Sears美國(guó)西爾斯大廈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

西爾斯大廈

結(jié)構(gòu)分析西爾斯大廈(SearsTower)是位于美國(guó)伊利諾伊州芝加哥的一幢摩天大樓，用作辦公室，SOM建筑設(shè)計(jì)事務(wù)所為當(dāng)時(shí)世界上最大的零售商西爾斯百貨公司設(shè)計(jì)。樓高442.3米，共地上108層，地下3層，總建筑面積418，000平方米，底部平面68.7×68.7米，由9個(gè)22.9米見方的正方形組成。西爾斯大廈在1974年落成時(shí)曾一度是世界

上最高的大樓，并保持了世界上最高建筑物的紀(jì)錄25年。一.結(jié)構(gòu)概述大廈采用由鋼框架構(gòu)成的束筒結(jié)構(gòu)體系美籍結(jié)構(gòu)工程師FazlurKhan為解決像西爾斯大廈這樣的高層建筑的關(guān)鍵性抗風(fēng)結(jié)構(gòu)問(wèn)題，提出了束筒結(jié)構(gòu)體系的概念并付諸實(shí)踐。其外形的特點(diǎn)是逐漸上收的，從下部的九個(gè)方筒，直到頂部只剩下相鄰的兩個(gè)方筒單元。所有的塔樓寬度相同，但高度不一。這樣的設(shè)計(jì)既可減小風(fēng)壓，又取得外部造型的變化效果。整幢大廈被當(dāng)作一個(gè)懸挑的束筒空間結(jié)構(gòu)，離地面越遠(yuǎn)剪力越小，大廈頂部由風(fēng)壓引起的振動(dòng)也明顯減輕。頂部設(shè)計(jì)風(fēng)壓為305kN/m2，設(shè)計(jì)允許位移（振動(dòng)時(shí)允許產(chǎn)生的振幅）為建筑總高度的1/500，即900毫米，建成后最大風(fēng)速時(shí)實(shí)測(cè)位移為460毫米。西爾斯大廈結(jié)構(gòu)平面布置圖束筒結(jié)構(gòu)的概念束筒結(jié)構(gòu)，即組合筒結(jié)構(gòu)。建筑平面較大時(shí)，為減小外墻在側(cè)向力作用下的變形，將建筑平面按模數(shù)網(wǎng)格布置，使外部框架式筒體和內(nèi)部縱橫剪力墻（或密排的柱）成為組合筒體群。這就大大增強(qiáng)了建筑物的剛度和抗側(cè)向力的能力。二.束筒結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介三.結(jié)構(gòu)模型簡(jiǎn)化與基本假定西爾斯大廈計(jì)算模型的簡(jiǎn)化

根據(jù)連續(xù)化原理，將大廈九孔束筒的八榀框架模擬為右圖中的八片等效均質(zhì)的正交板，則束筒就變成了由八塊各向異形板和角柱圍成的等效實(shí)腹薄壁筒。結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)的基本假定

1.假定九孔束筒結(jié)構(gòu)中各個(gè)模數(shù)筒之間是通過(guò)剛性樓板連接在一起的。2.筒壁所受的應(yīng)力均為平面應(yīng)力。當(dāng)結(jié)構(gòu)受水平力作用而彎曲時(shí)，平面內(nèi)剛度很大的樓蓋將約束內(nèi)部腹板框架與外側(cè)腹板框架一起彎曲，這樣內(nèi)部腹板框架的存在，很大程度地減輕了框筒柱軸力由于受剪力滯后影響而呈現(xiàn)的不均勻性，使得豎向應(yīng)力更為均勻，從而結(jié)構(gòu)的性能更接近于一個(gè)普通實(shí)腹筒而不是一個(gè)框筒。四.結(jié)構(gòu)基本工作機(jī)理基于能量原理的束筒結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化計(jì)算記等效實(shí)腹薄壁筒的剪切變形和縱向翹曲位移，假定縱向位移函數(shù)，引入相應(yīng)的對(duì)偶變量，建立考慮剪力滯后影響的束筒結(jié)構(gòu)受彎分析的哈密頓對(duì)偶求解體系，能方便地通過(guò)精細(xì)積分法求出束筒結(jié)構(gòu)的高精度數(shù)值解。五.束筒結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)介西爾斯大廈的的加強(qiáng)層在大廈沿高度度方向發(fā)生收筒的樓層處處，可見一圈圈深色裝飾帶。外外觀上看只是是一種簡(jiǎn)單裝飾，，但從結(jié)構(gòu)角角度看，它的的內(nèi)部是用于于結(jié)構(gòu)加強(qiáng)的腰腰桁架?？臻g的收筒意意味著剛度的的突變。為抵抵抗風(fēng)荷載和水平地地震作用，必必須用腰桁架架進(jìn)行剛度補(bǔ)補(bǔ)強(qiáng)，以減小水水平側(cè)移。六.轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)側(cè)向剛度大，，允許建筑物物達(dá)到很高的的高度結(jié)構(gòu)體系的模模塊可以在任任意高度予以以削弱，在減減小橫截面積積的同時(shí)結(jié)構(gòu)構(gòu)的整體性可可以繼續(xù)保持持。故建筑立立面布置相對(duì)對(duì)靈活。若干個(gè)筒體的的并聯(lián)，共同同承擔(dān)水平荷荷載，可以看成若若干個(gè)框筒之之間夾了些框框架隔板。由由于這種雙向向隔墻