迪爾伯恩七南大廈結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

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1、┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙迪爾伯恩七南大廈結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計WilliamF.Baker,LawrenceC.Novak,RobertC.Sinn,JohnR.Viise【摘要】擬于芝加哥建造的迪爾伯恩七南大廈（7SouthDearborntower），高度將達(dá)到2000英尺（609米），建成之日將會成為世界上最高的建筑，同時也會是世界上最為細(xì)長的高樓之一（高寬比接近8.5：1）。這座多用途建筑將把底層用于商業(yè)，較低層用于辦公，稍高層用作住宅，而通訊設(shè)備（包括數(shù)字信號廣播）將占據(jù)最高的幾個樓層。為這座

2、大樓設(shè)計的創(chuàng)新性抗側(cè)力體系主要由一個鋼筋混凝土核心筒構(gòu)成，同時為連接核心筒與結(jié)構(gòu)下半部的周邊鋼柱，在設(shè)備層設(shè)置了鋼結(jié)構(gòu)外伸支架。對塔樓抗側(cè)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性分析是整個項目可行性研究的必備要素。基于結(jié)構(gòu)分析與風(fēng)洞試驗結(jié)果，該建筑對風(fēng)荷載的響應(yīng)（撓度與加速度）是確定的。對于高層建筑而言，抗側(cè)力系統(tǒng)構(gòu)件的尺寸，主要是由結(jié)構(gòu)適用性功能要求控制，而并非是強(qiáng)度。為了更經(jīng)濟(jì)地建成該建筑，我們謹(jǐn)慎地在眾多選擇中確定構(gòu)件尺寸并有效地分配結(jié)構(gòu)材料，以確定花銷最少的結(jié)構(gòu)方案。本文總結(jié)了七南大廈的結(jié)構(gòu)體系，并給出了優(yōu)化策略，可在給定合并構(gòu)件約束的撓度或周期控制要求下確定最小成本的解決方案。共

3、11頁第11頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙迪爾伯恩七南大廈簡介迪爾伯恩七南大廈將會成為芝加哥地平線上激動人心的新地標(biāo)。建成之日，該塔樓能夠滿足由“高層建筑及城市人居委員會”為排列世界上最高的幾座建筑物設(shè)定的全部四項指標(biāo)（見圖1、2）。這座大樓坐落于迪爾伯恩與麥迪遜大街的東南角，將會在那占據(jù)一個相對小而方的區(qū)域，每邊大約182英尺（55.5米）。塔樓的地上100層與2層地下室將容納大約190萬平方英尺（平方米）的商業(yè)、辦公、停車場、住宅以及通訊設(shè)備。這棟鋁與不銹鋼混合建筑外觀頗具科幻色彩，看上去就像

4、一道靜止的閃電。依據(jù)建筑功能該樓被分為六個區(qū)域。較低的11層停車場與商業(yè)區(qū)域（75000平方英尺），連同五層辦公區(qū)域，將和剩下的辦公區(qū)域（360個單元，平方英尺）以平面收進(jìn)隔開。40層住宅將會被大樓核心筒的缺口再細(xì)分為兩個大致相等的區(qū)域。最高的13層通訊設(shè)備與兩根450英尺高的天線將會被一個缺口與住宅區(qū)分割開來（見圖1、2）。七南大廈將會成為首座為適應(yīng)數(shù)字電視廣播而設(shè)計的多用途建筑。這座大廈同樣會超越約翰·漢考克大廈（TheJohnHancockBuilding），擁有世界上最高的住宅單元。另外，較高層的懸臂式框架使住宅單元不必設(shè)置外部柱，因此可呈現(xiàn)出11英尺高（從地

5、板到天花板）連續(xù)的城市景觀。共11頁第11頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙結(jié)構(gòu)體系綜述基礎(chǔ)七南大廈將會建在一個現(xiàn)有建筑的場地上。使用的沉箱基礎(chǔ)系統(tǒng)將會利用直桿沉箱嵌入基巖中。上部結(jié)構(gòu)（拉力桿“StayedMast”結(jié)構(gòu)）七南大廈的抗側(cè)力系統(tǒng)被描述為一個拉力桿“StayedMast”結(jié)構(gòu)（見圖3）。從基礎(chǔ)到停車層頂部的周圍鋼筋混凝土墻，強(qiáng)化了主塔樓的核心墻。厚達(dá)4英尺（1200mm）、平面尺寸達(dá)66英尺（20m）的鋼筋混凝土主核心墻（桅桿“Mast”），利用了強(qiáng)度高達(dá)12000psi（100MPa立方

6、體強(qiáng)度）的高強(qiáng)混凝土。從結(jié)構(gòu)方面或者實際方面看，位于停車層的外側(cè)混凝土墻都有效地提升了建筑的重心高度。從停車層的頂部到辦公層的頂部，通過多層外伸桁架組織起來的外部鋼柱束（拉鎖“Stays”）加強(qiáng)了混凝土核心。這些外伸桁架只會在力學(xué)層面起作用，在建筑上影響甚微。此外，為了使（影響景觀的）外部阻礙最小，這些鋼柱束的中心間距須保持在30英尺（9.1米）以上。從底部的住宅與通訊設(shè)備層到屋頂，核心筒獨立的抵抗施加的橫向與縱向荷載。扭轉(zhuǎn)剛度是通過停車層的不間斷核心墻與周邊混凝土管導(dǎo)出的。樓蓋體系較低的零售與地面層使用了雙向板無梁樓蓋體系，而停車層使用了復(fù)合鋼梁單向板樓蓋體系。辦公

7、層則使用了復(fù)合樓蓋體系。復(fù)合鋼梁橫跨58英尺（17.6m），復(fù)合樓蓋桁架也或被使用。3英寸（75mm）的復(fù)合鋼架板其上覆蓋2.5英寸（63mm）厚的輕質(zhì)樓蓋板，以提供要求的防火等級。住宅與通訊設(shè)備層使用懸臂式后張法預(yù)應(yīng)力框架。從常規(guī)的鋼筋混凝土（117mm厚）單向板到（228~914mm厚）的后張法預(yù)應(yīng)力梁，都外伸出鋼筋混凝土核心墻。懸臂式建筑在這些樓層非常有益：允許簡單結(jié)構(gòu)（無外部柱）通過傳遞重力荷載到核心筒來維持核心的穩(wěn)定。此外，懸臂層平板消除了較高層豎向構(gòu)件尺寸差異帶來的問題。風(fēng)工程基于該大樓“纖長“的特點，高層住戶對大樓動力特性的感受是抗側(cè)力