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日本从20世纪70年代至今,高层建筑的建设大致经历了高潮期、平稳期、反思期、成熟期四个阶段。日本在高层建筑的设计理论上,渐渐形成了自己的特色,与我们通常看重建筑外表相反,日本更强调建筑品质,空间效果及其与周围环境的关系等内在的东西。
在高层建筑中,SRC结构通常用于地下室和底部楼层以获得足够的刚度和强度,而上部楼层则采用钢结构。日本根据国情研究出建筑抗震结构设计方法,制定适用于本国的与高层建筑相关的技术标准,其中日本建筑学会出版的规范中有SRC结构的详细设计方法。
20世纪90年代,通过在圆形或方形钢管中内灌高强混凝土形成了钢管混凝土构件,或称为CFT,它具有更强的轴向承载能力。近年来,CFT已经被广泛地用作高层建筑的柱。在日本,CFT的横截面尺寸通常为80cm×80cm的矩形管,及直径达2m的圆形管,直径达3m的更大的钢管混凝土柱子现已在美国有应用。
回顾过往,21世纪初,结构材料的发展(图1)为人类历史和文明的发展作出了很大贡献,而超高强度钢,不仅强度高,且可循环性及耐久性好,预计在未来转自:建筑结构-公众号的发展中会发挥重要的作用,其抗拉和抗压强度如图1所示。
随着钢材强度的增加,建造相同建筑所需的用钢量减少,结构自重降低且结构构件变小。换句话说,相同尺寸的结构构件,用高强材料可建造更大型的结构。
3.1 案例1:TOKYOHEADQUARTERS(清水建设)
TOKYOHEADQUARTERS(图3)位于日本东京,总占地面积为3000㎡,建筑场地面积为2200㎡,建筑高度为106m,层高有2.8~3.3m不等。地下3层,地上21层,1层屋顶。建筑总面积为51800㎡,商业面积为40400㎡(占78%),容积率为1.280%。结构体系为钢-混凝土组合结构,带有隔震系统。
从2009年4月到2012年5月,历时38个月建造完成。该工程通过了建筑环境综合性能评估,获得了节能金奖,碳减排达到62%。TOKYOHEADQUARTERS主体结构概念设计中的无柱办公区以及隔震系统,见图4。典型楼层平面布置图见图5,周围框架及核心筒立面图见图6,7。结构外立面采用带太阳能电池的预制混凝土幕墙。
结构强大的隔震系统见图8,共采用了32个直径为1200~1500mm的铅芯橡胶支座,10个直径为1000~1200mm的天然橡胶支座,以及10个液压式阻尼器。结构预制混凝土外包层(周围框架)施工现场见图9。
3.2 案例2:ARKHILLS SENGOKUYAMA MORI 塔(森大厦株式会社)
本工程建筑高度206.69m,建筑效果图见图10。主要分为办公区及住宅区两部分,建筑立面及功能分区见图11,12。住宅区、办公区平面布置见图13。住宅区及办公区的阻尼器布置见图14。该塔施工现场见图15。
图10 ARKHILLS SENGOKUYAMA MORI TOWER
3.3 案例3:YOZEMI塔(设计单位与建设单位:大成建设)
YOZEMI塔位于日本东京,高度为134m,建筑面积为27175.10㎡,结构体系主要为钢结构、钢-混凝土结构体系,采用CFT柱、独立基础,地上26层,地下3层。1~26层巨墙混凝土的抗压强度有70,60,48,30N/m㎡三种,1~17层CFT柱混凝土的抗压强度为60N/m㎡,基础地下3层~地上1层的为36N/m㎡;1~26层巨型框架、1~17层CFT柱以及基础地下3层~地上1层所采用的钢材抗拉强度为490N/m㎡。建筑效果图及功能示意见图16。巨型框架与墙的连接示意见图17,巨墙的施工过程见图18。
微信内容来源于由《转自:建筑结构-公众号》杂志、同济大学、同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司于2014年4月17~19日在上海主办的“第二届大型建筑钢与组合结构国际会议”报告。部分内容可见《转自:建筑结构-公众号》2014年4月上第7期文章:《现代建筑材料和结构构件》;作者:和田章、曲哲。
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