一殿雪、工程概況:
世界貿(mào)易中心(1WTC),是曼哈頓世貿(mào)中心遺址重建計劃的四座塔樓中最高的一座,由高層建筑與城市人居(CTBUH)理事會宣布將成為北美最高的建筑,同時也將成為世界已建建筑中的第三高樓藤巢。為了與丹尼爾?里伯斯金的總體規(guī)劃保持一致惠昔,該塔樓從地面到塔尖的總高度為1776英尺揪垄,恰恰是美國的建國年份,主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計高度與原本的世貿(mào)中心塔樓高度相同,為1368英尺哆姻,最上部是一個408英尺高的螺旋塔尖芙沥。螺旋塔尖設(shè)計達到了塔樓設(shè)計要求的高度,主屋頂上有一個多層格子圓環(huán)纽窟,螺旋塔尖就安置在圓環(huán)上肖油,與自由女神手中的火炬形神相通。
1.2新標準
2001年雙塔的倒塌成為工程界一個嚴重的案例臂港,未來高層建筑的建設(shè)需要在防恐怖襲擊方面吸取教訓。設(shè)計團隊面臨了眾多前所未有的挑戰(zhàn)——特別是安全問題——預計將達到或超越尚未公布的法規(guī)和標準视搏。我們也敏銳地意識到這座塔樓的設(shè)計或許會為未來的高層建筑設(shè)計提供一個標準审孽,激勵我們超越常規(guī)的高層建筑設(shè)計技術(shù)。
1.3 結(jié)構(gòu)分析
1WTC的建造計劃包括300萬平方英尺的地上建筑和50萬平方英尺的地下空間浑娜。塔樓包括71層的辦公樓層佑力、8層的MEP空間、1個50英尺高的大廳筋遭、客戶放松空間打颤、1個2層的位于1269英尺高空的觀景平臺暴拄、“天空”餐廳、停車場编饺、零售部和通往公共交通網(wǎng)絡(luò)的通道乖篷。塔樓結(jié)構(gòu)在地下延伸了70英尺,為地下4層透且∷喊考慮到地下地鐵等的位置,塔樓下部構(gòu)件需要重新排布秽誊。這些空間需要45000噸結(jié)構(gòu)用鋼鲸沮。
1.4 塔樓設(shè)計
該建筑辦公樓層從地上190英尺高度開始,在4層的主大廳上開始建造锅论。塔樓的四角逐步被削掉讼溺,從辦公樓層的第一層開始逐漸向內(nèi)傾斜直到屋頂,此時樓板單邊長度為145英尺最易,與底部的四邊形旋轉(zhuǎn)了45o怒坯。立面形成了8個拉長的等腰三角形,組成棱柱外形耘纱。在塔樓中部敬肚,平面變成了等邊八角形。塔樓幾何外形的變化不僅是為了滿足面積要求束析,同時也創(chuàng)造了可以減小風效應的氣動外形艳馒。紐約地區(qū)的高層建筑設(shè)計主要由風荷載控制,這種外形可以有效減小塔樓風壓员寇。
框架體系結(jié)構(gòu)用鋼大約為45000噸
塔樓的總高度(包括塔尖)為1776英尺弄慰,主體結(jié)構(gòu)的高度與原世貿(mào)大樓的高度相同(1368英尺)
二、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新技術(shù)
塔樓的基礎(chǔ)和地下結(jié)構(gòu)采用擴展和條形基礎(chǔ)建立在曼哈頓的基石上蝶锋,每平方英尺可以承受60噸或更多的力陆爽。由于空間限制,例如靠近地鐵線路扳缕,有時需要深挖基礎(chǔ)以獲得更大的地基承載力慌闭,此時的地基承載力達到了114噸每平方英尺。在巖石下80英尺的地方放置錨桿來抵御極端風事件帶來的傾覆作用躯舔。
地鐵在塔樓地下西部運行(挖掘下來的基石通過擋土墻包圍驴剔,保持世貿(mào)中心本來的地下水位)。因為施工時必須保證地鐵線路的正常運行粥庄,施工順序在地下結(jié)構(gòu)設(shè)計時就成了首要考慮的因素丧失。臨時結(jié)構(gòu)鋼框架被引入并整合到結(jié)構(gòu)中。用于臨時支撐樓板的永久和臨時鋼架跨越在鐵軌上方惜互,而一些塔樓的柱子則被轉(zhuǎn)移至遠離鐵軌布讹。
塔樓的穩(wěn)定體系琳拭,通過地下結(jié)構(gòu)進行提升,達到自平衡描验。塔樓結(jié)構(gòu)是一個混合體系白嘁, 混凝土核心筒框架外包圍了鋼樓板骨架和周邊韌性鋼框架。鋼筋混凝土核心筒體系在塔樓中心如同脊椎挠乳,為重力荷載权薯、風荷載和地震荷載提供承載力。核心筒在底部幾乎是正方形睡扬,基礎(chǔ)挖深大約為110英尺——足夠承擔本塔樓的重量盟蚣,包括設(shè)備間和各種形式的出口。墻體之間采用鋼筋混凝土墻寬翼緣梁連接混凝土剪力墻卖怜,周邊加入柔性框架屎开,增強建筑冗余度,并進一步提高側(cè)向風荷載和地震荷載作用下的整體建筑性能马靠。周邊框架包圍了所有垂直和傾斜構(gòu)件奄抽,形成了管狀結(jié)構(gòu)。
