上海金茂大厦：高层建筑钢筋混凝土结构概念设计

2023-08-23 理论教育版权反馈

【摘要】：图10-1 金茂大厦a）剖面 b）结构组成图10-1 金茂大厦（续）c）标准层平面d）53层以上平面核心筒为正8角形的钢筋混凝土筒，面宽90ft，高宽比为12.4。在重现期为10年的风载下，可满足人的舒适度要求。

1.概况

1999年建成时，地下3层，是我国大陆地区最高的建筑（图1-8），地上88层，为多功能建筑，上部旅馆，下部53层办公，主体结构高度为372.1m，总高421m，为混合结构。建筑平面为8角形，最大轮廓尺寸为53.4m×53.4m，内筒轮廓尺寸为27m×27m，外框架至内筒跨度12m，平面、剖面见图10-1，总高宽比为7.0。抗震设防烈度为7度。美国SOM公司设计，上海华东建筑设计研究院提供设计咨询和工程监理，并进行部分施工图设计。

2.结构

采用框架—核心筒—伸臂结构体系。

外周边有8个钢筋混凝土大柱子，它们和钢筋混凝土核心筒组成主要的抗侧力体系，角部还有8个小钢柱，主要承受竖向荷载并参与抗扭。

在内筒和大柱子之间设置了3道伸臂桁架，伸臂桁架是2层高的钢桁架，位于24～26层、51～53层以及85～87层。87层以上设置了空间钢桁架，一方面承受屋顶设备层的重力荷载，一方面加强了85～87层的伸臂，保证核心筒和外柱共同工作。设置伸臂后，大大增加了结构刚度，减小了位移。

8个大柱子的底部截面尺寸为5ft×16ft（1.5m×4.88m），混凝土强度为7500psi（51.7MPa），顶部减小到3ft×11ft（0.91m×3.53m），混凝土强度为5000psi（34.5MPa）。混凝土柱除了配置钢筋外，两侧还配置了型钢骨架，型钢之间有斜加劲杆相连（类似桁架式钢骨架），可认为是钢骨混凝土柱，但钢骨在混凝土截面中的面积比仅为0.48%，大大低于钢骨混凝土柱所要求的含钢率，因此也可认为就是钢筋混凝土柱。

图10-1 金茂大厦（由上海华东建筑设计研究院提供）

a）剖面 b）结构组成

图10-1 金茂大厦（由上海华东建筑设计研究院提供）（续）

c）标准层平面

d）53层以上平面

核心筒为正8角形的钢筋混凝土筒，面宽90ft（27.43m），高宽比为12.4。墙厚由底部的33in（84cm）变化至顶部为18in（46cm）。筒内部有井字形剪力墙，厚18in（46cm），通至53层楼板后改变核心筒内剪力墙的布置，保留筒周边的剪力墙和角部的电梯井筒，形成上部旅馆的中庭天井，该天井通向尖顶，约有206m高。

图10-1 金茂大厦（由上海华东建筑设计研究院提供）（续）

c）标准层平面

d）53层以上平面

楼盖采用组合楼板，钢梁间距为4.4m，楼板是76mm厚压型钢板上现浇82.5mm厚混凝土。

基础为钢管桩，直径3ft（0.91m），管壁厚7/8in（2.22cm），一般间距9ft（2.75m），打入地下近84m，承力层为密实沙土。桩顶有4m厚的钢筋混凝土承台板。地下室埋深大，地下水位高，在施工时除做了1m厚、30m高的钢筋混凝土连续护壁墙外，还做了水平面的钢筋混凝土内撑。

3.自振特性

实测自振周期依次为6.41s、1.65s、1.39s、0.79s、0.71s，未测扭转周期^[16]。计算基本周期为6.52s，扭转周期为2.5s。

4.分析

进行了100年重现期的风荷载及7度抗震设防设计，而风荷载作用对刚度及承载力控制更为重要。委托加拿大安大略大学进行了边界层风洞试验，由气象资料分析金茂大厦上空（365m以上）梯度风速为42m/s，小于我国按规范推出的350m高空的梯度风速57.4m/s；进行了刚性模型、天平测力模型和气弹性模型的风洞试验，风洞试验所得建筑物上部风速小于按我国规范计算的风速。由于顶部风速的不同和风压分布的差别，按风洞试验计算和按我国规范计算的顶点位移和最大层间位移都有差别，设计时经过详细分析比较。在重现期为10年的风载下，可满足人的舒适度要求。地震作用采用标准反应谱，由振型组合进行内力及位移分析。此外，分别用加速度峰值35Gal、220Gal（注：1Gal=10^-2m/s²）的人工波（现场勘测及地震危险性分析得出）及El Centro地震波作了弹性及弹塑性时程分析。

上海金茂大厦：高层建筑钢筋混凝土结构概念设计

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