西尔斯大厦案例分析
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关于束筒结构的优点总结：
侧向刚度大，允许建筑达到很高的高度
结构体系的模块可以在任意高度予以削弱，在 减小横截面积的同时结构的整体性可以继续保 持，因此建筑立面布置相对灵活。
若干个筒体的并联，共同承担水平荷载，可以 看成若干个框筒之间夹了些框架隔板，由于这 种双向隔墙的加强作用，束筒结构的剪力滞后 现象明显较框筒结构有改善。
形体生成和结构
西尔斯大厦设计的两大突破：
大厦用钢材76000吨，即1.62公斤/平方米。每平方米用钢量比采用框架剪力墙结构体系的帝国 大厦降低20%，仅相当于采用5跨框架结构的50%。
大厦顶部设计风压为305千克力/m2，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。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
个人笔记： 西尔斯造型运用高层建筑退台的
设计手法，不仅解决了抗风压的难题， 还塑造了几何雕塑感的建筑形象。
束筒结构的使用，让它在同时代 的高层建筑中脱颖而出，还让建筑获 得了无柱大空间的使用。
形体生成和结构
设计背景： • 钢铁和电梯技术推动着美国高层建筑的热潮 • 这批建筑普遍使用钢材，结构体系未能突破框架结构和框架支撑结构两种形式。
形体生成和结构
① 设计出发点：探求可以让建筑建得更高的结构体系，让西尔斯大厦成为城市的地标性建筑。 探求建筑平面不断变小得设计方案，一半租赁，一半自用。
② 设计难题：1 如何建得更高？
2 如何建得高，而且凤吹不倒？ 3 平面如何不断变小？
③ 设计灵感：横截面小的比横截面大的易折断
单根筷子， 横截面小， 抗弯截面 系数小， 破坏强度 小，临界 载荷也小。 易折断。
一对对角方筒单元；67～90层再截去另一对对角方筒单元，形成十字形；91～110层由两个方筒单元直升
到顶。这样做有三点好处：
不同形式的空间
上部结构的某些单筒适当减少，可减小高层建筑上部 的受风面积，并且扰乱大气气流，使产生的涡流对高层 建筑的摇摆振动减小，从而有效地减小风力产生的侧向 移动
不同角度的形态
案例分析——西尔斯大厦
建筑设计和结构创新的突破
项目概况
建筑设计：名称：西尔斯大厦（Sears Tower）（19732009） 地点：美国，芝加哥（233 S. Wacker Drive Chicago, Illinois United States） 竣工时间：1973年 建筑面积：418,064 m2（4,455,844 ft2） 层数：110层（按标准计为108层）（地下三层） 结构：束筒结构（用钢量 161 Kg/m2） 高度：1,450英尺（442.1米） 高度（含天线）：1,730英尺（520米） 世界最高纪录保持时间：1973 - 1998 结构工程师：Fazlur Rahman Khan
哈利法塔
越秀财富中心
建筑表皮材料和立面形式
轻质的建筑表皮——由 黑色铝材和青铜色防眩光 玻璃构成——起到内外 部结构间的隔热作用，旨 在维持相对恒定的温度， 从而尽可能减少框架热胀 冷缩的情况。
表皮沿用“芝加哥”学派 的立面做法，横向长窗， 加强腰桁架，和竖向的钢 柱，表现了建筑挺拔向上 的姿态。
形体生成和结构
腰桁架结构细部
转换层 腰桁架
分析：建筑的收筒意味着刚度的突变，为抵抗风荷载和地震作用，用加 强结构腰桁架进行刚度补强，以减小水平的侧移。除此外观上能起到简 单装饰的作用。
形体生成和结构
外形设计上采用逐渐收的，即1～50层为9个宽度为22.9米的方形筒体组成的正方形平面；51～66层截去
大厦的九个束筒的八榀框架结 构模型可以等效为八片均质的 正交板，束筒结构结构就变成 了八块各向的异行板和角柱组 成的实腹薄壁筒
