依侬中心大厦：高楼钢结构与工程实例

1.建筑概况

美国依侬中心大厦（Frewhon Center）的设计方案，地面以上为207层，高840m。

2.结构体系

（1）大厦采用混合结构支撑筒体系。结构主体是沿大楼周边设置4片横跨大楼全宽的大型交叉支撑，纵、横向交叉支撑在楼面角部交汇，在该处设置大截面钢筋混凝土柱加以连接，从而形成支撑筒，以承担大楼的重力荷载以及水平荷载引起的楼层剪力和倾覆力矩。

（2）大楼主体结构的大型立体支撑的结构平面和立面如图4-100所示。

3.杆件截面尺寸

（1）四根钢筋混凝土角柱承担着整座大楼的大部分重力荷载和全部水平荷载倾覆力矩引起的附加轴力，所以截面尺寸很大，角柱底部的截面尺寸为12m×12m，顶部为4m×4m。

（2）平行于水平荷载方向的两片大型交叉支撑，承担着风荷载作用下大楼的全部水平剪力以及倾覆力矩引起的竖向剪力，支撑斜杆的轴力达到很大数值，单根型钢已无力胜任；所以，各根支撑斜杆均采用由4片钢桁架围成的立体杆件，在减小斜杆长细比的同时，提供足够的轴向承载力。

4.支撑筒的高效性

与框筒结构体系相比较，混合结构支撑筒体系所抵抗侧力的高效性反映在以下几个方面：(www.xing528.com)

（1）抗推刚度大——水平荷载作用下，框筒结构属弯曲杆系，在承受轴力的同时，还承担着剪力和弯矩；支撑筒则属轴力杆系，所有杆件仅承受轴力，没有剪力和弯矩。结构力学指明，杆件承受轴力时的抗压或抗拉刚度，远远大于杆件承受剪力和弯矩时的弯剪刚度，因此，水平荷载作用下支撑筒的抗推刚度远大于框筒，从而大幅度地减小结构的侧向位移。

（2）用钢量少——水平荷载作用下，支撑筒是利用其斜杆将楼层剪力转化为斜杆轴力，向下层传递，直至基础；而框筒则是依靠其立柱的剪力（使柱产生弯矩）把楼层剪力传至基础。在满足同等侧移限值的条件下，支撑筒的杆件截面尺寸要小得多，从而减少了用钢量。

（3）抗倾覆能力强——一般结构体系中，立柱是分散布置在建筑平面的各个部位，或沿建筑平面的周圈均匀布置，抵抗水平荷载引起的倾覆力矩时，各根立柱拉、压轴力的合力的力偶臂，约等于建筑边长的2/3。而在支撑筒结构体系中，4根巨柱布置在建筑平面的4个角，抵抗倾覆力矩时，角柱拉、压轴力之间的力偶臂几乎等于建筑的边长。所以，支撑筒抵抗倾覆力矩的能力比其他结构体系几乎大50%。

图4-100 依侬中心大厦的支撑筒结构体系

a）结构平面 b）大型支撑节点 c）结构立面

（4）混凝土柱优点多——与钢柱相比较，支撑筒的角柱采用钢筋混凝土柱，可以取得以下几点好处：①利用高强度混凝土抗压，钢筋抗拉，降低造价；②用钢筋混凝土柱包裹两片支撑的交汇点，使支撑的连接构造简单；③大体积混凝土的自重，有利于减小倾覆力矩引起的角柱轴向拉力。

（5）基础简单——作用于整个楼房的风荷载、重力荷载和地震作用，在结构体系中引起的竖向压力和拉力，绝大部分都集中到4根角柱，从而使基础的设计和施工得以简化。