2:巨型框架、支撐筒
(1)抗側力體系主要特點為周邊化、巨型化、軸向化;
超高層建筑結構體系也不斷創新,出現了主要抗側力構件布置周邊化、支撐化、巨型化和立體化特點,抗側力結構體系更加高效。斜交網格結構(CCTV新臺址、廣州西塔)、鋼板剪力墻結構(天津津塔,330m)以及懸掛結構體系等新結構體型也逐漸加以應用。
(2)建筑平面以四邊形、三角形為主;
建筑平面以四邊形、三角形為主。對方型、圓形、三角型等不同平面進行分析比較。在相同面積A情況下,方形的I=A2/12,圓形的I=A2/12.56,等邊三角型的I=A2/10.39。在相同邊長B情況下,方形的I=B4/12,圓形的I=B4/20.4,等邊三角型的I=B4/55.4。
(3)建筑體型朝錐形化方向發展;
建筑體型呈現了錐體化的趨勢。錐形化體型一方面與超高層建筑結構沿高度傾覆力矩分布相適應,使材料充分發揮作用;另一方面,有利于減小順風向風荷載和橫風向荷載,提高結構穩定性。
(4)結構材料混合化
鋼結構曾經是超高層建筑的主要結構材料,尤其在北美地區得到廣泛使用。目前,組合結構、混凝土結構以及混合結構在超高層建筑中廣泛應用。在目前100幢最高的建筑中,純鋼結構只占了24%,而在1990年時高達57%。
2、專項技術
(1)結構抗風技術(建筑抗風有利體型及措施、風洞試驗以及數值模擬)
風荷載是超高層建筑(300米以上)結構的控制荷載。風洞試驗技術研究分析風的特性和風對建筑物的影響,以及相鄰建筑風力的相互影響,對建筑的變形、使用舒適度等進行控制。在方案設計階段,對建筑的朝向、體型等結合風洞試驗進行早期規劃,建筑體型與結構動力特性對風荷載影響,可有效降低結構風荷載。
(2)結構抗震技術(性能化設計、彈塑性動力時程分析、結構振動臺試驗)
超高層建筑進行地震彈塑性分析技術的發展,使基于性能化的抗震設計得以實現,從而使抗震結構體系的設計更為安全、經濟、有效。在基于性能化的抗震設計中,結構變形是起控制作用的參數,而不再是傳統簡單的三水準抗震設計。根據結構的重要性、業主的要求等按照性能化的設計方法進行設計,包括對大地震損害后的修復費用與按照更高的設計水準進行設計避免損害而需增加的費用之間的利弊進行分析。
(3)施工技術
超高層建筑的建造技術發展主要有深基坑的施工技術(上海中心基坑深度31m)、高強混凝土的泵送技術(迪拜塔C100泵送600m高度)、大體積混凝土的施工技術(上海中心6m厚基礎底板6萬m3混凝土一次澆搗)、超長大直徑樁基(天津117大廈,1m樁徑、100m樁長)超高層建筑的模板體系、超高層建筑的鋼結構安裝技術、超高層建筑的監測技術。這些施工技術的發展,為結構工程師設計更高、更復雜的超高層建筑提供了支撐。
3、發展趨勢
(1)消能減(震)振技術
消能裝置(阻尼)能減小地震作用或風致振動。超高層建筑抗震設計已從單純由主體結構剛度來抵抗地震力轉向由耗能裝置來消減地震力。結構隔震體系也將在高地震烈度區、重要建筑物中加以應用。為了控制風荷載作用下高層建筑頂部舒適度,粘滯阻尼、TMD(TLD)等阻尼系統已廣泛應用與抗風設計(臺北101、上海中心)。
(2)長周期地震
超過300m的超高層建筑結構自振周期一般超過6s。常規的地震反應譜在6s以內的地震影響系數比較可靠,超過6s的地震影響系數及用于超高層建筑設計的實際地震記錄均要專門研究。對長周期的結構采用基于振型分解的加速度反應譜法可能無法得到準確的地震反應,是否采用位移譜方法需要進一步研究。汶川地震對上海地區超高層建筑的較大影響(上海與汶川約有1000km以上距離)就是最好的例證。
(3)預制裝配式技術
超高層建筑結溝投資巨大,縮短施工周期可以提前收回投資。建筑人工成本劇增、建筑可持續發展以及施工場地環境保護等使超高層建筑預制裝配化成為發展方向之一。工廠化、預制化、模數化和標準化是結構設計的趨勢。
(4)高強高性能材料應用(C100混凝土、Q460以上鋼材)
目前C80高強混凝土及屈服強度大于460N/mm2的高強度鋼材(CCTV新臺址主樓)已成功運用于工程實踐。樓面輕質混凝土的采用,使建造更高的建筑成為可能,同時也減少了建筑的重量,改善了結構的抗震性能,減小了構件的尺寸。今后C100高強混凝土以及Q690等級高強鋼將在超高層建筑中加以推廣。
(5)抗側力體系集束化和空中城市設計概念
隨著建筑結溝高度不斷突破,對結構抗側力剛度要求提出新的挑戰。通過提高結構材料強度、單個建筑塔樓的剛度已不能滿足水平荷載作用下結構承載力、位移以及舒適度要求。巨型空中連體結構(或抗側力結構集束式)將成為結構體系發展的新方向。
二、設備技術
1、發展現狀
(1)多能源耦合應用:
多能源耦合、多系統互補,提高供能系統經濟性和可靠性。包括熱電三聯供技術、冰(水)蓄能技術、地源熱泵技術、江水源、風能技術、太陽能發電或集熱技術等。
在天然氣冷熱電三聯供系統方面:充分利用發電余熱,包括高溫熱水、中溫熱水和余熱煙氣,進行熱交換再利用,使得天然氣熱效率由40%提高到80%以上。大大提高了不可再生能源的有效利用率。
在水蓄能和冰蓄冷方面:通過水或冰蓄能實現移峰蓄能,減小電網波動,提高電網效:率,提高了能源系統的運營穩定性和效率。
在江河湖海及土壤源熱泵方面:根據淺層地熱能源的特點,包括地下水、土壤、地表水等能量,即可供熱又可制冷的高效節能系統。通過輸入少量的高品位能源,實現由低品位能源向高品位能源的轉移。
在風冷熱泵方面:基于壓縮式制冷循環,利用冷媒為載體,通過風機的強制換熱,從大氣中吸取熱量或排放熱量,以達到制冷或制熱的需求,提高供冷效率。
(2)多種空調方式
包括變風量空調系統、毛細管網福射空調系統、變制冷劑流量多聯空調系統、地板送風空調系統等。
在變風量空調系統方面:提高空氣品質,利于新風供冷。根據室內負荷變化或室內要求參數的變化,自動調節空調系統送風量的較低能耗的全空氣系統。同時引入室外新風的自然冷量來實現節能的效果。
在毛細管網輻射空調系統方面:利用高溫冷水,降低風機能耗。系統以水作為冷媒載體,通過均勻緊密的毛細管席輻射傳熱,大大低于常規水空調供回水所需的能耗,使得系統更加節能.
在變制冷劑流量多聯空調系統方面:便于計量管理,降低風機能耗。室外空氣源制冷或熱泵機組配置多臺室內機,通過改變制冷劑流量適應各空調區域負荷變化的空調系統。具有明顯的節能和舒適效果。
在地板送風空調系統方面:利于個人調節,方便房間調整。改變傳統的上送風方式,改為下送風方式,利用架空地板空間,分隔為送風區和回風區,達到快速制冷或快速制暖,具有靜音節能的效果。
(3)空調系統分區化、模塊化設置
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