束筒结构工作原理： 结构受到水平力弯曲时，平面内刚度大的楼盖将约束内服腹板框架和 外侧的一起弯曲，极大的减轻各框筒柱轴力受剪力滞后而出现的受力 不均。结构性能增强。侧向风力下，轴网柱如图所示。
同期代表建筑特点：（总结——采用的结构体系在建筑高度无法突破，平面难有无柱式大空间）
帝国大厦 1框架及 框架支撑 结构体系 的极限高 度。 2底面积 130米 *60米， 采用 5.4*7米 的等间柱 网。 3建筑 102层
汉考克中 心 1外框柱， 斜撑，横 梁构成巨 大的桁架 筒体结构
3建筑 100层
可以使建筑获得不同高度，获得不同形式的无柱大空 间，适应不同公司，不同形式的活动。
大厦的造型有如9个高低不一的方形筒体集束在一起， 挺拔利索，简洁稳定，营造了不同层级的外形，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。如图所示从城市不同角度下的建筑形象。
形体生成和结构
西尔斯成束筒结构体系和世贸中心的单筒 结构体系比较
成束框架筒是一组筒体，由共同的内筒壁相互连接，形 成多格筒体，即束筒的“腹板”增强，在侧向荷载的作 用下剪力滞后效应减少，各立柱的不均匀力也减少，相 比单个框架筒更接近于实壁筒体
由于成束框架筒的立柱受力性能好，所以允许的筒壁有 较大的柱间距，可以增加开窗的面积，内部空间设计更 灵活
但在911事件中由于结构筒壁在侧向荷载作用下的剪力滞后效应的影响内筒壁刚度低楼盖梁无法承受建筑倒塌的荷载等因素故撞击后发生连续倒塌西尔斯成束筒结构体系和世贸中心的单筒结构体系比较?成束框架筒是一组筒体由共同的内筒壁相互连接形成多格筒体即束筒的腹板增强在侧向荷载的作用下剪力滞后效应减少各立柱的不均匀力也减少相比单个框架筒更接近于实壁筒体?由于成束框架筒的立柱受力性能好所以允许的筒壁有较大的柱间距可以增加开窗的面积内部空间设计更灵活?抗侧力刚度大于单框架筒它的抗剪切和抗扭转的能力增强可以建得更高?可以在丌同高度截断而丌削弱结构的整体性还可以减少顶部的风荷载?缺点是由于共用筒壁的立柱分隔丌利于设计迚深大的宽敞空间
一捆筷子， 横截面大， 抗弯截面 系数变大， 破坏强度 变大，临 界载荷也 变大。难 折断。
思考类推：单根筷子比一捆筷子更容易立起来，抵抗侧向力的能力强， 不容易倒
形体生成和结构
设计灵感：降低风压并且达到让平面逐渐变小的设计意图
形体上采用束筒结构，将九个截面相同的方形框筒集束而成，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，形成了各层不同形式的平面
抗侧力刚度大于单框架筒，它的抗剪切和抗扭转的能力 增强，可以建得更高
可以在不同高度截断而不削弱结构的整体性，还可以减 少顶部的风荷载
缺点是由于共用筒壁的立柱分隔，不利于设计进深大的 宽敞空间
结构原理分析（如何做到的呢？）
西尔斯大厦的平面较大，设计为减小外 部墙体对外力的变形，平面按模数网格 布置，使多个框架筒体和内部横纵剪力 墙形成筒体组合群。大大增加了建筑的 刚度和抵抗侧向力的能力。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。
形体生成和结构
趣味观景台
这个观景台设计的初始是没 有的，业主在观景楼层进行 改造，设计了可以伸缩的微 型观景窗口，在这里游客可 以感受在大风天的摇摆。在 晴朗天，他们可以远远地看 到伊利诺伊州的平原，密歇 根湖到印第安纳州，密歇根
州和威斯康星州的美景。还 蛮有意思的。
西尔斯大厦和世贸中心的结构对比分析
世贸中心是西尔斯之前的最高建筑， 采用的是密柱深梁 的钢框架筒体作 为主要抗侧力结构体系。但在9.11事 件中，由于结构筒壁在侧向荷载作用 下的剪力滞后效应的影响，内筒壁刚 度低，楼盖梁无法承受建筑倒塌的荷 载等因素，故撞击后发生连续倒塌
