高层建筑结构

案例分析三 香港汇丰银行总部大楼
结构 由组合柱外伸桁架，桁架悬挂 拉杆承受楼板重量，是间接传 力系统中的一种。 组合柱共8组，每组由4根钢柱 组成，四根钢柱由每层的水平 横梁联系。钢柱由钢管焊接而 成，底部直径1.4m、壁厚10cm， 组合柱的轴线尺寸5.1mx4.8m，
案例分析三 香港汇丰银行总部大楼
案例分析三 香港汇丰银行总部大楼
总结 间接传力结构没有直接传力体 系效率高，建造成本相对较高， 但如果追求大跨度使用空间， 则仍是一种有效的方式。 结构美感成为了建筑显著的特 征，外露的结构使得大楼充满 了张力。
案例分析四 香港中国银行（Bank of China Building，Hong Kong）
横向布臵剪力墙 纵向布臵剪力墙
结构特性 剪力墙结构
横向布臵剪力墙 横向布臵的剪力墙带来 建筑内部灵活布局，但 对立面约束大，开洞余 地小。
芝加哥城市监狱1978
结构特性 剪力墙结构
纵向布臵剪力墙 纵向布臵的剪力墙对平 面灵活性约束大，常用 在住宅、旅馆等建筑中。
结构特性 剪力墙结构
案例分析一 希尔斯大厦（Sears Tower） 结构
框筒内部每层设臵水平钢桁架作为楼板的支撑 构件，跨度为小框筒边长22.85m，间距4.57m， 高度1m。每隔6层变化一次桁架的跨度方向以 加强整体刚度。钢架梁上铺设压型钢板，上浇 筑63mm厚的轻质混凝土。22.85m的跨度内无 柱，因此室内空间布臵灵活。
结构特性 筒结构体系
外立面的几种处理方式
框架网格
结构特性 筒结构体系
外立面的几种处理方式
桁架网格
匹兹堡钢铁大厦1963（斜撑跨一层）
结构特性 筒结构体系
外立面的几种处理方式
竖向桁架（柱+支撑） 大型斜向支撑与梁柱系统 共同受力。
芝加哥汉考克大厦1969
结构特性 荷载截获型体系
水平荷载是决定因素 一定高度的高层建筑，竖向荷 载大体是定值，而水平荷载受 风荷载和地震作用在不同结构 形式的影响，变化幅度大。
概述 结构设计要点
高层建筑结构设计要点：
轴向变形极为重要 竖向荷载引起柱子轴向变形，从 而减小连续梁支座负弯矩，加大 跨中正弯矩，对结构不利，应控 制轴向变形。
转换层 剪力墙体系低 层如需宽敞的 大空间，必须 通过结构转换 （框支剪力墙） 的方式，但增 加了结构的复 杂性和经济性。
亚特兰大宾馆1985
结构特性 筒结构体系
高层建筑层数层增多，高度增大时，框架、剪力墙体 系不能满足建筑和结构的要求，采用具有空间受力性 能的筒体系，筒体可以由剪力墙构成，也可由密柱框 筒构成。
地上110层，主体高度443m。阶梯状向 上收缩，底层平面正方形（边长 68.6m），由9个方形小框筒组成，总建 筑面积37万平方。外墙为褐色铝合金框 架和防炫目古铜色玻璃。
案例分析一 希尔斯大厦（Sears Tower）
结构
束筒结构的典型代表。 小框筒每边6根柱，柱距4.57m，9个框 筒沿高度分段截断：第50层结束对角线 上2个，66层结束另一对角线上的2个， 90层结束周边3个，最后剩下2个小框筒 到110层。
高层建筑结构
概述 定义
高层建筑的定义：
用来控制高处荷载的结构，它将建筑物立面高 度所引起的垂直荷载（楼面荷载与屋面荷载）， 风荷载和振动荷载由上至下汇集并传递到基础。 高度作用体系也常被成为高层建筑。
概述 结构设计特点
高层建筑结构设计特点：
荷载在楼面汇集，传递至主 要柱子等垂直承重构件，最 终传递至基础释放到地基。 其中还要有抗水平侧向作用 的构件用于稳定结构本身， 将荷载水平传递、改向、垂 直传递到达地面。
概述 结构设计要点
高层建筑结构设计要点：
水平荷载是决定因素 竖向总荷载与建筑高度一次方成 正比，而水平荷载的作用与建筑 高度二次方成正比，水平侧向荷 载对结构受力影响更大。 层数越高，水平荷载影响越大。 水平荷载下高层建筑的变形：弯 曲、倾覆、剪断、扭曲和振动等。
概述 结构设计要点
高层建筑结构设计要点：
案例分析一 芝加哥汉考克大厦（John Hancock Center,Chicago）
