下面的内容是我们经常碰到的一些情况，下面就开始给大家介绍一下。我们国家最近建了大量的超高层建筑，每个省市都搞了，300米、400米、500米，一直这样搞上去。因此积累了比较多的资料，我个人有幸有机会参加了我们国内很多项目的工作，了解了一些情况，我把它稍微综合一下，形成这么一个内容。
最近在超高层建筑里比较常用的结构体系是下面这些，这种
核心体系是用得比较多的。基本上每个超高层建筑都有一个核心筒，绝大多数都存在这个概念，中间一个筒，不管是建筑或是设备使用的需要，我们结构也刚好利用了它，因此从各个工种来说这个核心筒是非常有用的，因此多数的超高层建筑都有核心筒在中间。在周边就配上一些支撑结构，现在配上的有下面几种：框架、巨型框架和外框筒，大概是配上这三种的外周边结构。这个情况比较多。
几乎每个超高层建筑都有一个核心筒，外周边简单的是加一个框架，沿周边围起来。第二种是在周边加一个框架，但是是巨型框架，我下面会逐步的介绍。另外是周边加一个外筒，所谓筒是一个筒体结构，可能也是一个密度框架，也可能是一个别的形式的筒体。下面我逐步介绍，举一些例子来说明一下。
下面说一下框架加核心筒的形式，无论是哪种结构都是基本的，但是往往不一定够，往往在这个基础上还有一个补强的措施，在某个层面加上伸臂桁架和腰桁架。巨框架已经具有腰桁架的形式，可能加伸臂桁架。有的时候还加斜撑，我后面会举一些例子给大家解释。
外筒结构，核心筒加上外筒，如果钢度不够还不满足规范要求我们也可以加伸臂桁架和腰桁架。总的来说现在的结构体系大半是一个核心筒一个框架，如果不够就加一个伸臂桁架、腰桁架或是斜撑，从两百米到五百米基本上都用这种结构。
下面每个结构我都简单介绍两个例子，这个例子是我随手拣来的，首先是比较简单的核心筒框架。我举一个例子是柳州的财富中心，这个结构比较简单，看起来比较容易。这个工程高度是303米，是一个矩形底盘44×44，高宽比是6.8，高宽比虽然是一个很粗略的指标，但是可以通过他显示设计难度，高宽比越大设计难度越大，高宽比越小设计难度越小。我个人认为比较正常的是7左右，如果是7以下设计不大，如果超过8难度就来了，如果超过9就非常困难。
这个工程是6.8的高宽比，就告诉我们这个设计难度并不太大，这个仅仅是一个方面的指标，不能说是绝对的，还要看当地的自然条件，当地自然条件好了，高宽比大一点也无所谓。大家不要认为7作为一个分界线。
这个工程很简单，一个核心筒，另外加了一个外周边的框架，每边四根柱，这个没有角度就变成斜的，这是建筑师的要求，主要利用斜的地方能够满足建筑角上的凹凸变化，这个对结构没有影响。柳州自然条件还是比较好的，六度区、风也不太大，在高宽比也不太大的条件下所以这个结构设计并不困难。它也加了加强层，我们当时参加审查的时候，这个指标的参数还是非常好，我们建议取消一个，后来他取消了。关于加强层如果后面有时间我会简单给大家说一说。
第二个例子核心筒+框架，也就是说外面的框架也未必是矩形，这是一个椭圆型，而且还是半边错开的，这是重庆瑞安的项目，高度440米，高宽比8.6，相当大。但是重庆的自然条件是非常好的，也是六度区，风也不大。所以在重庆搞超高层建筑条件有利。虽然它高宽比比较大，但是在比较好的自然条件下它还是能解决。由于它比较高，高宽比比较大，所以它用了五道加强层，如果下面有时间我也做些介绍。
