解讀日本高層組合結(jié)構(gòu)體系與減隔震設(shè)計(jì)

　　日本從20世紀(jì)70年代至今，高層建筑的建設(shè)大致經(jīng)歷了高潮期、平穩(wěn)期、反思期、成熟期四個(gè)階段。日本在高層建筑的設(shè)計(jì)理論上，漸漸形成了自己的特色，與我們通常看重建筑外表相反，日本更強(qiáng)調(diào)建筑品質(zhì)，空間效果及其與周圍環(huán)境的關(guān)系等內(nèi)在的東西。

　　1 高層建筑的構(gòu)件

　　在高層建筑中，SRC結(jié)構(gòu)通常用于地下室和底部樓層以獲得足夠的剛度和強(qiáng)度，而上部樓層則采用鋼結(jié)構(gòu)。日本根據(jù)國(guó)情研究出建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，制定適用于本國(guó)的與高層建筑相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其中日本建筑學(xué)會(huì)出版的規(guī)范中有SRC結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)方法。

　　20世紀(jì)90年代，通過(guò)在圓形或方形鋼管中內(nèi)灌高強(qiáng)混凝土形成了鋼管混凝土構(gòu)件，或稱為CFT，它具有更強(qiáng)的軸向承載能力（詞條“承載能力”由行業(yè)大百科提供）。近年來(lái)，CFT已經(jīng)被廣泛地用作高層建筑的柱。在日本，CFT的橫截面尺寸通常為80cm×80cm的矩形管，及直徑達(dá)2m的圓形管，直徑達(dá)3m的更大的鋼管混凝土柱子現(xiàn)已在美國(guó)有應(yīng)用。

　　2 建筑材料

　　回顧過(guò)往，21世紀(jì)初，結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展(圖1)為人類歷史和文明的發(fā)展作出了很大貢獻(xiàn)，而超高強(qiáng)度鋼，不僅強(qiáng)度高，且可循環(huán)性及耐久性好，預(yù)計(jì)在未來(lái)建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展中會(huì)發(fā)揮重要的作用，其抗拉和抗壓強(qiáng)度如圖1所示。

　　隨著鋼材強(qiáng)度的增加，建造相同建筑所需的用鋼量減少，結(jié)構(gòu)自重降低且結(jié)構(gòu)構(gòu)件（詞條“結(jié)構(gòu)構(gòu)件”由行業(yè)大百科提供）變小。換句話說(shuō)，相同尺寸的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，用高強(qiáng)材料可建造更大型的結(jié)構(gòu)。

　　圖1 典型建筑材料的單軸應(yīng)力-應(yīng)變曲線

　　圖2 歷史上建筑材料的強(qiáng)度、密度和楊氏模量

　　3 工程案例

　　3.1 案例1：TOKYOHEADQUARTERS(清水建設(shè))

　　TOKYOHEADQUARTERS(圖3)位于日本東京，總占地面積為3000㎡，建筑場(chǎng)地面積為2200㎡，建筑高度為106m，層高有2.8~3.3m不等。地下3層，地上21層，1層屋頂。建筑總面積為51800㎡，商業(yè)面積為40400㎡(占78%)，容積率為1.280%。結(jié)構(gòu)體系為鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)，帶有隔震系統(tǒng)。

　　圖3 TOKYO HEADQUARTERS

　　從2009年4月到2012年5月，歷時(shí)38個(gè)月建造完成。該工程通過(guò)了建筑環(huán)境綜合性能評(píng)估，獲得了節(jié)能金獎(jiǎng)，碳減排達(dá)到62%。TOKYOHEADQUARTERS主體結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)中的無(wú)柱辦公區(qū)以及隔震系統(tǒng)，見(jiàn)圖4。典型樓層平面布置圖見(jiàn)圖5，周圍框架及核心筒立面圖見(jiàn)圖6，7。結(jié)構(gòu)外立面采用帶太陽(yáng)能電池的預(yù)制混凝土幕墻。

　　(a)概念設(shè)計(jì)效果圖

　　(b)概念設(shè)計(jì)平面圖

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