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绿色建筑概念在上海中心大厦结构设计中的表现分析
摘要：上海中心大厦建筑高度 632 m,是中国具有代表性的超高层建筑设计典范。上海中心大厦在设计阶段，引入绿色建筑结构设计的基本理念，在建造、运营过程中可节约土地、节约材料、减少能耗和减少排放等，以绿色建筑评价标准和指标为基础，从复杂环境下大直径深基坑及地基基础设计技术、基于空气动力造型的抗风设计技术、磁涡流 TMD 阻尼器系统设计技术等方面，介绍了绿色建筑思想在本项目结构设计中的体现。通过相关技术的综合使用，解决了技术难题，产生了巨大的社会效益和经济效益。上海中心大厦项目的顺利建造充分体现了“适用、经济、绿色、美观”的建筑方针，相应的绿色技术成果可为其他超高层建筑的设计提供参考。
关键词：上海中心大厦； 绿色标准与指标； 结构设计； 绿色建筑思想。
Abstract: The Shanghai Tower,which has an architectural height of 632 m,is the most representative tall buildingdesign model in China. The super high-rise buildings in the process of construction and operation involves land saving,material saving,energy saving,emission reduction and other aspects of issues. Therefore,it is necessary to introducethe green building design concept to reduce unnecessary energy consumption in the construction process. Based on thegreen building evaluation standard and index,focusing on the aspects of design technology of large diameter deepfoundation pit and foundation in complex environment,aerodynamic based wind resistant design technology,designtechnology of magnetic eddy current TMD etc.,this paper introduces the idea of green building in the Shanghai Towerproject. Through the comprehensive use of related technologies,many technical problems have been solved,resultingin enormous social and economic benefits. The successful construction of the Shanghai Tower project fully embodies the'applicable,economic,green,artistic'developmental ideology. The related technical achievements have importantreference values for other high-rise building green design.
Keywords: Shanghai Tower; green standard and indicator; structural design; green building idea.
0 引言。
进入 21 世纪以来，随着我国经济和建筑科学技术的快速发展，超高层建筑不断涌现。截至 2016 年底，中国 200 m 以上超高层建筑共 600 余幢，其中已建成 420 幢，在建 180 幢，分布区域以长三角、珠三角、环渤海和西南地区为代表[1].超高层建筑在建造和运营过程中涉及节约土地、节约材料、减少能耗和减少排放等各个方面问题，因此，需引入绿色建筑设计的基本理念，减小建造过程中不必要的能耗，这对于超高层建筑的发展具有重大意义。
基于此，以绿色建筑评价标准和指标为基础，结合上海中心大厦的结构设计中的各关键环节，如复杂环境下大直径深基坑及地基基础设计、基于空气动力造型的抗风设计、磁涡流 TMD 阻尼器系统设计等，介绍绿色建筑思想在本项目结构设计中的体现，并对相应设计成果进行评价，以期为绿色结构设计提供参考。
1 工程概况。
上海中心大厦是位于上海市浦东新区陆家嘴的一座超高层地标性建筑，建筑形态如图 1 所示。
该建筑是集办公、酒店、商业、观光为一体的现代化多功能摩天大楼。塔楼建筑高度 632 m,共 124层； 裙房建筑高度38 m,地上7 层，地下5 层。整个建筑地上和地下建筑面积分别为 38 万平方米和 14 万平方米，沿竖向分为9 个区段，包括底层的商业中心、中部的办公楼层以及顶部的酒店、文化设施及观景平台，各区段间由 2 层高的设备避难层分隔。图 2 给出了其建筑功能的竖向分区[2].
1. 1 建筑体型。
上海中心大厦在外观上呈现出螺旋式的上升形态，隐喻着可持续发展的绿色建筑理念。从平面投影上看，外幕墙近似呈三个尖角被削圆的等边三角形，并从底部到顶部按规律扭转，且沿高度方向逐渐收缩，形成了独特的非线性曲面形式，使整个塔楼从平面到空间都具有独特的标志性造型。内幕墙体型相对规则，从上到下分为六段柱体。外幕墙为结构遮挡风雨，内幕墙则起到隔热保温的作用，两者之间的中庭部分为人员休闲提供了场所并兼具环境缓冲作用（ 图 3） .