第三个例子京基，安排我们后天参观，京基高度439米，它是矩形平面。高宽比9.5，这个高宽比是非常大的，在几个月前一直保持我们国内最大的高宽比的记录，当时设计难度非常大，深圳条件不是很好，风很大，地震也是七度，所以当时花了很大的工夫。它用的是框架+核心筒，但是这个远远不够，必须再加。我刚才说往往不够的时候再加腰桁架、伸臂桁架，他加了3道伸臂桁架和5道腰桁架。为什么两层用不同的伸臂，这是伸臂的敏感性分析出来的结果，下面有时间我也会讲一下加强层伸臂和腰桁架的敏感性分析。
这个工程由于高宽比大，这个结构是比较硬来的，据我所知，原来这个工程地块不大，所以底盘并不是很大，才57m×46m，原来是打算建300多米的，后来由于业主想增高，要高过广州的，可以是广东最高，但现在不是了，广州东塔已经五百多了。由于它只能增高又不能把底盘扩大，所以它的高宽比非常大，设计非常困难。现在已经封顶了，据我的记忆，内筒的外墙是1.9米厚，已经是相当厚了，这个柱子大概是4米×5米，尤其是四个角柱，其实它结构占的面积是相当大，这个有点牵强。
不但如此，加了这些东西算还过不了关，满足不了标准的要求。当时已经降了四百多分之一，他申诉了很多理由，还不能满足，最后又在外面加了斜撑，等于两边又增加了它的刚度，才马虎满足规范要求，还不完全满足，还讨价还价放宽了一点。情况是这样，这个框架+核心筒不够的时候必须加强。如此以外就没什么办法了，所有能用的方法基本上都用上去了。
另外一个比较高点的有的时候用核心筒+巨型框架，什么是巨型框架呢？这里举个例，用少数的巨型柱，四根到八根。所谓巨型框架在两边，跟若干层通常是结合设备层布置了巨型桁架作为它的水平构件，这就组成了一个巨型框架，巨型框架的跨度很大，层高也很多，这里需要布置第二层的桁架。
这个结构有什么好处呢？把巨型的东西，影响它使用的东西放在不重要的地方，一些重要的地方需要用的我们改为小的构件结构。次框架大家可以看到，这个仅仅是若干层，而且重的荷载很小，放在这里不影响建筑，这种用的是比较多的。这个是巨型框架。如果巨型满足不了还加斜撑，单撑、斜撑。
有几个例子，上海中心，630多米，实际高度是580米，因为顶上还有一个塔冠，这个塔冠也有差不多五十米，这个就是它的平面。上海中心高宽比是7.0，上海的条件是七度，风力比较大，高宽比7.0，做起来也没有太大的困难，它加了六道伸臂，上海中心外面看是三角形，其实它真正的结构是圆形，这是里面圆形的结构，中间一个核心筒，每面两根柱，这些柱子靠得很近，这样就组成一个矩形桁架。另外还有一个圆弧型的环梁，这是它的结构体系。这个环型的环梁这样组成，它的形式大概是这样。这个结构由于两个柱比较靠中间，圆弧四个角的跨度很大，而且环梁又是弧形的，弧形有一个问题是受扭，这个是完全解决不了问题的，那么大的跨度要承担很多的竖向荷载，审核之后大大的改进，一个是在若干层以下加了四个角柱减轻它的跨度。另外把圆弧型的腰桁架改为空间桁架，起步是做了单片，我们说抗震比不够。核心筒加巨型框架也是一种形式。
深圳平安大厦，平安大厦高度是648米，看起来最高，实际上真正的结构高度只有540米，为什么？他把桅杆算在里面，这个桅杆差不多一百米高，这个高度我们不去考虑了。这个结构采用了矩形刚架也是八根柱，八根柱比较靠边，这个跨度比较大，为什么留了角度？这个是建筑师的需要，我们根据建筑师的需要随便他们怎么布置。这里布置了次框架，它的结构体系就是这样的情况。这个总的体系等于核心筒加上外面的核心框架再加上若干个加强层，4道伸臂。最后感觉不够，因为它很高，高宽比达到9，也是比较大的，最后还增加了单斜撑外框。
