1、高層建筑（上海金茂大廈）結構體系分析土木1301班 班玄威 U201315#我國對高層建筑的定義：中國自2005年起規定超過10層的住宅建筑和超過24米高的其他民用建筑為高層建筑。（一）高層建筑結構設計原則1.鋼筋混凝土高層建筑結構設計應與建筑、設備和施工密切配合，做到安全適用、技術先進、經濟合理，并積極采用新技術、新工藝和新材料。2.高層建筑結構設計應重視結構選型和構造，擇優選擇抗震及抗風性能好而經濟合理的結構體系與平、立面布置方案，并注意加強構造連接。在抗震設計中，應保證結構整體抗震性能，使整個結構有足夠的承載力、剛度和延性。（二）高層建筑結構體系及適用范圍目前國內的高層建筑基本上采用鋼筋

2、混凝土結構。其結構體系有：框架結構、剪力墻結構、框架剪力墻結構、筒體結構等。工程概況：金茂大廈位于上海浦東陸家嘴金融貿易區，工程占地面積23萬m2，地下三層、地上八十八層，建筑面積約29萬m2，金茂大廈建筑總高度為4205m金茂大廈是融辦公、商務、賓館等多功能為一體的智能化高檔樓宇，第3-50層為可容納10000多人同時辦公的、寬敞明亮的無柱空間；第51-52層為機電設備層。第53-87層為世界上最高的超五星級金茂凱悅大酒店，其中第56層至塔頂層的核心筒內是一個直徑27米,陽光可透過下班折射進來的凈空高達142米的空中中庭。環繞中庭四周的是大小不等,風格各異的555間客房和各式中西餐廳等,第8

3、6層為企業家俱樂部；第87層為空中餐廳；距地面341米的第88層為國內迄今最高的觀光層,可容納1000多名游客,兩部速度為9.1米/秒的高速電梯用45秒將觀光賓客從地下室1層直接送達觀光層,環顧四周，極目眺望，上海新貌盡收眼底。裙樓部分有6層，內設大小宴會廳、百貨商場和休閑娛樂等；6萬m2的三層地下室內設有各類大型機電設備、服務設備、地下停車庫和食街。整幢大樓如一座綜合性的小區。其總投資約45億人民幣。上海金茂大廈位于長江下游沖積平原處，那不是容易建造超高層建筑的地方，該處的土質條件極差，以至于建在淺基礎上的許多建筑最大沉降可達到254mm；永久的地下水位是地面下1m之內。地基條件很困難-砂粘

4、土，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會經常受臺風襲擊和發生地震。臺風季節，在建筑物的頂部平均的風速在十分鐘之內可達到201km/h。地震時的地面加速度達到UBC標準地區的2A。大廈采用超高層建筑史上首次運用的最新結構技術，整幢大樓垂直偏差僅2厘米，樓頂部的晃動連半米都不到，這是世界高樓中最出色的，還可以保證12級大風不倒，同時能抗7級地震。大廈的外墻由大塊的玻璃墻組成，反射出似銀非銀、深淺不一、變化無窮的色彩。該玻璃墻由美國進口，每平方米500美金，玻璃分為兩層，中間有低溫傳導器，外面的氣溫不會影響到內部。 評價地震是對金茂大廈的影響。采用反映塔

5、樓動力特征的現場特定反應譜分析出最可能發生的100年一遇的地震概率是10%，而在最大風力和最大地震荷載的作用下，該建筑的桁架機器連接部位的受力情況均在彈性范圍內。結構體系選擇及特點：結構工程師環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結構鋼復合結構。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。金茂大廈基坑面積近2萬平方米，基坑開挖深度約20米，主樓基礎承臺為4米厚。13

6、500立方米的100高標號大體積混凝土，主樓泵造混凝土高度達到3825米，在2426層、5557層、8587層有三道外伸桁架將核心筒與八根巨型往連接成一個整體。工程結構設計獨特，并獲世界結構工程協會頒發的國際建筑結構設計最高獎。金茂大廈工程采用了C60和C50的高強度混凝土，基礎底板均采用C50混凝土。主樓核心筒從地下至31層為C60混凝土，主樓核心筒從32層至62層為C50混凝土。巨型柱從地下室至31層為C60混凝土，巨型柱從32層至62層為C50混凝土。C60混凝土17488立方米，C50混凝土33708立方米。其中主樓基礎承臺厚度4米，為13500立方米C50高標號混凝土，并一次性連續澆