侧向刚度大，允许建筑达到很高的高度
结构体系的模块可以在任意高度予以削弱，在 减小横截面积的同时结构的整体性可以继续保 持，因此建筑立面布置相对灵活。
若干个筒体的并联，共同承担水平荷载，可以 看成若干个框筒之间夹了些框架隔板，由于这 种双向隔墙的加强作用，束筒结构的剪力滞后 现象明显较框筒结构有改善。
形体生成和结构
西尔斯大厦设计的两大突破：
大厦用钢材76000吨，即1.62公斤/平方米。每平方米用钢量比采用框架剪力墙结构体系的帝国 大厦降低20%，仅相当于采用5跨框架结构的50%。
大厦顶部设计风压为305千克力/m2，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。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
个人笔记： 西尔斯造型运用高层建筑退台的
设计手法，不仅解决了抗风压的难题， 还塑造了几何雕塑感的建筑形象。
束筒结构的使用，让它在同时代 的高层建筑中脱颖而出，还让建筑获 得了无柱大空间的使用。
形体生成和结构
设计背景： • 钢铁和电梯技术推动着美国高层建筑的热潮 • 这批建筑普遍使用钢材，结构体系未能突破框架结构和框架支撑结构两种形式。
形体生成和结构
① 设计出发点：探求可以让建筑建得更高的结构体系，让西尔斯大厦成为城市的地标性建筑。 探求建筑平面不断变小得设计方案，一半租赁，一半自用。
② 设计难题：1 如何建得更高？
2 如何建得高，而且凤吹不倒？ 3 平面如何不断变小？
③ 设计灵感：横截面小的比横截面大的易折断
单根筷子， 横截面小， 抗弯截面 系数小， 破坏强度 小，临界 载荷也小。 易折断。
一对对角方筒单元；67～90层再截去另一对对角方筒单元，形成十字形；91～110层由两个方筒单元直升
到顶。这样做有三点好处：
不同形式的空间
上部结构的某些单筒适当减少，可减小高层建筑上部 的受风面积，并且扰乱大气气流，使产生的涡流对高层 建筑的摇摆振动减小，从而有效地减小风力产生的侧向 移动
不同角度的形态
案例分析——西尔斯大厦
建筑设计和结构创新的突破
项目概况
建筑设计：名称：西尔斯大厦（Sears Tower）（19732009） 地点：美国，芝加哥（233 S. Wacker Drive Chicago, Illinois United States） 竣工时间：1973年 建筑面积：418,064 m2（4,455,844 ft2） 层数：110层（按标准计为108层）（地下三层） 结构：束筒结构（用钢量 161 Kg/m2） 高度：1,450英尺（442.1米） 高度（含天线）：1,730英尺（520米） 世界最高纪录保持时间：1973 - 1998 结构工程师：Fazlur Rahman Khan
哈利法塔
越秀财富中心
建筑表皮材料和立面形式
轻质的建筑表皮——由 黑色铝材和青铜色防眩光 玻璃构成——起到内外 部结构间的隔热作用，旨 在维持相对恒定的温度， 从而尽可能减少框架热胀 冷缩的情况。
表皮沿用“芝加哥”学派 的立面做法，横向长窗， 加强腰桁架，和竖向的钢 柱，表现了建筑挺拔向上 的姿态。
形体生成和结构
腰桁架结构细部
转换层 腰桁架
分析：建筑的收筒意味着刚度的突变，为抵抗风荷载和地震作用，用加 强结构腰桁架进行刚度补强，以减小水平的侧移。除此外观上能起到简 单装饰的作用。
形体生成和结构
外形设计上采用逐渐收的，即1～50层为9个宽度为22.9米的方形筒体组成的正方形平面；51～66层截去
大厦的九个束筒的八榀框架结 构模型可以等效为八片均质的 正交板，束筒结构结构就变成 了八块各向的异行板和角柱组 成的实腹薄壁筒