天津117，天津117说实在的，它从实际高度来说还算是国内最高的，它是597米，下面是餐厅，餐厅上面是顶盖，所以597米应该算是真的，实实在在的。它的地盘也利用了矩形框架，但是高宽比达到9.7了，京基是9.5当时都很困难了，后来他的9.7也感觉很困难。天津条件不太好，7.5度，风又大，比上海要大，没深圳大，条件很不好，所以它的设计也是非常困难，他采用了矩形框架，用四柱放在角上，做完了还有很多设备层，最后还是不够，最后加了斜撑，斜撑还是双斜撑，打叉叉的，这边一个叉，双斜撑才能解决问题，因为它的高宽比太大了。
这里有一个小插曲，起初不是双斜撑，不是X交叉的。因为那个时候业主不同意，业主说风水不好，每个都是叉叉，他说只能用人字型的，人字型太陡，最后算起来没办法只能用交叉，最后说服了业主。他说里面看见好了，外面不要看见，所以它的外框是比较复杂的，次结构方面是在外面做四根柱，斜撑部分竖在里面，因此外面矩形框架每一层的桁架是双重的，外面一层是竖向力，里面是抵抗水平力的交叉，因此这个还是比较复杂的。不管怎么样，总归通过核心筒加上巨型框架再加上加强层和交叉的斜撑，总算是解决了问题，这个也过了关。
最后一种就是内筒加外筒，这是一个真正的筒体，所谓筒体和框架不一样，主要是从受力性质上分，筒体是属于三维结构，框架还是二维结构，要是框架做非常非常密就变成了框架筒。下面我讲的是真正的筒体，先说一个简单的，天津搞了一个广东大厦，这个广东大厦高度四百多米，高宽比8.2，有一定的难度。由于它的平面变化很多，慢慢收，越收越小，他用了一个结构体系，他下面用框架，上面用外框筒，大家看到上面是密柱的，密柱框架就变成框架筒，下面没有，因为下面是功能项的需要，用的是普通框架，十米、十二米，因为它太单薄了，因为要上面的平面缩进去，外筒是回字型的框架筒，详细的我不说了。
上面这部分可以说是核心筒加外筒，下面应该是核心筒加外框，他毕竟还是框架，双重框架不等于筒体，还是框架。上面是筒体，这是一种形式。下面两种是纯粹外筒的。
广州西塔是三角形的平面，里面是六角型的筒体，外面纯粹是筒体结构，这个是斜交网格，用柱子组成交叉的组织，既然是交叉组织大家看看它的立面，变成很完整的结构，它是核心筒加外面的筒，这个筒体是用斜交网格，用钢团混凝土做的斜交网格。这个外筒抗力是非常强的，无论是抗扭、抗震，它的抗震能力比它的内筒还强，而且它抗扭的能力非常好，因此它的扭转成分是非常小的，这是很好的结构。西塔给我带了一个头，后面也有很多参照了这个东西。
但是有一个问题，这个斜交网格在建筑上会受到一定的影响，现在的网格很大，一个格27米高，一个菱形是54米高的，虽然那么大，写字楼影响不大，上面的客房可以看到它的斜杆，这个使用上好不好，见仁见智了。
天津中钢，它是核心筒加外筒，它的核心筒有点像广州西塔，但是广州西塔很简单都是菱形，但是它不是，它下面组成的筒体构件是六角形的，蜂巢型的，每个菱形都是蜂巢型，这是建筑师的要求，他控制你，构件要跟着他走。这种结构虽然是一个筒体，抗水平力还是很好的，里面有很多的水平杆，斜向比较好，但是它的竖向受力很差，重力荷载下它很差，因为它是六角形的，所有构件里面没有一根是竖的，重力荷载就靠斜的杆。在设计过程中，在竖向荷载的重力下会往外挤，六角形压扁了就往外鼓，所以就造成了往外鼓，它受水平力还是不错的，但是受竖向力不好，因此产生了很多外鼓，这个时间拖了很长，一直想办法如何解决这个问题，最后通过一个在设计上非常精细的考虑来缩小它的水平变形，另外还通过一些施工措施减少它的水平变形，这里用了很多、很高深的分析和技术，最后总算是解决问题了。详细的东西傅总很清楚，有机会可以跟大家介绍。
关于结构形式就讲完了，大家可以看见，目前国内超高层建筑的结构形式大概是如此。后面我想讲点体会，也跟大家交流一下，我在超高层建筑方面有几个感觉是值得我们关注的，也有给我们设计上带来一些难题，不太好解决，我举几个问题主要是跟大家共同交流一下。我只能提出问题，讨论的时间就没有了。
