金茂大厦结构体系分析

精品文档 1欢迎下载 高层建筑高层建筑 上海金茂大厦上海金茂大厦 结构体系分析结构体系分析 土木 1301 班 班玄威 U201315 我国对高层建筑的定义 中国自 2005 年起规定超过 10 层的住宅建筑和超过 24 米高的 其他民用建筑为高层建筑 一 高层建筑结构设计原则 1 钢筋混凝土高层建筑结构设计应与建筑 设备和施工密切配合 做到安全适用 技术先 进 经济合理 并积极采用新技术 新工艺和新材料 2 高层建筑结构设计应重视结构选型和构造 择优选择抗震及抗风性能好而经济合理的结 构体系与平 立面布置方案 并注意加强构造连接 在抗震设计中 应保证结构整体抗震 性能 使整个结构有足够的承载力 刚度和延性 二 高层建筑结构体系及适用范围 目前国内的高层建筑基本上采用钢筋混凝土结构 其结构体系有 框架结构 剪力墙结构 框架 剪力墙结构 筒体结构等 工程概况 工程概况 金茂大厦位于上海浦东陆家嘴金融贸易区 工程占地面积 2 3 万 m2 地下三层 地 上八十八层 建筑面积约 29 万 m2 金茂大厦建筑总高度为 420 5m 精品文档 2欢迎下载 金茂大厦是融办公 商 务 宾馆等多功能为一体的 智能化高档楼宇 第 3 50 层为可容纳 10000 多人同时 办公的 宽敞明亮的无柱空 间 第 51 52 层为机电设备 层 第 53 87 层为世界上最 高的超五星级金茂凯悦大酒 店 其中第 56 层至塔顶层 的核心筒内是一个直径 27 米 阳光可透过下班折射进 来的净空高达 142 米的空中 中庭 环绕中庭四周的是大 小不等 风格各异的 555 间 客房和各式中西餐厅等 第 86 层为企业家俱乐部 第 87 层为空中餐厅 距地面 341 米的第 88 层为国内迄今 最高的观光层 可容纳 1000 多名游客 两部速度为 9 1 米 秒的高速电梯用 45 秒将 观光宾客从地下室 1 层直接送达观光层 环顾四周 极目眺望 上海新貌尽收眼底 裙楼部 分有 6 层 内设大小宴会厅 百货商场和休闲娱乐等 6 万 m2 的三层地下室内设有各类大 型机电设备 服务设备 地下停车库和食街 整幢大楼如一座综合性的小区 其总投资约 45 亿人民币 上海金茂大厦位于长江下游冲积平原处 那不是容易建造超高层建筑的地方 该处的 土质条件极差 以至于建在浅基础上的许多建筑最大沉降可达到 254mm 永久的地下水位 是地面下 1m之内 地基条件很困难地基条件很困难 砂粘土砂粘土 且 100m 328 英尺 以内达不到基岩层 此 外 影响结构设计之额外因素还有该地区会经常受台风袭击和发生地震 台风季节 在建 筑物的顶部平均的风速在十分钟之内可达到 201km h 地震时的地面加速度达到 UBC 标准 地区的 2A 大厦采用超高层建筑史上首次运用的最新结构技术 整幢大楼垂直偏差仅 2 厘米 楼 顶部的晃动连半米都不到 这是世界高楼中最出色的 还可以保证还可以保证 1212 级大风不倒 同时能级大风不倒 同时能 抗抗 7 7 级地震级地震 大厦的外墙由大块的玻璃墙组成 反射出似银非银 深浅不一 变化无穷的 精品文档 3欢迎下载 色彩 该玻璃墙由美国进口 每平方米 500 美金 玻璃分为两层 中间有低温传导器 外 面的气温不会影响到内部 评价地震是对金茂大厦的影响 