束筒结构工作原理： 结构受到水平力弯曲时，平面内刚度大的楼盖将约束内服腹板框架和 外侧的一起弯曲，极大的减轻各框筒柱轴力受剪力滞后而出现的受力 不均。结构性能增强。侧向风力下，轴网柱如图所示。
同期代表建筑特点：（总结——采用的结构体系在建筑高度无法突破，平面难有无柱式大空间）
帝国大厦 1框架及 框架支撑 结构体系 的极限高 度。 2底面积 130米 *60米， 采用 5.4*7米 的等间柱 网。 3建筑 102层
汉考克中 心 1外框柱， 斜撑，横 梁构成巨 大的桁架 筒体结构
3建筑 100层
可以使建筑获得不同高度，获得不同形式的无柱大空 间，适应不同公司，不同形式的活动。
大厦的造型有如9个高低不一的方形筒体集束在一起， 挺拔利索，简洁稳定，营造了不同层级的外形，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。如图所示从城市不同角度下的建筑形象。
形体生成和结构
西尔斯成束筒结构体系和世贸中心的单筒 结构体系比较
成束框架筒是一组筒体，由共同的内筒壁相互连接，形 成多格筒体，即束筒的“腹板”增强，在侧向荷载的作 用下剪力滞后效应减少，各立柱的不均匀力也减少，相 比单个框架筒更接近于实壁筒体
由于成束框架筒的立柱受力性能好，所以允许的筒壁有 较大的柱间距，可以增加开窗的面积，内部空间设计更 灵活
但在911事件中由于结构筒壁在侧向荷载作用下的剪力滞后效应的影响内筒壁刚度低楼盖梁无法承受建筑倒塌的荷载等因素故撞击后发生连续倒塌西尔斯成束筒结构体系和世贸中心的单筒结构体系比较?成束框架筒是一组筒体由共同的内筒壁相互连接形成多格筒体即束筒的腹板增强在侧向荷载的作用下剪力滞后效应减少各立柱的不均匀力也减少相比单个框架筒更接近于实壁筒体?由于成束框架筒的立柱受力性能好所以允许的筒壁有较大的柱间距可以增加开窗的面积内部空间设计更灵活?抗侧力刚度大于单框架筒它的抗剪切和抗扭转的能力增强可以建得更高?可以在丌同高度截断而丌削弱结构的整体性还可以减少顶部的风荷载?缺点是由于共用筒壁的立柱分隔丌利于设计迚深大的宽敞空间
一捆筷子， 横截面大， 抗弯截面 系数变大， 破坏强度 变大，临 界载荷也 变大。难 折断。
思考类推：单根筷子比一捆筷子更容易立起来，抵抗侧向力的能力强， 不容易倒
形体生成和结构
设计灵感：降低风压并且达到让平面逐渐变小的设计意图
形体上采用束筒结构，将九个截面相同的方形框筒集束而成，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，形成了各层不同形式的平面
抗侧力刚度大于单框架筒，它的抗剪切和抗扭转的能力 增强，可以建得更高
可以在不同高度截断而不削弱结构的整体性，还可以减 少顶部的风荷载
缺点是由于共用筒壁的立柱分隔，不利于设计进深大的 宽敞空间
结构原理分析（如何做到的呢？）
西尔斯大厦的平面较大，设计为减小外 部墙体对外力的变形，平面按模数网格 布置，使多个框架筒体和内部横纵剪力 墙形成筒体组合群。大大增加了建筑的 刚度和抵抗侧向力的能力。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。
形体生成和结构
趣味观景台
这个观景台设计的初始是没 有的，业主在观景楼层进行 改造，设计了可以伸缩的微 型观景窗口，在这里游客可 以感受在大风天的摇摆。在 晴朗天，他们可以远远地看 到伊利诺伊州的平原，密歇 根湖到印第安纳州，密歇根
州和威斯康星州的美景。还 蛮有意思的。
西尔斯大厦和世贸中心的结构对比分析
世贸中心是西尔斯之前的最高建筑， 采用的是密柱深梁 的钢框架筒体作 为主要抗侧力结构体系。但在9.11事 件中，由于结构筒壁在侧向荷载作用 下的剪力滞后效应的影响，内筒壁刚 度低，楼盖梁无法承受建筑倒塌的荷 载等因素，故撞击后发生连续倒塌