常用建筑结构实例调研及分析

高层建筑常用结构类型►建筑结构类型:筒中筒结构►建筑名称:兰州国芳大酒店►建筑概况:兰州国芳大酒店位于兰州市东方红广场，是兰州国际博览中心二期工程，为一五星级酒店兼商务写字楼及商场的大型超高层公共建筑。总建筑面积约9万m2，分主楼和裙楼两部分。其中裙楼为酒店附属用房，地下两层，地面以上九层，总高43.4米。主楼地下三层，为车库和六级人防兼设备用房，地面以上39层，由办公、客房及公共用房组成，1-9层层高为4.8米，标准层层高为3.1米和3.15米，39层为带夹层的旋转餐厅，层高10米，建筑主体高144米。另出屋面设有三层塔楼，建筑总高为161.9米，是兰州市中心繁华区内最高的一座建筑（见图1）。该工程抗震设防烈度为8度，属高度超出现行规范规定较多的超限高层建筑。按建设部59号令的要求，先后通过了全国和省超限高层建筑抗震设防审查委员会对初设和施工图的抗震设防专项审查。该工程主楼和裙楼间采用了抗震缝，限于篇幅，本文仅介绍主楼部份的结构设计。►结构分析说明:结构选型本工程主体高144米，平面布置规则，接近正方形，经技术经济分析采用现浇钢筋混凝土筒中筒结构。内筒为剪力墙（平面长宽分别为21m和12.6m），外筒由密柱高裙梁组成（平面长宽分别为45m和36.6m）。另结合建筑功能在外筒体四角处布置部分剪力墙，以增强结构抗扭刚度和外筒的整体抗弯能力。标准层结构平面布置见图2.3.1.2体型参数为保证本工程筒中筒结构的空间受力性能和承载力，设计中对各项参数在满足建筑功能的前提下，尽量控制在合理范围内。其中：结构平面长宽比1.23，结构高宽比短向为3.9、长向为3.2，内筒高宽比长向为12.5、短向为7.5，内筒面积占楼层面积的16%.外筒柱距4.2m，外筒标准层立面开洞率为39%，洞口高宽比0.64和层高与柱距之比0.74基本接近。►建筑结构类型:剪-筒结构►建筑名称:胜龙大厦►建筑概况:本工程占地面积2342.7m2，总建筑面积18975m2，工程由地下二层，地上二层商场，北边三至七层为办公楼，南边三至九层为商住楼组成，建筑物总高度办公楼为29.7米，商住楼为36.3米，地下二层层高为4.2米，地上两层商场层高为4.2米，商住楼标准层层高为2.8米，±0.00室内外高低差为0.45米，其中，地下二层为车库、农贸市场的库房、消防生活水池、配电房等，地下一层为农贸市场。根据工程特点、建筑要求及使用功能要求，本工程结构类型为全框架剪筒结构。基础形式：本工程采用人工挖孔灌注桩，承台采用桩帽加地梁拉结，核心筒区采用整板加群桩基础的形式。本工程不设施工缝，只在5～6轴中间支边处设置800宽施工期间的后浇带。结构分析说明:根据工程特点、建筑要求及使用功能要求，本工程结构类型为全框架剪筒结构。基础形式：本工程采用人工挖孔灌注桩，承台采用桩帽加地梁拉结，核心筒区采用整板加群桩基础的形式。本工程不设施工缝，只在5～6轴中间支边处设置800宽施工期间的后浇带。结构材料的选用：►1．砼强度等级为C25、C30、C35，其中基础大底板采用C30S8。►2．钢筋采用Ⅰ级钢、Ⅱ级钢，优先采用国产钢材。►3．墙体：外墙楼梯间墙采用240厚KP1非承重空心砖，内墙采用200厚或120厚的轻质砌块，卫生间墙均采用120厚的轻质砌块。►建筑结构类型:束筒结构►建筑名称:西尔斯大厦►建筑概况:美国芝加哥的一幢办公楼,SOM建筑设计事务所设计，1974年建成,高443米，是当今世界最高建筑物之一。总建筑面积418000平方米，地上110层，地下3层。底部平面68.7×68.7米,由9个22.9米见方的正方形组成。在这些正方形的范围内都不另设支柱，租用者可按需要分隔。整个大厦平面随层数增加而分段收缩。在51层以上切去两个对角正方形，67层以上切去另外两个对角正方形，91层以上又切去三个正方形，只剩下两个正方形到顶。建筑特点:大厦结构工程师是1929年出生于达卡的美籍建筑师F.卡恩。