东京新宿行政大厦高楼钢结构体系与实例

1.建筑概况

日本于1979年建成的东京新宿行政大楼，地面以下5层，基础埋深为-27.5m；地面以上54层，高223m。房屋高宽比为5.3。建筑场地位于8～9度地震区。

大楼建筑平面为矩形，楼面外圈轴线尺寸为63m×42m；楼面中央的服务性核心区（芯筒）平面的轴线尺寸为45m×11.2m。典型层的结构平面如图5-92a所示，典型楼层的层高为3.65m。

2.结构体系

大楼主体结构采用带墙板的钢结构筒中筒体系，它由以下四部分组成：①外圈钢框筒，柱距为3.0m；②内筒，由纵向密柱型框架及嵌置于纵、横向钢框架内的预制钢筋混凝土墙板所组成，内筒的纵向柱距也是3m；③楼盖钢梁与内、外筒的钢柱均采取刚性连接；④于第14层、27层、40层和顶层，沿六道嵌置有钢筋混凝土墙板的横向框架所在平面，各设置一道一层楼高的刚性伸臂桁架（刚臂），与外框筒的钢柱相连接。结构横剖面如图5-92b所示。

此大楼因房屋的高宽比值较大，内筒的高宽比值更大，故在设计中采取下列措施以增大结构的侧向抗推刚度和抗震能力：

1）内、外筒均采用梁柱刚接和间距为3m的小柱距纵向框架，以及外筒采用小柱距的横向框架。

2）沿内筒纵、横向均设置嵌入式钢筋混凝土预制墙板作为等效支撑，以承担地震剪力；在横向，墙板与钢框架组合成4棍工字形支撑框架及2棍槽形支撑框架，在纵向，组合成20棍宽度为3m的支撑框架。

3）在第14、27、40层和顶层设置4个伸臂桁架层，其平面位置与内筒的6棍横向支撑框架重合，桁架的高度为一个楼层高度。

图5-92 东京新宿行政大厦的筒中筒体系

a）典型层结构平面 b）结构横剖面

3.构件尺寸

（1）外圈框筒和内筒的钢柱均采用焊接方形钢管，截面尺寸为550mm×550mm，壁厚为13～65mm。内筒拐角处的钢柱加大为750mm×550mm×65mm。(www.xing528.com)

（2）内、外筒的纵、横向框架梁，均采用焊接工字钢，截面高度为700mm。各层楼盖的跨度为15.4m的楼盖钢梁也都采用截面高度为700mm的焊接工字钢。

（3）预制钢筋混凝土墙板的厚度，14层以下为250mm，15层以上为180mm。每块墙板的半高处，设置一道由水平缝和两排小间距的φ32mm钢销所组成的弹性区，并用矿棉填缝，其构造细部如图5-93所示。墙板的顶面和底面仅在两端采用高强度螺栓与钢梁连接；墙板侧边与钢柱之间留有缝隙，无连接件，以免水平荷载作用下框架柱和墙板的侧向变形相互干扰。

图5-93 带水平缝的钢筋混凝土墙板

4.几项结构措施

（1）为便于钢构件的制作和安装，钢梁和钢柱的钢板厚度不宜超过100mm。

（2）对于矩形框筒，其平面转角处采取小切角（图5-92a），有利于削减框筒角柱的高峰轴压应力和轴拉应力。

（3）设置刚性伸臂桁架（刚臂），对于减小结构侧移具有显著效果。不设刚臂和设置一道或四道刚臂三种情况的对比计算结果，列于表5-18。

表5-18 刚臂对减小结构侧移的效果

5.材料用量

（1）整座大楼的建筑面积为18.3万m²，主要材料总用量为：型钢，24000t；钢筋，8500t；混凝土，98000m³。

（2）单位建筑面积的平均用钢量为：型钢，131kg/m²；钢筋，46.4kg/m²。