[分享]上海中心大厦设计介绍(下)

发表于2018-08-04     2359人浏览     2人跟帖     总热度:443  

题记:根据收集到的相关文献、资料、网页等信息,对上海中心大厦的设计进行简要介绍。主要分为七个部分:01概况;02平面与立面;03抗侧力结构体系;04幕墙支撑体系;05绿色节能设计;06基础设计;07其他问题。上篇包括前三部分,下篇包括后四部分。

04、幕墙支撑体系

上海中心大厦采用双层幕墙结构,外层幕墙是为了立面的需要,这样可以保证主体结构的规则性,内部再加一层幕墙的一个重要的作用——世界上最大的保温瓶。上海夏季炎热、冬季寒冷,双幕墙系统可以加大室内外温差,符合绿色节能的需要。为了支撑外层幕墙,工程师设计了一套相对独立的幕墙支撑体系,即“分区悬挂的柔性幕墙支撑结构”。分区幕墙悬挂高度达到55~66m,悬挂在上一区段楼面上(加强层)。

上海中心大厦设计介绍(下)_1

在每个加强层的上部设备层内,设置了多道沿辐射状布置的径向桁架,径向桁架一方面承担了设备层内机电设备以及每区休闲层的竖向荷载,同时,在外部悬挑端,通过拉杆悬挂起下部每个区的外部玻璃幕墙。悬挑端在重力荷载作用下,相当于悬臂梁的受力情况,从而使悬挑部位的上部楼层(休闲层)受到较大的拉力,该拉力由桁架的弦杆以及楼板传递到巨型柱和核心筒上。这导致休闲层楼板应力较大,根据计算结果,楼板需配置18@140的钢筋以抵抗该拉应力,但是,这将导致楼板钢筋过于密集,从而导致楼板混凝土浇筑困难。最终,工程师考虑在拉应力较大部位的楼面铺设10mm厚钢板,以代替部分受拉钢筋作用。

上海中心大厦设计介绍(下)_2

上海中心大厦设计介绍(下)_3

05、绿色节能设计

除了上面所说的双层幕墙体系,绿色节能设计还体现在以下几个方面。


a)楼顶安装垂直轴风力涡轮机,Strabala称之为风电场。在这样的高度,风力涡轮机可以产生很多能量,发电机每年可以提供近 350000千瓦时的电力;


b)大厦顶部设计成现在的造型是为了收集雨水,以供回收利用;


c)上海中心大厦将内设六个康乐区,或者叫空中大堂,这样租户便可就近享受休闲娱乐,从而减少能源消耗。举例说明,某人在76楼工作,从这一层出发,如果他能在上下不出 14 层的范围内到一处康乐区吃午餐,而不必一直下到楼底,那就节约了能源。


d)大型多功能建筑非常具有可持续性,上海中心大厦就是一系列相对小型的建筑相互堆叠在一起构成的。所以,当上班族前来办公,酒店客人正好离开。从通勤的角度而言,他们有相互抵消的作用。同时,大厦附近的新地铁线也会极大地缓解道路拥堵。办公室的用电高峰时段是从早九点到晚六点,而酒店的用电高峰时段正好是从晚八点到早六点。这样就可以把电厂建得小一点,在不同的时段供电。


e) 上海中心大厦能够对自含能量进行三重利用。首先将空气吸收到大厦内部,用完之后将其投入中间空间,再通过液体循环式热交换器进行第三次利用,从而用向外流动的空气对流入的空气进行干燥。这个系统比较昂贵,但长期来看,它可以节约能源,在50年内大概可节约20003000万美元。

06、基础设计

上海中心大厦塔楼采用钻孔灌注桩,桩基直径1m,核心区桩长56m,共247根,扩展区桩长52m,共700根,核心区桩长较长,主要是为了减小核心区沉降。核心区及巨柱下,采用梅花形布置,其他部位,采用矩形布置。桩端持力层为粉细砂层,采用桩端后注浆,单桩承载力特征值10000kN。塔楼基础筏板面积8623㎡,厚度6m,基础埋深30.8m。根据有限元基床系数法计算沉降,同济大学所取桩基弹簧刚度分别为核心筒区97.5kN/mm,其他区域152kN/mm,最大桩顶沉降为72mm。而第三方独立审核公司,对两个区域的桩基弹簧刚度分别取为5565kN/mm