7、搗完成。在如此大的高標號混凝土連續澆搗中，選擇合理的材料及配合比設計，并采用“內散外蓄法”養護，內設冷卻水管，薄膜草包覆蓋，及電腦測溫系統。將混凝土內部溫升峰值控制在100以內，使內外溫差小于25。加快了混凝土內部的降溫速率，縮短了施工周期，只用了二個星期就完成了養護。結構分析說明:本工程主樓結構形式是框筒結構，中間的核心筒為八角形的現澆鋼筋混凝土，在53層下內設井字型隔墻，外側有8根鋼巨形柱和8根復合式巨形柱，在2426層、5153層、8587層設3道鋼結構的外伸桁架將核心筒與復合巨形柱連成整體以提高塔樓側向剛度。5層裙房采用一般的多層框架鋼結構體系.整體結構高寬比達9:1,總用鋼量1850

8、0噸。本工程主樓、裙房與廣場地面之下都為3層地下室，地下室為鋼筋混凝土結構，主樓下部為滿堂4m厚基礎板，裙房及廣場下部為普通筏式基礎。由于本工程基礎底部采用盲溝集流，人工排水系統，因此基底不考慮浮力，基礎板相對較薄。本工程主樓樁采用900mm鋼管樁一直打到地質構造中的第9層土，即地下83m處，裙房采用小型鋼管樁，打到第7層土。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2426層，5153層，8587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

9、重力荷載，一方面加強了8 58 7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，混凝土強度為5 l.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0.48%，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

10、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。上部結構是鋼結構初鋼筋混凝結構的混 合體，水平抵抗系統的主要部件包括鋼筋溫凝土核心 筒，i亥核心筒通過外伸構架同外部的復合巨型性連 接。在剪力墻核心簡內有電梯房、風機房。八角形核心筒墻邊的中對中尺寸27m ，從基礎一直 延伸至87層。從某礎到 87層核心簡端的厚度為 850mm-450mm， 而其強度從C60 至C40。剪力墻核心簡內通過鋼結構外伸銜架同外部復合巨型柱連接。此外外伸析了架系統提供了一個有效的水平荷載 抵抗力。在建筑彎曲變形的情況下使結構有效深度

11、 達到最大限度。整個系統就是一個垂在懸臂 ，降低了風向柱的張力和背風柱的壓力 。同時，均勻地分布 重力荷載，避免了外部復合巨型性的相對上升。八面形墻提供了特殊的抗扭強度。消除了構架系統與外部柱的相互連接的需要。外伸桁架位于24-26層，51-53層及85-87層。在85-87層的外伸桁架上方覆蓋有一個三維空間框架，此框架顯示出了塔的形狀，這一結構有效地傳遞核心筒和外部復合巨型柱之間的水平荷載，該結構還解決了同塔尖連接的那部分建筑頂部的局部水平系統問題，同時還為頂層的重型設備房提供了重力荷載支撐，允許荷載傳遞到中庭。用于抵抗重力荷載的結構構件包括8個鋼巨型柱及框住樓面的符合寬梁及梁及桁架梁。筒體

12、結構體系組成與特點：隨著建筑層數、高度的增長和抗震設防要求的提高，以平面工作狀態的框架、剪力墻來組成高層建筑結構體系，往往不能滿足要求。這時可以由剪力墻構成空間薄壁筒體，成為豎向懸臂箱形梁，加密柱子，以增強梁的剛度，也可以形成空間整體受力的框筒，由一個或多個筒體為主抵抗水平力的結構稱為筒體結構。通常筒體結構有：（1）框架筒體結構。中央布置剪力墻薄壁筒，由它受大部分水平力，周邊布置大柱距的普通框架，這種結構受力特點類似框架剪力墻結構，目前南寧市的地王大廈也用這種結構。（2）筒中筒結構。筒中筒結構由內、外兩個筒體組合而成，內筒為剪力墻薄壁筒，外筒為密柱（通常柱距不大于3米）組成的框筒。由于外柱很密，梁剛度很大，門