纽约世界贸易中心钢结构体系与实例分析

1.建筑概况

（1）1973年建成的纽约世界贸易中心，是由两幢差不多一样高的方形塔楼及四幢裙房所组成。塔楼地面以下6层；地面以上110层，高417m。

（2）塔楼建筑平面的外轮廓尺寸为63.5m×63.5m，服务性核心区的平面尺寸为24m×42m（图4-42）。内筒与外筒之间使用楼面的跨距分别为18.3m和10.7m。典型楼层的层高为3.66m。吊顶下净高2.6m。每幢楼的建筑面积约为42万m²。房屋高宽比为6.5。

2.结构体系

（1）两座塔楼均采用钢结构框筒体系。楼面周边为密柱深梁型框筒，由240根钢柱组成，柱距为1.02m，用以承担塔楼全部水平荷载；楼面核心区采用由47根钢柱组成的框架，用以承担楼面重力荷载，并在施工过程中用于支承起重设备。典型楼层的结构平面如图4-42a所示。

（2）框筒钢柱采用450mm×450mm方形钢管，从上到下，柱的外形尺寸不变，靠改变钢管壁厚来适应不同的受力条件，自底层至顶层，壁厚由12.5mm逐渐减薄为7.5mm；框筒窗裙梁的截面高度为1320mm。在楼房底层，框筒的柱距扩大为3.06m，并未采用转换桁架，而是将上层的每三根柱转折后合并为一根柱，截面尺寸加大为800mm×800mm。

（3）为了增强框筒的竖向抗剪刚度，减少框筒的剪力滞后效应，利用沿楼房高度每隔32层所布置的设备楼层，沿框筒周边各设置一道截面高度为7m的钢板圈梁。

（4）框筒的立面开洞率为36%。

（5）楼面核心区的一般框架柱，采用450mm×450mm方形钢管。楼面结构的主梁采用桁架式钢梁，以方便管道穿过；主梁的间距为2.04m，截面高度为900mm。垂直于主梁方向设置次梁，其上搁置兼作模板用的压型钢板，并在其上浇筑100mm厚的轻质混凝土，形成楼板。

（6）为了减少工地钢结构拼装工作量，加快施工进度，预先将三根钢柱和三个楼层的窗裙梁在工厂焊接成一个吊装件，一般称之为“树形柱”，图4-42b为“树形柱”的组装情况。

图4-42 纽约世界贸易中心塔楼(www.xing528.com)

a）框筒结构体系 b）框筒吊装件的组装

3.用钢量

一幢大楼的总用钢量为78×10³t，折合成单位建筑面积的用钢量为187kg/m²。

4.阻尼装置

（1）为了减少塔楼的风振侧移，控制塔楼的风振加速度在每层楼板处安装100个粘弹性阻尼器。阻尼器由三块钢板夹以粘弹性材料——聚丙烯所组成。阻尼器固定在外柱与各层楼盖钢桁架下弦杆端的连接处（图4-43）。

（2）在强风作用下结构发生侧向变形时，夹在阻尼器钢板之间的粘弹性材料因剪切变形而耗能，从而减小楼房的侧移和风振加速度。

图4-43 纽约世界贸易中心塔楼安装的粘弹性阻尼器

5.结构动力特性

（1）塔楼的结构分析结果给出：①结构的基本自振周期为10s；②极大设计风速作用下，结构顶点的侧移值为1.02m。

（2）自1973年建成以后的十多年间，记录到的阵风作用下结构顶点侧移的最大值为0.46m，结构顶点侧移角为1/890。