上海中心大厦设计介绍(下)_4上海中心大厦设计介绍(下)_5

值得说明的是,金茂大厦和环球金融中心均采用了钢管桩基础,而上海中心选用了对周边环境影响小、造价低、施工周期短的后注浆钻孔灌注桩。为此,相关单位进行了详细的试桩试验。根据检测结果,11组试桩均加载至拟定最大加载量26000kN,其桩顶和桩端最大沉降量分别为38mm1.58mm;残余沉降量分别为11.37mm0.50mm;回弹量分别为26.63mm1.08mm。单桩竖向抗压极限承载力均不小于最大加载量26000kN

07、其他问题

超长螺栓拼接

构件截面为焊接H形钢,截面尺寸1000mmX800mmX120mmX120mm;腹板拼接板为100mm,翼缘外侧拼接板为80mm,内侧拼接板为90mm,拼接板采用M30螺栓摩擦型连接,根据计算,共632颗螺栓,螺栓轴距100mm,拼接长度4.41m

上海中心大厦设计介绍(下)_6

根据文献分析结果,两侧H形钢表面摩擦力关于中部的拼接缝呈对称分布,且拼接缝一侧,呈现螺栓群两端摩擦力较大、中间较小的分布形式。螺栓接头的传力也呈现“两端大、中间小”的特点,特别是当螺栓接头长度较长时,这种不均匀性更加明显。摩擦型螺栓拼接传力时总是端部螺栓先发挥作用,随着荷载的增大,中部螺栓作用逐步发挥,当荷载增大到一定水平,端部螺栓达到其摩擦承载力的最大值时,此时端部螺栓受力不再增大,而中部螺栓受力逐渐增加。

用钢量优化措施

  1. 适当降低结构刚度,延长结构周期,但仍按规范控制层间位移角,且控制核心筒剪切位移角不超过1/2000;

  2. 巨型柱含钢率考虑不同楼层受力情况的差异,在结构1区和加强层及其上下一层巨型柱含钢率取5%,标准层取4%

  3. 筏板板底配筋由全拉通配筋改为基本配筋贯通,柱下局部加强的方式,有效减小了配筋量;

  4. 考虑到翼墙部分承担竖向荷载较小,轴压比均值约0.2左右,设定地下室各层翼墙抗震等级比核心筒抗震等级低一级,从而减小了抗震构造所需的钢筋用量。

  5. 通过提高钢筋的承载力比例,可以降低钢板用量,尽管钢筋用量有增加,但总费用降低。

超大超厚底板

上海中心大厦主楼61000立方米大底板混凝土浇筑工作于2010329日凌晨完成,如此大体积的底板浇筑工程在世界民用建筑领域内开创了先河。上海中心大厦基础大底板浇筑施工的难点在于,主楼深基坑是全球少见的超深、超大、无横梁支撑的单体建筑基坑,其大底板是一块直径121米,厚6米的圆形钢筋混凝土平台,11200㎡的面积相当于1.6个标准足球场大小,厚度则达到两层楼高,是世界民用建筑底板体积之最。其施工难度之大,对混凝土的供应和浇筑工艺都是极大的挑战。作为632米高的摩天大楼的底板,它将和其下方的947根主楼桩基一起承载上海中心121层主楼的负载,被施工人员形象地称为定海神座

上海中心大厦设计介绍(下)_7


参考文献

1)汪大绥上海中心大厦结构第三方独立审核[J].建筑结构.

2)丁洁民上海中心大厦结构分析中若干关键问题[J].建筑结构学报.

3)陆天天上海中心大厦结构整体稳定性分析及巨型柱计算长度研究[J].建筑结构学报.

4)何志军上海中心大厦幕墙支撑结构关键节点分析设计[J].建筑结构.

5)顾建平上海中心大厦项目主楼桩基的选型与评估[J].建筑施工.

6)丁洁民组合结构构件在上海中心大厦中的应用与研究[J].建筑结构.

7)丁洁民上海中心大厦巨型框架关键节点设计研究[J].建筑结构学报.

8)赵昕.上海中心大厦结构抗风设计[J].建筑结构学报.

9)百度文库、百度百科、网页




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