塔樓的反棱柱幾何外形在其獨特結(jié)構(gòu)條件下甩鳄,需要特殊的節(jié)點設(shè)計和制造方法逞度。為進一步提高抗側(cè)力體系,核心筒部分通過伸臂桁架與外框架結(jié)構(gòu)相連妙啃。由此档泽,周邊框架核心筒體系可以使塔樓更加安全。
夜晚揖赴,曼哈頓星空下的世貿(mào)中心(左邊)和其他地面建筑效果
三馆匿、建造創(chuàng)新技術(shù)
混凝土核心區(qū)內(nèi)的樓板體系采用混凝土梁板結(jié)構(gòu),核心筒外的樓板部分為壓型鋼板混凝土組合樓板燥滑,通過支撐鋼梁連接到剪力連接件上渐北。核心筒和外圍框架之間(最大跨度為47英尺)采用無柱樓板體系,可以提高施工效率铭拧,也提供給用戶靈活使用的空間赃蛛。
最常見的混合建造方法是混凝土核心筒使用液壓爬模和液壓滑模施工,而不依賴已有的鋼框架搀菩,鋼框架隨著已建成的核心筒進行推進焊虏,本工程采用一種創(chuàng)新的建造方法。在混凝土核心筒建造前秕磷,全層范圍內(nèi)施工全鋼框架,包括核心筒內(nèi)和核心筒外炼团,核心筒內(nèi)的鋼框架作為骨架系統(tǒng)預埋在混凝土剪力墻內(nèi)澎嚣。建造過程大概分為4個工序疏尿,包括鋼框架,金屬樓板和核心筒外部混凝土易桃,混凝土核心筒剪力墻褥琐,核心筒內(nèi)的混凝土樓板建造。為了提升模板晤郑,核心筒外部采用了一個寬翼緣環(huán)帶梁來保持樓板體系和核心筒剪力墻之間的臨時空間敌呈。施工順序在整個結(jié)構(gòu)設(shè)計中十分重要,因為它會影響到各種構(gòu)件的連接方式和節(jié)點構(gòu)造造寝,特別是在混凝土核心筒剪力墻和相鄰區(qū)域的交界部位磕洪;同時也會影響到塔樓軸向收縮的性質(zhì),計算和施工補償?shù)姆椒ń肓S捎诓煌牧系男阅苡绊懳鱿裕诨旌象w系結(jié)構(gòu)中考慮軸向收縮變得越來越重要,例如鋼材的變形签赃、混凝土的徐變谷异、蠕變和收縮作用等變得更加復雜。
研究軸向收縮目的是為了確定混凝土核心筒和周邊鋼框架在建造過程中的變形锦聊。鋼材的彈性變形在吊裝之前必須仔細考慮歹嘹,以保證施工結(jié)束時樓板是平整的,并定位在理論的水平位置上孔庭。為了補償這些收縮尺上,建造商可以調(diào)整周邊鋼柱和中心混凝土墻的高度,使它們一開始并不在同一高度上史飞。
塔樓目前被宣布為北美最高建筑
結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范
從一開始尖昏,面臨的主要挑戰(zhàn)就是為結(jié)構(gòu)設(shè)計選擇適當?shù)囊?guī)范和標準。紐約市現(xiàn)行使用的規(guī)范是基于1968年的規(guī)范修訂的版本构资,與港務局的設(shè)計規(guī)范共同構(gòu)成主要的設(shè)計規(guī)范抽诉。然而,本工程有必要采用最先進的規(guī)范來對塔樓進行設(shè)計吐绵,風荷載和地震荷載的設(shè)計采用IBC2003結(jié)構(gòu)標準(它們將會被作為新版紐約建筑規(guī)范的基礎(chǔ))迹淌。考慮到結(jié)構(gòu)的完整性己单,強化結(jié)構(gòu)冗余度唉窃,美國政府標準,例如GSA纹笼、DOD和FEMA被用來作為進一步改進的參考纹份。此外,最新的AISC和ACI規(guī)范,標準和規(guī)范被采納蔓涧,特別是關(guān)于抗彎框架連接的柔性設(shè)計件已。
塔樓底部的結(jié)構(gòu)體系
風洞試驗
結(jié)構(gòu)的風荷載按照IBC2003進行設(shè)計,并考慮了紐約當?shù)仫L荷載情況元暴。此外篷扩,還進行了一系列的風洞試驗,以確定颶風情況下的風效應以及滿足人體舒適度時的風荷載的精確測量茉盏。針對設(shè)計的不同階段鉴未,在Rowan Williams Davies & Irwin風洞實驗室進行了高頻測力試驗和氣彈模型試驗,同時也考慮了塔尖的空氣動力效應鸠姨。風洞試驗也考慮到了周邊環(huán)境的影響铜秆,甚至包括后續(xù)建成的2、3享怀、4號塔樓羽峰。最大的風荷載加速度會對人體舒適度產(chǎn)生影響,同時添瓷,颶風設(shè)計的重現(xiàn)周期為1000年一遇梅屉。
2013年12月,1WTC建造完成鳞贷,2014年晚些時候?qū)ν忾_放坯汤。該塔樓采用了多種創(chuàng)新的工程解決方案,是由眾多設(shè)計和施工團隊為了同一個目標搀愧,在幾年間親密合作惰聂,不懈努力,打造出的曼哈頓地區(qū)的地標性建筑咱筛,體現(xiàn)了國家精神和專業(yè)價值搓幌。
塔樓設(shè)計風荷載為1000年一遇,依據(jù)IBC2003