中之岛音乐塔位于日本大阪市北区，占地面积约为8200m2，基底面积约为5700m2，建筑面积约为146000m2，地上为39层，地下为3层，结构高度约为200m，基础埋深为16.0m。该建筑的业主为朝日新闻社，设计和监督为日建设计，施工单位为竹中工务店，施工时间为34个月（从2010年1月至2012年10月底）。

　　中之岛音乐塔是一座高200m的多功能复杂建筑，包含一重建的可容纳2700个座位的音乐大厅以及一新闻公司总部办公区。为了在大空间的音乐大厅上建办公楼，采用了转换桁架体系。转换桁架体系由巨型桁架和带状桁架组成，用于承担其上部结构的所有荷载并将其转移到音乐大厅的外侧。另外，上部结构作为新闻公司总部办公楼，需要更高的抗震性能。为了使建筑物满足高水平的抗震设防标准，结构采用中间层隔震技术。

1 工程背景

音乐大厅于1958年建于大阪，长期以来，作为历史和传统的承载者，该大厅在大阪一直是流行文化和艺术的基地。大厅拥有世界一流的规模，容纳2700个座位，并凭借优良的音效被誉称为“天籁之声”。它是举办第50届大阪国际艺术节的场地，并一度作为赫伯特·冯·卡拉扬和伦纳德·伯恩斯坦等著名的音乐家和指挥家的演出舞台。

然而，2008年12月承载50年历史的它暂时谢幕，重建成一座新的大厅。作为新的规划，音乐大厅重建为由商业区、办公区以及音乐大厅组成的200m高的摩天大楼——中之岛音乐塔。

中之岛音乐塔整体效果图

2 工程概况

该建筑由三部分组成：下部结构由8层及其以下（包括音乐大厅）的部分构成；中部结构为音乐大厅正上方的8～12层；上部结构包括13层空中大厅及13层以上的各个楼层。

中之岛音乐塔建筑剖面图

新的音乐大厅位于下部结构的3～8层。新音乐大厅和原音乐大厅规模相同，可容纳2700个座位，但舞台空间有很大扩展，以满足最新的表演艺术的高要求，如设置了可启用升降的台塔等。

新音乐大厅内部图

3 结构体系

此建筑物在结构方案设计阶段，最关键的课题是：如何实现在可容纳2 700个座位的音乐大厅之上，建一个核心筒结构的高层办公楼，同时保证其具有良好的结构性能。为此，采用以下两点来实现该建筑的结构功能：采用转换桁架将上部的荷载转移到音乐大厅的周边，保证了音乐大厅的大空间；在音乐大厅和办公楼之间的楼层中设置了隔震层。

建筑下部结构（包含音乐大厅）为钢–混凝土混结构。中部结构和上部结构均为钢结构。中间隔震层设于音乐大厅的正上方，即下部结构和中部结构之间的楼板处。

中之岛音乐塔结构剖面图

结构平面中除了带支撑的核心框架外，还有128根H型钢柱以1.8m的间距形成类似剪力墙的外围框架，以确保结构所需的强度和刚度。核心框架的9根柱采用钢管混凝土（CFT），并安装黏滞阻尼器抵抗风荷载和地震作用。此外，在建筑物的顶部安装一帽桁架，使结构成为一个整体从而约束建筑的翘曲。

上部结构标准层结构平面图

在13，14层，即中部结构和上部结构之间设置转换桁架，这是本结构的主要特征之一。此处主要安装了两种类型的桁架：巨型桁架和带状桁架。该结构的另外一个特点是，在下部结构和中部结构之间设置中间隔震层。

下部结构标准层平面图

4 巨型桁架、带状桁架、主柱

巨型桁架是巨大的三维桁架结构，高度约20m，从13层延伸至15层。该结构支承约380000kN的总荷载，该荷载由上部结构核心框架的9根CFT柱传递而来，然后通过巨型桁架传给16根SRC主柱。

巨型桁架和带状桁架示意图

巨型桁架斜腹杆截面

巨型桁架节点示意图

巨型桁架CAD三维模型示意图

巨型桁架足尺节点照片

巨型桁架工厂加工照片

巨型桁架现场施工过程

带状桁架是平面桁架，安装在14层楼板的四周，它负责将布置于上部结构外围的128根柱子的轴力传递至主柱。因此，主柱支承整个13层及其以上部分的所有荷载，所有上部荷载通过巨型桁架和带状桁架传递到主柱上，使下部结构的大空间得以实现。

13层结构平面图

15层结构平面图

大截面主柱位于上部结构底层的周边，每侧各布置4根，共16根，支承整个上部结构和中部结构的荷载并通过中间隔震层和下部结构将其传到桩基础。

主柱截面

主柱节点附近有限元分析模型和响应状态

5 中间层隔震技术

本结构的另外一个特点是采用中间层隔震技术，即将隔震层设置于下部结构和中部结构之间。隔离设备采用铅芯橡胶支座(LRBs)，耗能装置采用黏滞阻尼器。两个1500mm×1500mm的超大方形LRBs为一组，直接置于主柱下，承担高达60 000kN的轴力。该建筑共设16组超大方形LRBs于主柱下，支承上部结构95%的荷载。剩下的5%的荷载由直径为800～1000mm的圆形LRBs承担。

隔震层的布置

方形LRBs 变形能力测试

6 结语

投入使用以来，中之岛音乐塔在中之岛附近营造了风度翩翩和优雅精致的意境。欢迎所有访客来到空中大厅，在此大家可以近处观看并触摸到巨型桁架斜腹杆形成的结构和主柱。该钢结构不仅是一个重要的结构组成要素，更成为了高雅建筑艺术的重要组成部分。所有参与巨型桁架建设的工程师都为之感到高兴和自豪。

从空中大厅观看巨型桁架的斜支撑

更多内容详见《转自：建筑结构-公众号》杂志2015年第11期文章：《中之岛音乐塔结构设计》，作者：冈田健，吉田聪（株式会社日建设计大阪分公司结构工程部）。

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《转自：建筑结构-公众号》杂志

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