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探讨钢结构建筑蚕茧大厦的抗震设计


 日本COCOON工程为明框异形单元式玻璃幕墙,建筑造型酷似缠绕着白色蚕丝的茧,故大厦命名为COCOON。其创意为:服装是从丝绸中来,学生学有所成之后会像春蚕那样破茧而出。

    COCOON大厦不仅外形具有蚕茧的形态,其间架结构也吸收了蚕茧的诸多优点。通常,抗震能力超强的建筑都会显得笨重和呆板,因为现代钢筋混凝土建筑对抗地震的办法大多是硬碰硬,通过加深地基、加强材料的坚固性和结构的稳固来保障大厦的安全。而蚕茧大厦却展示了一种另类思维—以柔克刚,以独特的造型结构吸引分解外来冲击力,从而保障自身的稳固性。

大厦分为两部分,分别由50层的塔楼和底部6层圆形商业会展大厅组成。塔楼由3面钢架结构包围处于中央位置的“内核”,主体框架是钢铁斜格结构,其表层还且一层与主体钢架结构没有关系的外挂护网。当外力作用于这种斜格结构时,大厦产生摇摆,这时从一个支点承受的冲击力会被分散到上下左右的各个支点中,整个大厦的承受的外力就分散开了,晃动也随之被吸引。这种结构不但可以提高抗震的强度,对于风力所引起的晃动也能有效吸收。

大厦的地基结构很坚固,先由36根直径为2.5米、长为16米的钢桩打入地下深处,然后在上面铺有1米厚的基础垫层,在基础垫层上面,正对大厦地下的混凝土有3.8米之厚。

塔楼高达200多米,对于大厦顶部的人来说,一旦发生意外是不容易逃生的。为此,大厦顶部还特别设计了一个可开闭的紧急援救平台,用于直升飞机进行救援活动。这个平台平时处于关闭状态,一旦有需要,只需要7分钟就可以要打开。但平台可承受的重量不多,直升飞机不能降落在这个平台上,只能进行悬空救援。

200多米的塔楼从3个方向被主体钢架斜格所包围,这3个主体钢架只在大厦的上部连成一体,而在下部则是分开的,三足鼎立于地基之上。这个设计独特的外壳使大厦有了很高的建筑强度,外壳包围的“内核”结构的中间部分则连接着可以吸引横向晃动作用的压减震器装置。因外力引起的晃动,大约有30%可以被这一装置所吸引,其它70%会被包括地基地内的其它建筑构件吸收。

通过严格的性能检测;设计性能:

1、耐风压性能:使用年限按100年考虑,风压最大值(风洞实验结果摘录),顶部+3000,-6220 N/m2 (+306,-635 kgf/m2) ;

2、层间变位追随性:1/1000以下;

3、耐震性能:小型地震要求基本上无需修补就可继续使用,中型地震要求只需补胶就可继续使用,大型地震要求幕墙部件不发生脱落现象;

4、水密性能:在脉动平均值 1920 N/m2(196kg/m2)和脉动上限值 2670 N/m2(196kg/m2)条件下不发生漏水;

5、气密性能:压力差10Pa漏气量在0.01m3/h.m2以下,压力差100Pa漏气量在0.1m3/h.m2以下。

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