案。楼、韩国151仁川塔楼和美国芝加哥螺旋塔楼项目，讨论超高层超高层塔楼所需的材料用量直接导致了可使用面积和结构建筑当前的设计思路，并论证这些主要原则。所需材料之间的矛盾。从经济角度来看，超高层结构中混凝土用1石油双塔量越多越好。但是混凝土占用的单位面积是钢的6倍，混凝土用建筑设计：PelliClarkePelliArchitects量越高意味着建筑可使用或“可租赁”面积越少，这是设计者需结构设计：TT要考虑的重要经济因素。在超高层建筑中使用混凝土的主要

6、优势[1]石油双塔是第一座超高层现代塔楼。塔楼主结构允许使用是额外的混凝土质量具有更高的阻尼来消耗地震作用产生的能量钢筋混凝土材料，大大简化了施工过程。石油双塔（图1）利用（混凝土与钢的阻尼比是2%比1%）以及可以更好地减小结构风中间核心筒和周边巨型框架（图2）达到452m的高度。荷载作用下产生的加速度。但是值得注意的是超高层结构质量增在塔楼中间机电层处的一个方向上采用大家所熟悉的“软外加会增大相应的地震力。伸臂”。石油双塔核心筒外部墙体在底部达750mm厚，周边巨型在另一方面，结构钢有其自身的优点。首先，从建筑角度框架柱直径达2.4m，图3为周边框架

7、梁柱节点。来讲，它所占据的可使用面积较少，约是混凝土的1/6，在超高塔楼抗侧力体系中承担倾覆弯矩的比例为：核心筒承担2层建筑中，底部混凝土巨柱的面积有可能接近30m，损失的可50%，周边巨型框架承担50%。石油双塔只采用钢筋混凝土作为使用面积是对经济有害的因素。其次，尽管结构钢的成本较混凝主要抗侧力体系，而楼面体系则采用钢结构，可以允许租户灵活土来说相对要高，但是在做材料选择决定时另一个会倾向于使用布置。石油双塔是纯混凝土结构，从地面延伸直到452m高。140图4两幢塔楼之间的天桥图1石油双塔图3周边框架典型节点详图图2典型楼面的等角视图经过分析发现，

8、钢筋混凝土足以抵抗相应的侧向力，同时与延性框架单元倾斜布置以形成层叠轮廓，它们由机电层的转其它