巨型框架-核心筒-伸臂桁架构成了上海中心大厦的抗侧结构体系[1].四根角柱、八根巨型柱及八道位于设备层处的具有两层楼高的环带桁架组成了抗侧体系中的巨型框架结构[3].六道两层楼高的伸臂桁架设置于塔楼的第 2 及 4 ~8 功能区[2].核心筒与巨型柱通过伸臂桁架联系起来。此结构体系既能高效地利用周围的八根巨型柱以减小结构的整体变形和层间位移，又能约束核心筒的弯曲变形。图4 为该结构体系组成。
由于超高层建筑固有的特点，如何最大限度地减小能耗，降低成本，是其设计和建筑过程中必须考虑的问题，此时，绿色建筑思想的引入就显得尤为重要。GB/T 50378-2014《绿色建筑评价标准》[4]指出了建筑设计中所需达到的 6 个方面绿色指标，本文作者结合本项目实际设计中遇到的各种问题，提出了相应的研究和解决方法（ 表 1 中 1 ~ 6 项） ,在此基础上，编写了国内针对超高层建筑可持续发展的标准文件---《绿色超高层建筑评价技术细则》（ 表 1中第 7 项） .
3. 1 复杂环境下大直径深基坑及地基基础设计技术。
上海中心大厦基坑工程为近年来上海软土地区罕见的超大、超深基坑工程。项目场地所处区域内土质较软，且周边环境复杂，变形控制要求高。针对以上客观因素，塔楼区采取顺作法施工，大大加快了工程的施工进度，其采用的圆筒形无内支撑基坑围护结构形式，充分发挥了圆形结构均匀良好的受力性能，较好地利用了混凝土的抗压性能。裙房区基坑施工采用了逆作法技术，此做法的优点在于可利用地下室顶板作为施工场地，解决了塔楼区和裙房区基坑在施工期间场地不足的问题。以上措施充分体现了绿色建造技术的思想[5],得到相关绿色创新技术与成果如下：
1） 通过采用外径 123 m、深 31 m 的圆筒形无内支撑大直径深基坑（ 图 5a） ,减小了围护结构拆除带来的环境污染；2） 桩基采用了直径 1 m、深 56 m 的超长大直径灌注桩，避免了预制桩产生的挤土效应，降低了对环境的影响；3） 通过建立桩筏协同受力分析模型（ 图 5b） ,全面系统地考察了基础的受力情况，为上部结构设计提供了依据；4） 后注浆技术的应用，使桩承载力提高 50% ,并大大降低了材料用量。
1） 对上海中心大厦进行结构受力性态的监测，该监测形成的大数据可为将来类似工程的设计提供更加详实的设计依据；2） 通过将施工过程与监测结果结合，明确了塔楼结构变形情况，有助于施工过程中及时发现问题，也为解决问题提供了缓冲时间；3） 记录了上海中心大厦周边风速情况，分析了台风前后结构的受力性态，保证了结构安全性。
3. 9 BIM 技术应用。
BIM 系统是在计算机中模拟工程建筑整个生命周期的全过程，包括设计、预算、采购、加工、运输、施工、维护等环节。作为上海未来的标志性建筑，上海中心大厦的建设目标之一是打造“节能、绿色、环保”的超高层建筑，而 BIM 技术的应用则是保证上海中心大厦完美建筑形态最终正确实现的有效手段。
在上海中心大厦的结构设计中，BIM 技术主要体现在幕墙及其支撑结构的设计、结构加强层的 BIM放样、复杂钢结构的 BIM 放样等方面（ 图 15） .
1） 将结构设计与施工详图深化、放样、安装紧密集合，深化 BIM 技术的应用；2） BIM 技术的应用大大提高了结构效率，钢结构、幕墙加工图效率提高 200%,且施工过程中无一返工；3） 通过 BIM 技术的应用，节省工程造价至少 1亿元。
4 结语。
1） 回顾了上海中心大厦在结构设计中所采用的绿色创新技术及相关成果，结果表明，在结构设计中采用绿色创新技术有利于节约能源和材料，降低结构的建造成本。
2） 上海中心大厦结构设计过程全面贯彻“适用、经济、绿色、美观”的建筑方针，实现了结构设计与绿色建筑的统一。
3） 绿色超高层结构设计新技术在上海中心大厦中的应用带来了巨大的社会效益和经济效益，相关的自主研究成果实现了国际领先，对实现超高层建筑可持续发展起到了积极作用。
参考文献：
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