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体形圆锥化:高楼钢结构与实例

时间:2023-10-03 理论教育 版权反馈
【摘要】:图2-33 芝加哥市136层综合大厦设计方案图2-34 采用支撑筒体系的香港中国银行大楼风荷载和地震作用沿楼房高度分布均呈倒三角形。图2-35 高800m的圆锥形塔楼图2-36 采用双曲线圆筒状支撑筒体系的110层高楼日本大林组建筑公司提出的高度为1000m的“空中城市大厦”设计方案,采取平面为环形、立面为双曲线形的截头圆锥体,顶端外直径为160m,底面外直径为400m,沿高度每隔14层设置一个4层楼高的横贯房屋全宽的透空层。

体形圆锥化:高楼钢结构与实例

1.降低侧力作用点

(1)对特高楼房来说,结构整体稳定是关键,所以《高层民用建筑钢结构技术规程》对高楼规定了高宽比限值,来控制房屋高度与底部宽度的比值。

(2)上述高宽比是“名义高宽比”,因为它没有考虑水平均布荷载与倒三角形分布荷载的合力作用点高度的不同对结构整体稳定的影响。全面反映结构整体稳定的较合理的控制指标,应该是包括楼房体型尺寸和水平荷载竖向分布两个因素的合力作用点高度的“实效高宽比”。

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图2-33 芝加哥市136层综合大厦设计方案

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图2-34 采用支撑筒体系的香港中国银行大楼

(3)风荷载和地震作用沿楼房高度分布均呈倒三角形。高楼采用圆锥状体形,不仅因圆形平面使风压值减小40%以上,而且因上小下大的立面,减小了楼房上半部受风面积,同时降低了楼房质心高度,从而使风或地震的合力作用点下降,也就减小了楼房的“实效高宽比”,有利于结构的整体稳定。

(4)圆锥形或截头圆锥形高楼,其向内倾斜的外柱的轴压力和轴拉力的水平分力,还可部分抵消水平荷载产生的楼层水平剪力

2.设计方案

(1)日本东京拟建的米兰留塔楼(Millennium Tower),高800m,采用圆锥状体形(图2-35),底面直径为190m,可容纳5万居民。塔楼每隔25层设置的透空层空中花园,有利于进一步减小作用于高楼的风压值。高楼的抗侧力结构体系,也是采用具有强大抗推刚度的支撑框筒。

(2)美国纽约市曾经计划兴建的一幢110层的Grand Central Termibal大楼,其设计方案采取一种新颖的双曲线圆筒状体型(图2-36),除同样具有减小风荷载、降低合力点的优点外,还因为它双向布置的倾斜直线形钢柱所构成的支撑筒体,具有几何不变的轴力杆系仅承受轴向力的特点,杆件不受剪、不受弯,因而没有剪力滞后效应;不仅具有极强的抗倾覆能力,而且具有极强的抗扭刚度。(www.xing528.com)

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图2-35 高800m的圆锥形塔楼

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图2-36 采用双曲线圆筒状支撑筒体系的110层高楼

(3)日本大林组建筑公司提出的高度为1000m的“空中城市大厦”设计方案(图2-37),采取平面为环形、立面为双曲线形的截头圆锥体,顶端外直径为160m,底面外直径为400m,沿高度每隔14层(56m)设置一个4层楼高(16m)的横贯房屋全宽的透空层。

主体结构采用“以巨型支撑筒为柱、巨型立体桁架为梁”所组成的环状巨型框架结构体系(图2-38)。

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图2-37 空中城市大厦的结构剖面

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图2-38 空中城市大厦的环状巨型框架结构体系

a)巨型框架单元体 b)悬挂楼盖单元体

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