采用反映塔楼动力特征的现场特定反应谱分析出最可 能发生的 100 年一遇的地震概率是 10 而在最大风力和最大地震荷载的作用下 该建筑 的桁架机器连接部位的受力情况均在弹性范围内 结构体系选择及特点结构体系选择及特点 结构工程师环绕中心部分设计了一个钢筋混凝土的保护性结构 往上则是高强度混凝 土与结构钢复合结构 在大楼框架下面有一 个 4m 厚的钢筋混凝土筏式基础及 429 根空 心钢桩打入砂粘土层 65m 深 虽然该处较硬 的砂粘土能提供某些承载力 大厦的支承主 要依靠桩的摩阻力 地面上 钢筋混凝土内 筒通过外伸桁架与外檐处的 8 根超级巨柱结 合在一起 共同承担垂直与水平荷载 金茂大厦基坑面积近 2 万平方米 基坑 开挖深度约 20 米 主楼基础承台为 4 米厚 13500 立方米的 100 高标号大体积混凝土 主楼泵造混凝土高度达到 382 5 米 在 24 26 层 55 57 层 85 87 层有三道外 伸桁架将核心筒与八根巨型往连接成一个整体 工程结构设计独特 并获世界结构工程协会颁发的国际建筑结构设计最高奖 金茂大厦工程采用了 C60 和 C50 的高强度混凝土 基础底板均采用 C50 混凝土 主楼 核心筒从地下至 31 层为 C60 混凝土 主楼核心筒从 32 层至 62 层为 C50 混凝土 巨型柱从 地下室至 31 层为 C60 混凝土 巨型柱从 32 层至 62 层为 C50 混凝土 C60 混凝土 17488 立 方米 C50 混凝土 33708 立方米 其中主楼基础承台厚度 4 米 为 13500 立方米 C50 高标 号混凝土 并一次性连续浇捣完成 在如此大的高标号混凝土连续浇捣中 选择合理的材 料及配合比设计 并采用 内散外蓄法 养护 内设冷却水管 薄膜草包覆盖 及电脑测 温系统 将混凝土内部温升峰值控制在 100 以内 使内外温差小于 25 加快了混凝土 内部的降温速率 缩短了施工周期 只用了二个星期就完成了养护 精品文档 4欢迎下载 结构分析说明 本工程主楼结构形式是框筒结构 中间的核心筒为八角形的现浇钢筋混 凝土 在 53 层下内设井字型隔墙 外侧有 8 根钢巨形柱和 8 根复合式巨形柱 在 24 26 层 51 53 层 85 87 层设 3 道钢结构的外伸桁架将核心筒与复合巨形柱连成整体以提高 塔楼侧向刚度 5 层裙房采用一般的多层框架钢结构体系 整体结构高宽比达 9 1 总用钢 量 18500 吨 本工程主楼 裙房与广场地面之下都为 3 层地下室 地下室为钢筋混凝土结 构 主楼下部为满堂 4m 厚基础板 裙房及广场下部为普通筏式基础 由于本工程基础底部 采用盲沟集流 人工排水系统 因此基底不考虑浮力 基础板相对较薄 本工程主楼桩采 用 900mm 钢管桩一直打到地质构造中的第 9 层土 即地下 83m 处 裙房采用小型钢管桩 打到第 7 层土 外周边有 8 个混凝土大柱子 它们和钢筋混凝土心筒组成主要的抗侧力体系 角部还 有 8 个小钢柱 主要承受竖向荷载并参与抗扭 在内筒和大柱子之间设置了 3 道伸缩臂桁 架 位于 24 26 层 51 53 层 85 87 层 伸臂桁架是 2 层高的刚桁架 87 层以上设置了 空间钢桁架 一方面承受屋顶设备层的重力荷载 一方面加强了 8 5 8 7 层的伸臂 保证 