迪尔伯恩七南大厦结构优化设计

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1、┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊毕业设计（论文）报告纸迪尔伯恩七南大厦结构优化设计WilliamF.Baker,LawrenceC.Novak,RobertC.Sinn,JohnR.Viise【摘要】拟于芝加哥建造的迪尔伯恩七南大厦（7SouthDearborntower），高度将达到2000英尺（609米），建成之日将会成为世界上最高的建筑，同时也会是世界上最为细长的高楼之一（高宽比接近8.5：1）。这座多用途建筑将把底层用于商业，较低层用于办公，稍高层用作住宅，而通讯设备（包括数字信号广播）将占据最高的几个楼层。为这座

2、大楼设计的创新性抗侧力体系主要由一个钢筋混凝土核心筒构成，同时为连接核心筒与结构下半部的周边钢柱，在设备层设置了钢结构外伸支架。对塔楼抗侧力系统的结构经济性分析是整个项目可行性研究的必备要素。基于结构分析与风洞试验结果，该建筑对风荷载的响应（挠度与加速度）是确定的。对于高层建筑而言，抗侧力系统构件的尺寸，主要是由结构适用性功能要求控制，而并非是强度。为了更经济地建成该建筑，我们谨慎地在众多选择中确定构件尺寸并有效地分配结构材料，以确定花销最少的结构方案。本文总结了七南大厦的结构体系，并给出了优化策略，可在给定合并构件约束的挠度或周期控制要求下确定最小成本的解决方案。共

3、11页第11页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊毕业设计（论文）报告纸迪尔伯恩七南大厦简介迪尔伯恩七南大厦将会成为芝加哥地平线上激动人心的新地标。建成之日，该塔楼能够满足由“高层建筑及城市人居委员会”为排列世界上最高的几座建筑物设定的全部四项指标（见图1、2）。这座大楼坐落于迪尔伯恩与麦迪逊大街的东南角，将会在那占据一个相对小而方的区域，每边大约182英尺（55.5米）。塔楼的地上100层与2层地下室将容纳大约190万平方英尺（平方米）的商业、办公、停车场、住宅以及通讯设备。这栋铝与不锈钢混合建筑外观颇具科幻色彩，看上去就像

4、一道静止的闪电。依据建筑功能该楼被分为六个区域。较低的11层停车场与商业区域（75000平方英尺），连同五层办公区域，将和剩下的办公区域（360个单元，平方英尺）以平面收进隔开。40层住宅将会被大楼核心筒的缺口再细分为两个大致相等的区域。最高的13层通讯设备与两根450英尺高的天线将会被一个缺口与住宅区分割开来（见图1、2）。七南大厦将会成为首座为适应数字电视广播而设计的多用途建筑。这座大厦同样会超越约翰·汉考克大厦（TheJohnHancockBuilding），拥有世界上最高的住宅单元。另外，较高层的悬臂式框架使住宅单元不必设置外部柱，因此可呈现出11英尺高（从地

5、板到天花板）连续的城市景观。共11页第11页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊毕业设计（论文）报告纸结构体系综述基础七南大厦将会建在一个现有建筑的场地上。使用的沉箱基础系统将会利用直杆沉箱嵌入基岩中。上部结构（拉力杆“StayedMast”结构）七南大厦的抗侧力系统被描述为一个拉力杆“StayedMast”结构（见图3）。从基础到停车层顶部的周围钢筋混凝土墙，强化了主塔楼的核心墙。厚达4英尺（1200mm）、平面尺寸达66英尺（20m）的钢筋混凝土主核心墙（桅杆“Mast”），利用了强度高达12000psi（100MPa立方

6、体强度）的高强混凝土。从结构方面或者实际方面看，位于停车层的外侧混凝土墙都有效地提升了建筑的重心高度。从停车层的顶部到办公层的顶部，通过多层外伸桁架组织起来的外部钢柱束（拉锁“Stays”）加强了混凝土核心。这些外伸桁架只会在力学层面起作用，在建筑上影响甚微。此外，为了使（影响景观的）外部阻碍最小，这些钢柱束的中心间距须保持在30英尺（9.1米）以上。从底部的住宅与通讯设备层到屋顶，核心筒独立的抵抗施加的横向与纵向荷载。扭转刚度是通过停车层的不间断核心墙与周边混凝土管导出的。楼盖体系较低的零售与地面层使用了双向板无梁楼盖体系，而停车层使用了复合钢梁单向板楼盖体系。办公

7、层则使用了复合楼盖体系。复合钢梁横跨58英尺（17.6m），复合楼盖桁架也或被使用。3英寸（75mm）的复合钢架板其上覆盖2.5英寸（63mm）厚的轻质楼盖板，以提供要求的防火等级。住宅与通讯设备层使用悬臂式后张法预应力框架。从常规的钢筋混凝土（117mm厚）单向板到（228~914mm厚）的后张法预应力梁，都外伸出钢筋混凝土核心墙。悬臂式建筑在这些楼层非常有益：允许简单结构（无外部柱）通过传递重力荷载到核心筒来维持核心的稳定。此外，悬臂层平板消除了较高层竖向构件尺寸差异带来的问题。风工程基于该大楼“纤长“的特点，高层住户对大楼动力特性的感受是抗侧力