结构
主体结构包括位于中 央的核心筒和外围的 桁架筒。 外筒结构分为主次两 部分：主结构包括角 柱、斜撑和主楼层横 梁；次结构包括中间 柱和各层横梁，此结 构支撑于主结构上。
案例分析一 芝加哥汉考克大厦（John Hancock Center,Chicago）
案例分析一 芝加哥汉考克大厦（John Hancock Center,Chicago）
总结 外柱之间加斜撑，将桁架受力机制引入 外筒结构，加强大厦的刚度和稳定性。 四棱锥的体系稳定性好，巨大的斜撑是 结构抵抗侧向荷载的关键。 结构效率高，外露的支撑系统也成为大 厦的标志性外观。大厦用钢量145kg/m， 侧移也非常小。
结构特性 悬挂结构体系
渣打银行 1970
案例分析一 希尔斯大厦（Sears Tower）
项目位臵：美国，芝加哥 建筑师：Bruce Graham，SOM 结构类型：钢结构束筒体系 建成时间：1974年 建筑材料：钢、钢筋混凝土、 铝合金、玻璃等
案例分析一 希尔斯大厦（Sears Tower）
概况
大梁悬挑
桁架悬挑
结构特性 悬挑结构
要求体型对称， 核心筒居中，虽 然空间内可完全 无柱，但出挑长 度各向要一致， 对建筑平面和体 型是一个很大的 制约。
结构特性 悬挑结构
Price tower 1956 赖特
结构特性 悬挑结构
johnson wax building约翰森石蜡公司办公楼 1969-1939 赖特
案例分析一 希尔斯大厦（Sears Tower）
结构
大厦分别在35、66、90和109 层设臵四个结构加劲层，加 劲层用桁架将所有外柱相连， 加强小框筒之间的联系，相 当于给整个结构加上4道圈梁， 有效的提高结构的整体刚度。 加劲层作为设备层和避难层 使用。 控制大厦结构的是侧向风荷 载，顶部风压3KN/m2，允 许顶端位移h/500，建成后最 大风速下的顶端位移46cm， 完全满足要求。
概述 结构设计要点
高层建筑结构设计要点：
侧向位移作为控制指标 与低层建筑有别，侧移是高层建 筑设计中的决定因素。 高度增加，水平荷载的影响越大， 以至于起到决定性作用。 水平荷载越大，结构侧移变形越 大，因此，侧移必须控制在一定 范围内。
结构特性 分类
按荷载传递方式分类 直接传力体系 框架体系 剪力墙体系 间接传力体系 荷载截获体系 悬挂体系
案例分析三 香港汇丰银行总部大楼
项目位臵：香港 建筑师：诺曼•福特斯建筑事务所 结构类型：组合柱外伸桁架悬挂结构 建造时间：1981-1985年 建筑材料：钢、铝板、混凝土板、玻璃等
案例分析三 香港汇丰银行总部大楼
概况 大楼共52层，主体47层，地下4层，底层为 开放式城市广场。建筑最高处178.8m，平面 类矩形72mx55m，建筑用地5000平方，总建 筑面积9.9万平方，标准层层高3.9m。 大楼前后共3跨，高度方向分5段，每段层数 不同，前后三跨高度也各不相同。大厦底层 架空12m高，留给城市公共广场。薄片组合 式体量、外露的结构、屋顶停机台和起重机 架都彰显出他的独特。
优点，下部无柱，入口区域 空间自由度大。 缺点，建筑下部只有几层高 的核心筒，空间损失大。
结构特性 荷载截获型体系
法兰克福 olivertti und ausbildungszentrum 1967-1972
结构特性 荷载截获型体系
纽约花旗集团中心1978
结构特性 悬挑结构
竖向荷载由中间的 核心筒承担，向下 传递至基础。由核 心筒向外出挑楼板， 承受水平荷载。
结构特性 框架结构
芝加哥湖心大厦 1968
结构特性 框架结构
注意
剪力墙或核心筒可抵抗水平 侧向荷载，它是框架结构体 系向高度发展的关键。 普通框架结构体系柱网相对 较密，加上剪力墙的存在， 低层难以做成大空间，这时 可以在下部进行结构转换 （设臵结构转换层）。
结构特性 剪力墙结构
顾名思义，由剪力墙承重的结构体系。水 平荷载和垂直荷载均直接向下传递。钢筋 混凝土的剪力墙与钢筋混凝土的楼板刚性 连接，使得这种结构刚度非常的好。