他为解决像西尔斯大厦这样的高层建筑的关键性抗风结构问题，提出了束筒结构体系的概念并付诸实践.大厦的造型有如9个高低不一的方形空心筒子集束在一起，挺拔利索,简洁稳定。不同方向的立面,形态各不相同，突破了一般高层建筑呆板对称的造型手法。这种束筒结构体系是建筑设计与结构创新相结合的成果。►结构分析说明►西尔斯大厦高达443米，其平面由九个22.9米见方组成的竖筒，底层平面就是一个68.7米见方的大筒了。大厦的外形是逐渐上收，九个竖筒分别截止在不同的高度上，1到50层由九个竖筒组成正方形平面，51到66层截去3对角的两个坚筒，67到90层截去了另一组对角的两个竖筒组成一个十字形平面，91层到110层截去三个边形竖筒，只剩两个竖筒直达顶点。►整幢大厦被当作一个悬挑的束筒空间结构，离地面越远剪力越小，大厦顶部由风压引起的振动也明显减轻。顶部设计风压为305千克力／米2，设计允许位移（振动时允许产生的振幅）为建筑总高度的1/500，即900毫米，建成后最大风速时实测位移为460毫米。►西尔斯大厦用钢材76000吨,每平方米用钢量比采用框架剪力墙结构体系的帝国州大厦降低20％，仅相当于采用5跨框架结构的50％。这种束筒结构体系概念的提出和应用是高层建筑抗风结构设计的明显进展。►建筑结构类型:框筒结构►建筑名称:金茂大厦►建筑概况:占地236万平方米，建筑面积28.95万平方米。高420.5米，88层。建筑特点:金茂大厦的设计师是美国芝加哥著名的SOM设计事务所。设计师以创新的设计思想，巧妙地将世界最新建筑潮流与中国传统建筑风格结合起来，成功设计出世界级的，跨世纪的经典之作，成为海派建筑的里程碑，并已成为上海著名的标志性建筑物，1998年6月荣获伊利诺斯世界建筑结构大奖。1999年10月容膺新中国50周年上海十大经典建筑金奖首奖。金茂大厦的设计令人联想起中国古代的宝塔造型，随着楼高往上，一步步渐渐地向里退缩，构成一个有韵律的构图。根据大厦的设计者：基于多处重复出现中国传统上认为是吉祥之8这个数字，它可以说是一个中国化的装饰派艺术风格的建筑。大厦充分体现了中国传统的文化与现代高新科技相融合的特点，既是中国古老塔式建筑的延伸和发展，又是海派建筑风格在浦东的再现。金茂大厦主楼1～52层为办公用房，53～87层为五星级宾馆，88层为观光层。大堂内的办公区专用候梯厅造型独特，犹如金碧辉煌的古埃及金字塔。专为办公设置的五组26台高速电梯采用独特的玻璃轿厢，玻璃门厅，宽敞明亮，可迅速而又舒适地把客人送达各办公楼层而又不必中转。每十层5－6部电梯的配置可保证客人在上下班高峰时，候梯时间不超过35秒，给人以便捷的交通。►结构分析说明:本工程主楼结构形式是框筒结构，中间的核心筒为八角形的现浇钢筋混凝土，在53层下内设井字型隔墙，外侧有8根钢巨形柱和8根复合式巨形柱，在24～26层、51～53层、85～87层设3道钢结构的外伸桁架将核心筒与复合巨形柱连成整体以提高塔楼侧向刚度。5层裙房采用一般的多层框架钢结构体系.整体结构高宽比达9:1,总用钢量18500吨。本工程主楼、裙房与广场地面之下都为3层地下室，地下室为钢筋混凝土结构，主楼下部为满堂4m厚基础板，裙房及广场下部为普通筏式基础。由于本工程基础底部采用盲沟集流，人工排水系统，因此基底不考虑浮力，基础板相对较薄。本工程主楼桩采用900mm钢管桩一直打到地质构造中的第9层土，即地下83m处，裙房采用小型钢管桩，打到第7层土。大跨度建筑常用结构类型►建筑结构类型:钢架结构►建筑名称:鸟巢►建筑概况:工程总占地面积21公顷，建筑面积258,000㎡。场内观众坐席约为91000个，其中临时坐席约11000个。►结构分析说明:工程主体建筑呈空间马鞍椭圆形，南北长333米、东西宽294米的，高69米。主体钢结构形成整体的巨型空间马鞍形钢桁架编织式“鸟巢”结构,钢结构总用钢量为4.2万吨，混凝土看台分为上、中、下三层，看台混凝土结构为地下1层，地上7层的钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系。