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探討鋼結構建筑蠶繭大廈的抗震設計


 日本COCOON工程為明框異形單元式玻璃幕墻,建筑造型酷似纏繞著白色蠶絲的繭,故大廈命名為COCOON。其創意為:服裝是從絲綢中來,學生學有所成之后會像春蠶那樣破繭而出。

    COCOON大廈不僅外形具有蠶繭的形態,其間架結構也吸收了蠶繭的諸多優點。通常,抗震能力超強的建筑都會顯得笨重和呆板,因為現代鋼筋混凝土建筑對抗地震的辦法大多是硬碰硬,通過加深地基、加強材料的堅固性和結構的穩固來保障大廈的安全。而蠶繭大廈卻展示了一種另類思維—以柔克剛,以獨特的造型結構吸引分解外來沖擊力,從而保障自身的穩固性。

大廈分為兩部分,分別由50層的塔樓和底部6層圓形商業會展大廳組成。塔樓由3面鋼架結構包圍處于中央位置的“內核”,主體框架是鋼鐵斜格結構,其表層還且一層與主體鋼架結構沒有關系的外掛護網。當外力作用于這種斜格結構時,大廈產生搖擺,這時從一個支點承受的沖擊力會被分散到上下左右的各個支點中,整個大廈的承受的外力就分散開了,晃動也隨之被吸引。這種結構不但可以提高抗震的強度,對于風力所引起的晃動也能有效吸收。

大廈的地基結構很堅固,先由36根直徑為2.5米、長為16米的鋼樁打入地下深處,然后在上面鋪有1米厚的基礎墊層,在基礎墊層上面,正對大廈地下的混凝土有3.8米之厚。

塔樓高達200多米,對于大廈頂部的人來說,一旦發生意外是不容易逃生的。為此,大廈頂部還特別設計了一個可開閉的緊急援救平臺,用于直升飛機進行救援活動。這個平臺平時處于關閉狀態,一旦有需要,只需要7分鐘就可以要打開。但平臺可承受的重量不多,直升飛機不能降落在這個平臺上,只能進行懸空救援。

200多米的塔樓從3個方向被主體鋼架斜格所包圍,這3個主體鋼架只在大廈的上部連成一體,而在下部則是分開的,三足鼎立于地基之上。這個設計獨特的外殼使大廈有了很高的建筑強度,外殼包圍的“內核”結構的中間部分則連接著可以吸引橫向晃動作用的壓減震器裝置。因外力引起的晃動,大約有30%可以被這一裝置所吸引,其它70%會被包括地基地內的其它建筑構件吸收。

通過嚴格的性能檢測;設計性能:

1、耐風壓性能:使用年限按100年考慮,風壓最大值(風洞實驗結果摘錄),頂部+3000,-6220 N/m2 (+306,-635 kgf/m2) ;

2、層間變位追隨性:1/1000以下;

3、耐震性能:小型地震要求基本上無需修補就可繼續使用,中型地震要求只需補膠就可繼續使用,大型地震要求幕墻部件不發生脫落現象;

4、水密性能:在脈動平均值 1920 N/m2(196kg/m2)和脈動上限值 2670 N/m2(196kg/m2)條件下不發生漏水;

5、氣密性能:壓力差10Pa漏氣量在0.01m3/h.m2以下,壓力差100Pa漏氣量在0.1m3/h.m2以下。

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