解读日本高层组合结构体系与减隔震设计

　　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。

　　1 高层建筑的构件

　　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（词条“承载能力”由行业大百科提供）。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。

　　2 建筑材料

　　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，预计在未来建筑结构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（词条“结构构件”由行业大百科提供）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。

　　图1 典型建筑材料的单轴应力-应变曲线

　　图2 历史上建筑材料的强度、密度和杨氏模量

　　3 工程案例

　　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。

　　图3 TOKYO HEADQUARTERS

　　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。

　　(a)概念设计效果图

　　(b)概念设计平面图

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