钢结构与混凝土看台上部完全脱开，互不相连，形式上呈相互围合，基础则坐在一个相连的基础底板上。国家体育场屋顶钢结构上覆盖了双层膜结构，即固定于钢结构上弦之间的透明的上层ETFE膜和固定于钢结构下弦之下及内环侧壁的半透明的下层PTFE声学吊顶。►建筑结构类型:折板结构►建筑名称:青岛颐中体育馆►建筑概况:总建筑面积43700m2,建筑总高度41􀀂3m。体育馆固定座席10000余座,活动座席12500座,可满足举办体操、手球、篮球、排球等项目全国性和单项国际比赛的要求,并可供冰上项目表演、文艺演出及集会使用,是一座大型体育建筑,该工程已于2009年2月21日竣工。►结构分析说明:屋盖结构采用折板球形网壳,杆件采用圆钢管,最大杆件􀀂219􀀂14,最小杆件􀀂76􀀂4,钢管及焊接球材料为Q345B,螺栓球采用45#钢,投影面积14122m2,展开面积18284m2,跨度110m,结构矢高13􀀂820m,矢跨比1􀀂8,周边最大悬挑长度11m。沿圆周共设36个支座,支承于下部钢筋混凝土人字形格构柱上,并由柱帽形式支承整个网壳.►建筑结构类型:平板网架结构►建筑名称:首都体育馆►建筑概况:面积约为54,600平方米，毗邻奥林匹克饭店。这座体育馆占地七公顷，总建筑面积四万平方米，东西长一百二十二米，南北宽一百零七米。馆内有一万八千个观众席，是北京市最大的现代化体育馆。这座体育馆设有比赛大厅一个，练习馆三个，观众休息厅六个。比赛大厅的比赛场长八十八米，宽四十米。可进行乒乓球、羽毛球、排球、篮球、体操等多样比赛，比赛场内的地板可以移动撤走，放水结冰后，可进行滑冰、冰球、花式溜冰等冰上体育比赛。►结构分析说明:平板网架最引人瞩目的空间结构仍是六七十年代就已崭露头角并得到持续发展和广泛应用的平板网架，从1964年至1997年国内已有大约8000幢大大小小的建筑采用这类结构，广泛用于大型体育馆建筑、展览中心、影剧院、商场、航站楼、候车厅、工厂、仓库、电视塔，甚至食堂、门廊等，总覆盖面积约900万m2，年增长约80万m2。网架在工业厂房中的应用在70年代末就开始研究，80年代初在唐山(丰润)机车车辆厂的总装车间(约5万m2)和唐山齿轮联合厂房(1．65万m2)等开始采用，但大量应用还是在80年代后期和90年代规模之大为国际上少见。网架结构，改变了常规屋盖体系，柱网加大，有利于工艺灵活布置，一个车间的面积往往达几万m2.►建筑结构类型:网壳结构►建筑名称:国家大剧院►建筑概况:该壳体长约218m,宽约146m,高约46m,厚约3m,总体积约85万m3,钢结构总重约6500t,造价在3􀀂5亿人民币左右。国家大剧院巨型的椭圆形壳体由双层钢网壳组成。壳体外部部分覆盖以钛合金板,壳体正门中间部分留有双曲形透明玻璃砖盖,以丰富建筑造型和局部采光之用,内侧为木制吊顶。►结构分析说明:钢网壳由148榀空腹桁架构成的竖向主肋与53水平肋连接空腹桁架的内外竖杆形成壳体的环梁,到顶部水平肋形成一刚性环。几何关系复杂。这给建模带来了不便。本文的模型,主肋由内外竖杆与辐射杆构成空腹桁架,以宽200mm、厚60mm的钢板制成。水平环肋为􀀂194mm􀀂5mm钢管,顶部的水平环肋采用􀀂300mm􀀂20mm的圆钢管。为了增加整体刚度,局部设置了􀀂114mm􀀂10mm的钢管斜撑。网壳结构一般抽象为理想铰接或理想刚接的杆系结构体系􀀂1􀀂按钢架或桁架进行线性或非线性计算。双层网壳多采用铰接连接模型。由于空间桁架位移法涉及到边界单元的问题,该模型庞大复杂,时间有限,所以本文均采用刚接,即所有杆件为梁单元。并且仅考虑网壳在弹性阶段的受力。图►建筑结构类型:薄壳结构►建筑名称天津博物馆►建筑概况:在天津市中心区友谊路银河公园旁，一座酷似“白天鹅”的建筑，昂首挺立，展翅欲飞。这就是我国北方唯一的仿生薄壳式建筑——天津博物馆。天津博物馆坐落于天津市河西区友谊路与平江道交口的银河广场，占地面积5万平方米，总建筑面积3.5万平方米，总投资32711万元，拥有1