第一，现在超高层建筑关于剪重比的问题，剪重比现在在抗震规范里是一个强条，你算出来一个结构，地震工况算了以后减去剪力，究竟每一个楼层的剪力和重量的剪重比，那么多的重量，那么大的剪力，这个算出来有一个结果。规范说由于我们现在用的规范基本上是以加速度来反映的，但是对高层建筑，尤其超高层建筑周期很长了，周期长就过了加速度的影响区域，一直到后来受到速度和位移的影响更为重要，可是现在我们还没有，还算不出来，因此用现在的规范算包不住地震作用，也没办法算，所以通过剪重比控制一下，算出来太小不行，还要加大，把地震所产生的剪力扩大下，扩大里面抗地震能力更强。
我们很多超高层建筑设计出来以后，发觉这个剪重比满足不了要求，比如说七度来说，七度的剪重比要求是1.2%，要是剪重比不满足1.2%就要想办法处理，现在提出处理的办法有两个。抗震规范5.2.5及高规4.3.12，这里有说了，剪重比我提出来的问题，现在搞很多超高层建筑，发现第一个问题出现的就是剪重比不够，怎么处理？剪重比差得比较大，要调刚度，剪重比更大了。我们感觉后面的好办，调刚度非常难，调来调去也满足不了剪重比的要求，这一点我作为一个问题提出来。
第二，关于外框承担剪力的问题，我刚才介绍了这个结构体系，一个核心筒、一个外框，外周边的地方，外框承担剪力，现在我们要求也比较高，现在核心筒还是主要的，承担第一道防线，剪力它占了很大的部分，框架是其次的。既然核心筒是那么重要，但是核心筒有很多连廊，在地震比较严重的时候这个连廊会开裂降低刚度，从而它承担力小了，外框部分有足够力量的第二道防线的能力，这也是一个问题。
现在这个问题我们往往在设计中也发现，有的时候外框比起内筒来说这个刚度还差很多，和内筒的分担相比它还占很少数，这里做了一个界定，不应该小于V0.2，有的时候不光要你调，还要把外框的刚度放大，让他直接承担10%以上的剪力。
第三，关于加强层设置位置的选择，加强层包括伸臂桁架和腰桁架，腰桁架加强外框和条柱和竖向构件的联系，以便均匀的工作。伸臂桁架是加强内筒与外框的联系并协调工作，减小结构侧向变形。
他们有一个缺点：构造很复杂，不管是腰桁架还是伸臂桁架，耗材很多，造成侧向刚度突变，施工难度较大且影响工期。往往停顿一段时间，这些都是不好的。
既然有好处也有不好处，因此必须要做好加强层，包括伸臂桁架和腰桁架的布置问题，我这里提出的问题有几个原则，简单说一下设计的原则：在满足有关控制指标的情况下，尽量不设或少设，要是设应该设在效果最好的地方，效果对号的地方你通过测算，通过敏感性分析，如果单向能解决问题就不要双向。同时这个也应该尽量少，通过敏感性找到最佳的效果，用得很好是最重要，我发现很多设计，反正随便加，加完够就算是了，并不是精心算的，这个是要花很多心思。
第四，关于外筒和外框的混凝土强度等级，七度的不能高于C70，九度不能高于C60，尤其是核心筒剪力墙不能高于C60，这里显示的是不宜，现在超限审查都不让你超过C60，核心筒不能超过C60，所以造成比较多的问题。要不然墙很厚，因为你要保证轴压比，要不然就得配很多钢筋、钢板，现在我们设计的超高层建筑里，这个新的要求，超限审查往往得掌握这个原则，在这样的情况下，这个困难怎么解决也是一个问题。
全部回复（4 ）
只看楼主 我来说两句-
完美生活01
沙发
认真读了
2015-05-24 00:22:24
赞同0
-
fangliang1118
板凳
很好的资料，
2015-05-22 15:17:22
赞同0
加载更多回复 举报
回复 举报