[摘要] 随着超高层建筑在全球范围内涌现,扭转式建筑因其独特外形、开阔的视野、实用的性能,而受到建筑师的喜爱,并不断应用于超高层建造上。我们来了解下深圳世茂前海中心。
世界高层建筑与都市人居学会(CTBUH)中对扭转式建筑的定义为,建筑的楼面或者立面随着建筑高度旋转而变化,使得建筑立面显得更纤细、富有更多的变化和建筑视野更为开阔。
作为全球首例45°旋转艺术建筑,世茂前海中心,由“全球十大旋转建筑”之首的上海中心大厦设计团队Genlser原班人马打造,突破工程限制与技术壁垒,以全球首创的45°双旋转艺术建筑,完美呈现“God Curve”筑造建筑美学与视觉呈现达到极致美观与艺术化,革新城市封面。
塔楼地下3 层,地上67 层,建筑高度324. 5m,结构主屋面高度303. 9m。塔楼从首层( 52.5mx52.5m)至屋面(42.8mx42.8m) 每层绕中心点相对于下层旋转大约0. 68°,共旋转45°。
在概念设计阶段,建筑师提出塔楼采用旋转内收外形,从最初的旋转60°,再到22.5°,30°, 45°。初步研究表明,风致荷载在建筑旋转角度较小时,无明显改变。当旋转角度超过30° 时,风致荷载减小较明显。风洞试验结果表明,塔楼旋转45°时,风致荷载减小约10%。同时,结构初步分析结果表明,当楼层剪力分布接近情况下,塔楼在不旋转、旋转30°、旋转45°、旋转60°时,除竖向荷载作用下的外框架转角不同外,结构周期、位移角、内外筒剪力、弯矩分配比例相差很小。综合建筑造型及结构荷载和受力特点,实施方案采用建筑旋转45°。
塔楼采用的是典型的框架-核心筒形式,外框为钢管混凝土分段双向斜直柱+ 钢梁,核心筒为钢筋混凝土结构。
塔楼在水平荷载作用下与常规框架-核心筒的受力、变形特征接近,但在竖向荷载作用下则有较大不同。竖向荷载传递路径研究显示,每一层的竖向荷载按常规方式分别传递至外框架与核心筒之后,外框架部分的荷载继续向下传递时,一部分转化为沿柱轴向的斜向轴力,另一部分则转化为水平力并在外框架处形成水平力环流,对核心筒产生扭矩。
典型外框架柱的水平力与轴力的比值:在47 层以下约为0.3%~1.5% ,水平力不超过555kN;在48~57 层,约为3%~8% ,水平力不超过502kN;在58~66 层,约为9%~ 28% ,水平力不超过523kN。
这些水平力通过梁柱节点又重新回到了外框架环向梁和楼面径向梁中,并通过梁与楼板的连接构造传递至楼板中,在楼板内形成与核心筒墙约成10°~30°环绕核心筒四周分布的拉力、垂直核心筒分布的压力和平行于核心筒分布的剪力。其中的剪力和压力,通过楼板与核心筒的连接构造传递至核心筒外墙,形成核心筒外墙剪力流。
楼层竖向荷载传力过程中形成的水平力特征:
(1)每层梁柱节点处的水平力大小仅与本层竖向荷载有关,即每层外框架处对核心筒的扭矩大小仅与本层竖向荷载有关,不逐层累积;
(2)每层核心筒的扭矩均为本层外框架处传来的扭矩与上层核心筒传来的扭矩之和,即核心筒扭矩逐层累积。核心筒扭矩以核心筒剪力墙中的剪力环流形式存在。
不同于常规框架-核心筒结构,这里的楼板除了起到联系外框架与核心筒,以及传递水平荷载之外,还要传递竖向荷载产生的水平力。楼板的传力性能,对结构的安全起着决定性的作用。
在重力荷载作用下,楼板传递至核心筒的扭矩转化为核心筒剪力墙的剪力,在墙上产生斜方向的主拉力。因此,楼板与梁柱及核心筒的连接至关重要。
柱、梁与板连接构造: 从柱边向外一倍柱直径范围内,设置环向钢筋以加强柱与板的连接。同时,梁上设栓钉,并在外框架梁宽范围的板带内提高钢筋配筋率。
板、核心筒连接: 楼板传递的剪力不超过抗剪截面限值,楼板与核心筒之间的分布钢筋按抗剪切滑移校核。
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