核心筒和外柱共同工作设置伸臂后 大大增加了结构刚度 减小了位移 8 个大柱子的底 部截面尺寸为 1 5mx4 88m 混凝土强度为 5 l 7MPa 顶部减小到 0 91mx3 53m 混凝土截面 除了配置钢筋外 两侧还配置了轻型骨架 型钢之间有斜加劲杆相连 类似桁架式骨架 可认为是钢骨混凝土柱 但钢骨在混凝土截面中的面积比仅为 0 48 大大低于钢骨混凝 土柱所要求的含钢率 因此也可认为就是钢筋混凝土柱 外伸桁架的结构特点 构件连接形式多样在核心筒部位 外伸桁架以中厚板剖口对接 的形式为主 这是因为核心筒内隔墙的壁厚较薄 采用螺栓连接或销接有困难 在巨形复 合柱内以高强螺栓与焊接混用 一般情况腹板用高强螺栓 上下翼缘用剖口焊 而外挑朽 架部位 初装时用高强螺栓与销子连接 终 固时所有销接部位再补上高强螺栓 精品文档 5欢迎下载 上部结构是钢结构初钢筋混凝结构的混 合体 水平抵抗系统的主要部件包括钢 筋温凝土核心 筒 亥核心筒通过外伸构架同外部的复合巨型性连 接 在剪力墙核 心简内有电梯房 风机房 八角形核心筒墙边的中对中尺寸 27m 从基础一直 延伸至87 层 从某础到 87 层核心简端的厚度为 850mm 450mm 而其强度从 C60 至 C40 剪力墙核心简内通过钢结构外伸衔架同外部复合巨型柱连接 此外 外伸析了架 系统提供了一个有效的水平荷载 抵抗力 在建筑弯曲变形的情况下使结构有效深 度 达到最大限度 整个系统就是 一个垂在悬臂 降低了风向柱的张力和背风柱的压力 同时 均匀地分布 重力荷载 避免了外部复合巨型性的相对上升 八面形墙提供了特殊 的抗扭强度 消除了构架系统与外部柱的相互连接的需要 外伸桁架位于 24 26 层 51 53 层及 85 87 层 在 85 87 层的外伸桁架上方覆盖有一个三维空间框架 此框 架显示出了塔的形状 这一结构有效地传递核心筒和外部复合巨型柱之间的水平 荷载 该结构还解决了同塔尖连接的那部分建筑顶部的局部水平系统问题 同时 还为顶层的重型设备房提供了重力荷载支撑 允许荷载传递到中庭 用于抵抗重 力荷载的结构构件包括 8 个钢巨型柱及框住楼面的符合宽梁及梁及桁架梁 精品文档 6欢迎下载 筒体结构体系组成与特点筒体结构体系组成与特点 随着建筑层数 高度的增长和抗震设防要求的提高 以平面工作状态的框架 剪力墙 来组成高层建筑结构体系 往往不能满足要求 这时可以由剪力墙构成空间薄壁筒体 成这时可以由剪力墙构成空间薄壁筒体 成 为竖向悬臂箱形梁 加密柱子 以增强梁的刚度为竖向悬臂箱形梁 加密柱子 以增强梁的刚度 也可以形成空间整体受力的框筒 由一 个或多个筒体为主抵抗水平力的结构称为筒体结构 通常筒体结构有 1 框架 筒体结构 中央布置剪力墙薄壁筒 由它受大部分水平力 周边布置大柱 距的普通框架 这种结构受力特点类似框架 剪力墙结构 目前南宁市的地王大厦也用这 种结构 2 筒中筒结构 筒中筒结构由内 外两个筒体组合而成 内筒为剪力墙薄壁筒 外 筒为密柱 通常柱距不大于 3 米 组成的框筒 由于外柱很密 梁刚度很大 门密洞口面由于外柱很密 梁刚度很大 门密洞口面 积小积小 一般不大于墙体面积 50 因而框筒工作不同于普通平面框架 而有很好的空间 整体作用 类似一个多孔的竖向箱形梁 有很好的抗风和抗震性能 目前国内最高的钢筋 目