解讀日本高層組合結構體系與減隔震設計

　　日本從20世紀70年代至今，高層建筑的建設大致經歷了高潮期、平穩期、反思期、成熟期四個階段。日本在高層建筑的設計理論上，漸漸形成了自己的特色，與我們通常看重建筑外表相反，日本更強調建筑品質，空間效果及其與周圍環境的關系等內在的東西。

　　1 高層建筑的構件

　　在高層建筑中，SRC結構通常用于地下室和底部樓層以獲得足夠的剛度和強度，而上部樓層則采用鋼結構。日本根據國情研究出建筑抗震結構設計方法，制定適用于本國的與高層建筑相關的技術標準，其中日本建筑學會出版的規范中有SRC結構的詳細設計方法。

　　20世紀90年代，通過在圓形或方形鋼管中內灌高強混凝土形成了鋼管混凝土構件，或稱為CFT，它具有更強的軸向承載能力（詞條“承載能力”由行業大百科提供）。近年來，CFT已經被廣泛地用作高層建筑的柱。在日本，CFT的橫截面尺寸通常為80cm×80cm的矩形管，及直徑達2m的圓形管，直徑達3m的更大的鋼管混凝土柱子現已在美國有應用。

　　2 建筑材料

　　回顧過往，21世紀初，結構材料的發展(圖1)為人類歷史和文明的發展作出了很大貢獻，而超高強度鋼，不僅強度高，且可循環性及耐久性好，預計在未來建筑結構的發展中會發揮重要的作用，其抗拉和抗壓強度如圖1所示。

　　隨著鋼材強度的增加，建造相同建筑所需的用鋼量減少，結構自重降低且結構構件（詞條“結構構件”由行業大百科提供）變小。換句話說，相同尺寸的結構構件，用高強材料可建造更大型的結構。

　　圖1 典型建筑材料的單軸應力-應變曲線

　　圖2 歷史上建筑材料的強度、密度和楊氏模量

　　3 工程案例

　　3.1 案例1：TOKYOHEADQUARTERS(清水建設)

　　TOKYOHEADQUARTERS(圖3)位于日本東京，總占地面積為3000㎡，建筑場地面積為2200㎡，建筑高度為106m，層高有2.8~3.3m不等。地下3層，地上21層，1層屋頂。建筑總面積為51800㎡，商業面積為40400㎡(占78%)，容積率為1.280%。結構體系為鋼-混凝土組合結構，帶有隔震系統。

　　圖3 TOKYO HEADQUARTERS

　　從2009年4月到2012年5月，歷時38個月建造完成。該工程通過了建筑環境綜合性能評估，獲得了節能金獎，碳減排達到62%。TOKYOHEADQUARTERS主體結構概念設計中的無柱辦公區以及隔震系統，見圖4。典型樓層平面布置圖見圖5，周圍框架及核心筒立面圖見圖6，7。結構外立面采用帶太陽能電池的預制混凝土幕墻。

　　(a)概念設計效果圖

　　(b)概念設計平面圖

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