休斯敦塔楼：高楼钢结构工程实例

1.建筑概况

美国休斯敦市于1982年建成的第一城市塔楼（First City Tower），地下1层；地上49层，高207m；层高为3.96m。建筑平面采用带斜边的矩形，长边为73.1m，斜向短边的宽度为40m，长短边的夹角为65°。大楼总建筑面积为13.4×10⁴m²。图5-141为大楼的外观。

大楼前后立面各设置四条凹槽形竖向观光带，每条观光带的高度为11个楼层高度，观光带自左至右、由下而上按阶梯形逐段错位设置，但上、下错位的阶梯部位的楼板不留凹槽缺口。

2.结构体系

配合大楼的核心式楼面布置方案，主体结构采用型钢混凝土结构“芯筒-框架”体系。型钢混凝土芯筒沿楼面中心服务竖井周圈布置，型钢混凝土框架柱沿楼面的外圈布置。周边框架梁、各层楼盖梁以及芯筒钢暗柱之间的连梁，均采用工字钢梁。典型楼层的结构平面如图5-142a所示。

芯筒的平面尺寸为36.5m×12m，由两片槽形剪力墙和三片工字形剪力墙所组成。芯筒两端的槽形剪力墙和中央的一片工字形剪力墙，从基础一直延伸到顶层；其他两片剪力墙在第29层楼板高度处中止。

3.构件截面尺寸

芯筒采取现场浇灌混凝土，其纵、横墙体除双面双向配筋外，在所有纵、横墙交接处，均配置截面尺寸为267mm×257mm的H型钢作为暗柱（图5-142b）。

图5-141 美国休斯敦市第一城市塔楼外貌

图5-142 第一城市塔楼的型钢混凝土“芯筒-框架”体系(www.xing528.com)

a）结构平面布置 b）芯筒角部的型钢暗柱 c）外圈框架长边的圆柱 d）外圈框架短边的角柱 e）外圈框架短边的中柱

楼面长边间距为9m的型钢混凝土圆柱，内设的H型钢截面尺寸由底层的455mm×418mm，变化到顶层的356mm×254mm（图5-142c）。位于楼层平面斜向短边上的外圈型钢混凝土角柱和中柱（图5-142d、e），截面宽度不变，截面厚度由下向上分级减薄，竖向钢筋直径也由底层的57分级减小到顶层的22。各根框架柱内的H型钢芯柱的腹板上均焊接圆柱头栓钉。

芯筒中的钢连梁与钢暗柱之间采取仅能传递竖向剪力的螺栓连接，连梁端部的受弯承载力，除需验算连梁截面的承载力外，还需验算连梁上、下翼缘面所焊栓钉的受剪承载力（图5-143）。

建筑地基为深厚的轴土层，大楼采用2.1m厚的平板筏形基础。为考虑日后大楼地基的压缩变形，基础底板实际标高比设计标高提高50mm。整个基础底板总共耗用805t钢筋和8870m³混凝土。

图5-143 钢连梁与芯筒钢暗柱及剪力墙墙肢的连接详图

4.结构材料用量

整座大楼共耗用型钢8030t，钢筋2900t，混凝土42000m³。大楼每单位建筑面积的材料耗用量：型钢，60kg/m²；钢筋，22kg/m²；混凝土，0.31m³/m²。

5.施工工序

施工时，先行安装型钢混凝土柱中的型钢芯柱和芯筒中的型钢暗柱以及楼盖钢梁，组装施工阶段承重结构的钢框架，继之浇筑混凝土组合楼板，作为施工平台，然后浇灌型钢混凝土芯筒和框架柱的混凝土。但在浇筑各层混凝土楼板时，应在芯筒的周边和框架柱的内侧预留后浇带，用作提升柱和芯筒墙体模板的空间。