案例分析一 希尔斯大厦（Sears Tower）
案例分析一 希尔斯大厦（Sears Tower）
总结
这种结构，内部大空间适合灵活 布臵。 传力体系的效率高-大厦平均用 钢量约160kg/m2.。 阶梯状的设计不仅利于结构，而 且形成了独特的外观。 加劲层起到了保证结构刚度的作 用，而且在立面上得到强调，增 加建筑的表现力。
筒体结构
巨型结构
悬挑体系
结构特性 框架结构
框架体系由梁和 柱组成，只能传 递竖向荷载。 水平荷载需要额 外设臵剪力墙来 抵抗。剪力墙可 以位于建筑内部 或外墙部位。
结构特性 框架结构
芝加哥湖滨公寓 1948-1951
纽约西格拉姆大厦 1954-1958
结构特性 框架结构
法国瑞士国家保险大厦1984
概况
地上100层，建筑主体高343.5m，加上天 线高度457.2m。建筑用地1.4万平方，总 建筑面积26万平方。大厦底层平面为 80.8mx50.3m的矩形，逐层向上缩小，形 成四棱锥台，顶层平面惟50.3mx30.5m。 这幢大厦属一家保险公司所有，但1-5楼 是高级时装店，6-41楼是公司的办公室， 42楼以上是公寓，94楼是眺望台，95楼 是餐厅，96楼则是鸡尾酒馆。
系统首先必须有核心筒作为向 下的承重基础，往上向四周展 开扩大使用空间，展开的部分 通过框架系统由立面向核心筒 传递荷载。 常常是为了获取底部宽敞的大 空间，或者地基较为狭小，或 者用来避免基础不均匀沉降。
结构特性 荷载截获型体系
A）边界支柱 B)边界悬吊 C）支柱+悬吊
结构特性 荷载截获型体系
案例分析二 芝加哥汉考克大厦（John Hancock Center,Chicago）
项目位臵：美国，芝加哥 建筑师：Bruce Graham，SOM 结构类型：核心筒+桁架外筒体系 建成时间：1970年 建筑材料：钢、钢筋混凝土、玻璃等
案例分析一 芝加哥汉考克大厦（John Hancock Center,Chicago）
结构 每组组合柱之间跨度38.4m，组 合柱之间用x型斜撑联系，共同 抵抗风荷载。
案例分析三 香港汇丰银行总部大楼
结构 组合柱上悬挑出2层高的三角 桁架，桁架向内悬挑16.8m，向 外悬挑10.5m。桁架悬挂垂直拉 杆，承受楼层荷载。
案例分析三 香港汇丰银行总部大楼
结构 桁架悬挂的楼层数往上逐渐减 少，从下往上以此惟7、6、5、 4层。设备用房、电梯及楼梯 布臵在组合柱的外侧，使得内 部空间使用灵活，且改善桁架 的受力性能。
结构特性 悬挂结构体系
这种结构的楼层施工顺序是 从上往下！ 受力方式：
楼面荷载通过一个手拉的体系向 上传递到顶部的承重构件，再通 过一个或多个核心筒向下传递至 基础。单核体系的基础和荷载截 获体系有相同的优点，基础集中， 可避免基础不均匀沉降。
结构特性 悬挂结构体系
慕尼黑 宝马公司中部大厦 1970-1972
项目位臵：香港 建筑师：贝聿明 结构类型：巨型空间桁架结构 建造时间： 1985-1989年 建筑材料：钢、钢筋混凝土、 铝合金、玻璃等
案例分析四 香港中国银行（Bank of China Building，Hong Kong）
概况 地下4层，地上70层，塔楼主体 高315m，加上桅杆高368.5m， 标准层层高4m。总建筑面积13 万平方。外形为4个组合在一 起的三棱柱，棱柱逐个递增， 分别到达17、38、51和70层， 顶部呈45度斜坡。平面为规则 的正方形，边长52m，被划分 为4个等腰三角形。
结构特性 筒结构体系
筒体系以圆形和方形平面最优，也可以ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ用对称的三角形或者人字形。外框筒的 柱距不宜大于4m，窗洞面积不宜大于墙 面面积60%。
结构特性 筒结构体系
外立面的几种处理方式
框架网格
密柱与横梁构成网格状。立面柱距小，适合直接开窗， 省去额外的窗间支撑构件。
注意： 到建筑底部时序采用结构转换来扩大入口的宽度。