“最经济”的高层结构体系，国外设计指南最终认定的是哪一个呢？

虽然行业的整体环境暂时也是无法改变的，但作为一个身处其中、还要为甲方服务很多年的从业者，有时候还是要保持一些清晰的认知：了解遇到的各种问题，在现在的研究进展下，该是什么样子才比较合理，虽然现实工程应用中还有不少不合理的地方。

本文聊聊以下几个话题：不同的高层建筑适用的结构体系，无梁楼盖的优缺点，预应力无梁楼盖的优缺点。

1. 不同高层建筑适用的结构体系

 

1. 框架体系 (Frame system)

梁与柱刚性连接形成的抗弯框架，各个框架共同分担侧向力。适用于75米以下建筑， 结构简单、施工便捷，但抗侧刚度比较有限，不适合超高层建筑。

2. 剪力墙体系 (Shear-wall system)

利用布置在中心的剪力墙组成核心筒，既抗水平荷载又提高整体刚度。适用于120米左右建筑，连梁可增强刚性。抗侧力性能好，但时常平面布置受限，设计灵活性较低。

3. 剪力墙-框架体系 (Shear-wall and frame system)

结合剪力墙和框架的优势，整体侧向刚度更高，适合高度约160米的建筑。无梁楼盖+核心筒体系就属于这种类型范畴，水平地震力都全部靠核心筒的剪力墙来承担，外围框架柱主要承受竖向力，设计时会保留一定抵抗水平力的能力。

4. 筒体结构体系 (Framed-tube system)

通过形成一个封闭的筒状框架，利用较小的柱间距和梁连接来抵抗侧向力，适用于150-170米的建筑。柱距比较小，布置较为密集。

5. 筒中筒体系 (Tube-in-tube system)

在外部筒体的基础上加入内部核心筒，增强侧向刚度，使建筑高度可达180-200米。

6. 束筒体系或模块筒体系 (Bundled-tube or modular-tube system)

多个筒体组合成模块，通过增加内部隔断和互联，显著提高整体刚度，适用于70层以上的超高层建筑，高度可达225米。

7. 支撑筒体体系 (Braced-tube system)

在筒体结构中增设斜撑，提升侧向刚度并允许更大柱间距，适合300米以上的超高层建筑。 提供更大的柱间距，利于外立面设计。

8. 伸臂桁架-核心筒体系 (Outrigger-braced system)

通过外围柱和水平伸臂（桁架）将核心筒与外部结构连接，形成多重荷载传递路径，适用于350米及以上的超高层建筑。

2. 什么是无梁楼盖

在《Structural Design of Tall Buildings》书中提到：最经济且施工较为简便的布置方式是平板刚性框架结构（即无梁楼盖）。跨度、层高和刚性框架构件的抗弯刚度等因数决定了整个结构的抗侧稳定性。通常，最经济的楼板跨度在8至9米之间。在具体项目中，9米柱距的平板厚度采用了225mm 。

无梁楼盖是一种双向受力的钢筋混凝土楼板结构，通常不设置主次梁，荷载直接传递到柱子上。

• 带状扁梁的实心平板 (Solid flat slab with band beams)    
  
• 有或无柱帽的平板 (Flat slabs, with or without drop panels)    
  
• 后张预应力平板 (Post-tensioned flat slabs)    
  

3. 无梁楼盖的优缺点

优点

• 房间布局灵活      隔墙可以任意布置，能为业主提供多种房间布局选择；吊顶往往也可以省略。
• 钢筋布置更简便      由于平板结构的钢筋设计较简单，布置也更容易。
• 框架施工便捷      平板结构可以使用大型模板体系，从而使框架施工更简便。
• 降低建筑高度      由于平板结构不需要使用梁，可以减小楼层高度，进而降低建筑整体高度；大约可以节省10%的竖向构件，并且基础荷载也相应减少。
• 缩短施工时间      采用大型模板体系可以有效缩短施工时间。
• 预制焊接网      使用标准尺寸的预制焊接网不仅安装时间短，而且能更好地控制质量。

缺点

• 抗冲切设计要求高      平板结构与柱子连接的地方容易出现“冲切”问题，即在柱子周围区域承受的剪力很大。为了解决这个问题，通常需要加大局部的配筋或者增加“抗冲切托板”，这会使设计和施工更复杂。
• 厚度可能较大      为了提高抗冲切能力，平板往往需要做得比其他类型的楼板更厚，建筑整体自重增加，厚到一定程度后，往往采用空心楼板的形式。
• 难以适应复杂情况      在某些不规则或荷载分布复杂的建筑中，平板结构可能需要特殊处理才能保证整体刚度和平衡，这使得设计工作变得更加复杂。

总的来说，虽然双向平板结构能带来开敞、灵活的室内空间以及施工速度快等优势，但在抗冲切设计、板厚控制、施工质量以及适应特殊荷载等方面需要特别注意。

4. 预应力无梁楼盖的优点和重点

优点

•  减薄楼板厚度和重量、降低自重及地基荷载。
•  加快施工进度，减少模板和钢筋布置工作，提高施工效率。
•  适用于大跨度设计，有项目案例后张预应力梁板，跨度达到 13.8 米。

关注的重点

• 预应力收缩的约束问题     ：刚性核心筒墙和柱可能会限制预应力筋的自然收缩，必须在设计时进行补偿和调整。
• 施工操作空间     ：张拉操作通常需要在建筑物外围进行，因此设计时必须确保有足够的空间进行安全高效的作业。
• 楼板拉伸收缩引起边缘柱的约束裂缝：      后张预应力过程中，楼板在受到拉伸作用后可能会产生一定的收缩。如果这种收缩受到了边缘柱的限制，就可能在柱子处产生约束裂缝，需要在设计中采取措施进行控制。

总体来看，后张预应力平板能有效降低楼板厚度和重量、加速施工，并适应大跨度设计，但在细部设计和施工中需妥善处理预应力收缩、张拉操作和结构连接等问题。

小结

在选择结构形式时，抗震性能往往起着决定性的作用。根据结构设计的基本常识，建筑物越高、越具标志性，重要性等级越高，其所要求的安全与可靠性也应相应提高。尽管对地震作用的认识和应用，行业已经积累了丰富的研究成果和工程经验，但在实践中仍存在不少难题和需要改进的地方。