东日本国铁大厦钢结构工程实例

1.建筑设计

东京市于1997年建成的东日本国铁公司大厦，地下4层，地上29层，高150m。建筑平面为矩形，宽32m，长90.2m。城市规划要求，大楼底部应布置横穿楼房的大洞口，用作车道和高架人行道。此外，建筑使用功能要求，办公区（26m×21m）内不设立柱，以实现楼面的灵活分隔。

2.结构体系

（1）大厦主体结构：地面以下，采用型钢混凝土结构框架-剪力墙体系；地面以上，采用钢结构巨型框架体系。大厦中段的典型层结构平面见图4-112。大厦结构的纵剖面和横剖面见图4-113。

（2）大厦地上结构的巨型框架体系，由主框架（巨型框架）和次框架（一般框架）所组成，主框架承担作用于大厦的全部水平荷载和竖向荷载，次框架仅承担其辖区内的局部水平荷载和竖向荷载，并将它传递至主框架。

（3）巨型框架由6根巨型柱和分别设于5层、17层和顶层（29层）的三道纵、横向巨型梁所组成。巨型柱采用立体支撑柱，是由4根单肢柱与4片竖向支撑组成的平面、尺寸为6.2m×6.2m或6.2m×11m的小型支撑筒；巨型梁是由4片桁架围成的宽6.2m（或11m）、高4m（或8.5m）的立体桁架。次框架是由楼层单肢柱与楼层单肢梁所组成。

图4-112 东日本国铁大厦典型层结构平面

（4）巨型框架的地下室部分是厚度为1150mm的内藏钢支撑的型钢混凝土墙，与其下的厚度为4.7m的板式筏形基础相连接。

3.杆件截面尺寸

（1）巨型框架中，大跨度桁架梁的端部上、下弦杆及桁架梁的上、下层柱，承受很大的轴力弯矩，为减小其板件厚度，特采用比SM490更强的高性能60kg级钢，其硫的质量分数小于0.008%，屈强比低于0.8。

（2）巨型柱中的方管截面单肢柱，承受着极大的轴向力，若桁架梁的工字形截面弦杆与单肢柱的连接，采用柱贯通式节点，梁翼缘对柱翼缘板厚方向施加的巨大拉力，有可能使柱翼缘厚板出现层状撕裂，故改用梁贯通式梁-柱节点。

（3）巨型柱1（图4-114a）、巨型柱2（图4-114b）和巨型梁（图4-114c）的各杆件截面尺寸列于表4-14。(www.xing528.com)

图4-113 巨型框架结构剖面

a）横剖面 b）纵剖面

图4-114 巨型框架梁、柱的杆件编号

a）巨型柱1 b）巨型柱2 c）巨型梁

表4-14 巨型框架梁、柱的杆件截面尺寸 （单位：mm）

4.抗震分析

（1）大厦结构分别按两个水准地震进行抗震验算，水准1地震和水准2地震的峰值速度分别取25cm/s和50cm/s。

（2）按水准1地震分析时，采用弯剪“层模型”，结构处于完全弹性阶段。按水准2地震进行分析时，采用等价剪切“层模型”，少数构件达到最大抗力，发生屈服，但整个结构不会产生大的残余变形。

（3）结构分析中考虑了竖向地震的作用。