上海环球金融中心大厦：高楼钢结构体系与工程实例

1.建筑概况

上海环球金融中心大厦（Shanghai World Financial Center）位于上海浦东陆家嘴金融贸易区。主楼地下3层，地上95层，高492m，总建筑面积为33.5×10⁴m²。

大厦塔楼，下段采用正方形平面；中段和上段的建筑平面为六边形，即自第32层起，正方形平面的一组对角，自下而上按弧形曲线渐变地收进，至楼房顶部492m高度处，变成很窄的带状。

塔楼顶部横穿楼房的方形洞口中，架设观光桥廊，并设置美术展厅、咖啡厅等，提供了从400m高度处眺望上海市及其效区美景的休憩场所。图5-98为大厦模型的外观。

2.结构设计

（1）大厦主楼采用型钢混凝土结构筒中筒体系。楼面外圈的筒体采用由型钢混凝土梁和型钢混凝土柱构成的框筒；楼面核心部位设置由钢筋混凝土墙体构成的内筒；内、外筒之间的楼盖，采用钢梁及压型钢板为底模的现浇混凝土组合楼板。大楼的上、中段结构平面和结构剖面见图5-99。

（2）由于内筒的高宽比值较大，约为14，为了抑制内筒的过大弯曲变形，并使外筒翼缘框架中央各柱更充分地参与抵抗水平荷载倾覆力矩，在大楼上段、中段的各设备层或避难层，设置纵、横向刚性伸臂桁架和沿外框筒周边的环向桁架，以加强内、外筒之间的连接。

（3）大楼顶部第90层以上各楼层，采用钢支撑组成的立体构架。

（4）为了提高外圈型钢混凝土框筒的构件延性和受剪承载力，在框筒结构中剪力较大的部位增配X形钢筋。型钢混凝土框筒的立柱和窗裙梁的代表性截面如图5-100所示。

（5）根据地基勘察报告，将地面下80m深的细砂层作为大楼的地基持力层，并采取钢管桩和筏形基础。

（6）该工程施工期间作了一次重大修改，将原来筒中筒结构的外圈密排柱换成大型钢支撑，形成大型支撑筒，进一步提高了整个结构的抗推能力。

3.抗风计算

图5-98 上海环球金融中心大厦外观

（1）按照我国GB 5009—2001《建筑结构荷载规范》，上海市区，重现期为100年，高度为10m处的基本风速v₀＝32.8m/s；地面粗糙度为B类时（地面粗糙度系数α＝0.16，梯度风高度为350m），大楼顶部的风速为58m/s。

（2）大厦模型风洞试验数据表明，风向以5度分级，自0°（U轴方向）逐级变化到90°（V轴方向），其中以风向为40°时（图5-101a），结构底面剪力和倾覆力矩的数值为最大。据计算，结构底面剪力V₀＝14×10⁴kN（图5-101b）。

（3）风洞试验结果表明，可能引发大楼共振的临界风速约为设计风速的4倍。可以确认，在设计风速范围内，大楼不会发生不稳定的共振。(www.xing528.com)

（4）为防止风荷载作用下引起大楼使用者的风振不适感，分别按重现期为10年、5年、1年时大楼顶部风速为48m/s、44m/s、37m/s，对大楼进行风振加速度验算。

图5-99 上海环球金融中心大厦结构布置

a）大楼上段结构平面 b）大楼下段结构平面 c）结构剖面

图5-100 型钢混凝土框筒构件的代表性截面

a）框筒立柱 b）窗裙梁

图5-101 根据风洞试验数据计算出的基底剪力

a）最不利风向 b）结构底面水平剪力

4.抗震计算

（1）结构第一阶段抗震设计，按7度、Ⅳ类场地进行结构的内力和侧移验算。

（2）第二阶段抗震设计，考虑下列三种情况地震的影响：①上海附近的震级为6.0的浅源地震；②上海东方海域的震级7.0、震中距离37km的大地震；③上海西北350km处地层断裂错动引发的震级为8.5的特大地震。

5.结构控振

（1）大楼的自振周期较长，除了在结构强度上确保安全外，还应将结构振动控制在不致引起大楼使用者不适感的范畴内。

（2）在大楼顶部第95层内安装SSD阻尼装置，以减小水平荷载引起的大楼振动幅值。