上海21世纪大厦的钢结构与工程实例

1.建筑概况

（1）上海市在建的21世纪大厦，建筑平面为带有一个小切角的正方形（图4-88），地上50层，总建筑面积为10万m²。其外轮廓是一座带有多个9层楼高楔状空中花园的锯齿形方塔。

（2）楔状空中花园（Winter garden）是利用沿楼房全高去掉一根角柱所形成。在房屋东北角，由顶层开始，分段切去4个三角形锥体，形成4个空中花园；在房屋西南角，在楼房顶部和接近底部各切去一个三角形锥体，形成上、下两个空中花园。整个大楼的外貌恰似一座五层重檐的方塔。

2.结构体系

（1）大厦主体结构采用大型立体偏交支撑所形成的支撑筒体系。建筑外圈的大型立体支撑由四个面的4片倒八字形支撑所组成，沿竖向每片支撑分为5个节间，每个节间的高度为9个楼层。倒八字形支撑斜杆的中央节点处，为一增强型单跨刚接框架，从而构成一个大型偏交支撑外筒。图4-89a和b分别为大型立体支撑的北立面和西立面。

（2）当建筑遭遇强烈地震时，支撑中央的单跨刚接框架的各层横梁，将发挥偏交支撑（偏心支撑）消能梁段的作用，利用它的竖向剪切、弯曲塑性变形，来消耗输入建筑的地震能量，达到减轻结构地震反应的目的。

图4-88 上海21世纪大厦典型层结构平面

（3）在大型立体支撑各个节间区段内设置次框架，以承担该区段内各楼层的楼面重力荷载和局部风荷载。

图4-89 上海21世纪大厦大型立体支撑体系

a）北立面 b）西立面 c）芯筒偏交支撑

（4）大型支撑的斜杆也起着斜柱的作用，支承着它上面次框架立柱所承担的竖向荷载。

（5）为了进一步增强大厦结构的水平承载力，在楼面中央服务性核心区周圈设置一个支撑芯筒。由于建筑空间的使用要求，支撑芯筒每一片竖向支撑的中间跨，从底层到顶层均采用八字形偏交支撑（图4-89c）。支撑芯筒向下一直延伸到基础。

（6）确定主、次结构和楼盖结构的构件布置时，一个重要原则，是使重力荷载尽可能多地传递至大型立体支撑的角柱，以平衡倾覆力矩在角柱中引起的拉力。(www.xing528.com)

（7）大厦外圈大型立体支撑体系的概貌示于图4-90。

3.抗风计算

（1）设计风速为185km/h，设计风压为6.5kPa。

（2）大厦的前3个自振周期（纵向、横向和扭转）分别为4.9s、4.6s和2.1s。

（3）大型立体支撑体系将抗侧力构件布置在建筑的外圈，充分利用房屋的全宽，为抵抗水平荷载倾覆力矩提供最大的抗力偶力臂。

（4）图4-91为大厦在水平荷载作用下，大型立体支撑下部三个结构单元主要立柱和支撑斜杆的受力状态。图中，指向节点的箭头表示受压；离开节点的箭头表示受拉。

图4-90 21世纪大厦的大型立体支撑概貌

图4-91 21世纪大厦的大型立体支撑的杆件受力状态

4.构件截面及用钢量

大型支撑立柱采用焊接方形钢管，截面尺寸为520～610mm，钢板最大厚度为130mm。支撑斜杆采用W14重型型钢制作，每三个楼层的构件在现场拼接一次，然后与方形钢管立柱相连接。整座大厦单位建筑面积的平均用钢量为142kg/m²。

5.地下结构

地下室，采用三层楼高的箱形结构，外墙厚0.5m，底板厚1.5m。桩基采用长40m、直径为600mm的压入式钢管桩。