本篇文章內(nèi)容由[中國(guó)幕墻網(wǎng)]編輯部整理發(fā)布：

　　框架- 核心筒結(jié)構(gòu)是目前高層及超高層結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式之一。由于有實(shí)腹筒存在，我國(guó)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》將其歸入筒體結(jié)構(gòu)。核心筒除了四周的剪力墻外，內(nèi)部還有樓、電梯間的分隔墻，核心筒的剛度和承載力都較大，成為抗側(cè)力的主體，框架承受的水平剪力較小。為了使周邊框架柱參與抗傾覆、增大結(jié)構(gòu)抗傾覆的能力，在核心筒和框架柱之間可設(shè)置水平伸臂構(gòu)件。伸臂構(gòu)件使一側(cè)框架柱受壓、另一側(cè)框架柱受拉，對(duì)核心筒形成反彎，減小結(jié)構(gòu)的側(cè)移和伸臂構(gòu)件所在樓層以下核心筒各截面的彎矩。設(shè)置水平伸臂構(gòu)件的樓層成為加強(qiáng)層。

　　為了進(jìn)一步增大結(jié)構(gòu)的剛度，使周邊的框架柱都參與抗傾覆，可在設(shè)置伸臂構(gòu)件的樓層設(shè)置周邊環(huán)帶構(gòu)件。設(shè)置加強(qiáng)層后，框架-核心筒結(jié)構(gòu)的建造高度與筒中筒結(jié)構(gòu)的建造高度接近。

　　用框筒作為外筒，將樓(電)梯間、管道豎井等服務(wù)設(shè)施集中在建筑平面的中心做成內(nèi)筒，就成為筒中筒結(jié)構(gòu)。采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系時(shí)，一般外筒采用框筒，內(nèi)筒采用剪力墻圍成的井筒;采用鋼結(jié)構(gòu)體系時(shí)，外筒用框筒，內(nèi)筒一般也采用鋼框筒或鋼支撐框架。框筒- 核心筒結(jié)構(gòu)是雙重抗側(cè)力體系，在水平力作用下，內(nèi)外筒協(xié)同工作，其側(cè)移曲線類似于框架- 剪力墻結(jié)構(gòu)，呈彎剪型。

　　外框筒的平面尺寸大，有利于抵抗水平力產(chǎn)生的傾覆力矩（詞條“力矩”由行業(yè)大百科提供）和扭矩;內(nèi)筒采用鋼筋混凝土（詞條“鋼筋混凝土”由行業(yè)大百科提供）墻或支撐框架，具有比較大的抵抗水平剪力的能力。

　　巨型結(jié)構(gòu)的概念產(chǎn)生于上世紀(jì)60 年代末，由梁式轉(zhuǎn)化層結(jié)構(gòu)發(fā)展而成。巨型結(jié)構(gòu)體系是由巨型構(gòu)件組成的簡(jiǎn)單而巨型的桁架或框架等結(jié)構(gòu)，作為超高層建筑的主體結(jié)構(gòu)，是與其他次結(jié)構(gòu)共同工作的，從而獲得更大的靈活性和更高的效能。

　　巨型框架- 核心筒- 巨型支撐結(jié)構(gòu)由巨型鋼框架、巨型支撐、鋼筋混凝土核心筒和伸臂桁架組成，具有多道抗震（詞條“抗震”由行業(yè)大百科提供）防線。設(shè)置巨型支撐可提高結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度且緩解剛度突變;水平地震作用（詞條“地震作用”由行業(yè)大百科提供）下，巨型支撐直接提高外框架剛度，使框架底部剪力和彎矩都明顯增大，滿足“第二道防線”的要求。

　　在建的上海中心大廈(圖6)塔樓建筑高度632m(結(jié)構(gòu)高度為580m)，共124 層。塔樓抗側(cè)力體系為巨型框架- 核心筒- 外伸臂結(jié)構(gòu)體系。在8 個(gè)機(jī)電層區(qū)布置多達(dá)6 道兩層高外伸臂桁架和8 道箱形空間環(huán)形桁架，由箱形空間環(huán)形桁架和巨柱形成外圍巨型框架。此抗側(cè)力系統(tǒng)已超出一般意義上的由少量外伸臂桁架及巨柱構(gòu)成的核心筒- 巨型柱- 外伸臂結(jié)構(gòu)體系，形成了巨型框架- 核心筒-外伸臂抗側(cè)力體系。無論是從抗側(cè)效率還是結(jié)構(gòu)的安全度方面，均有一定的提高及創(chuàng)新。

　　在建的深圳平安中心大廈(圖7)塔樓高度648m，共104 層，采用巨型斜撐框架- 核心筒- 鋼外伸臂體系，主要由型鋼混凝土巨柱、鋼筋混凝土核心筒、鋼外伸臂、空間周邊雙榀桁架、巨型斜撐以及角部巨型V 形支撐等部分組成。沿塔樓全高設(shè)置4 道鋼外伸臂，將核心筒與巨柱有效地連接在一起，從而控制層間位移，改善結(jié)構(gòu)的性能和冗余度，增加結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度。7 道空間雙桁架及單角桁架均勻布置于每區(qū)避難/ 機(jī)電層，連接巨柱，將塔樓的外圍形成巨型框架，承擔(dān)大部分由側(cè)向力引起的傾覆力矩。

　　天津高銀117 大廈(圖8)建筑高度597m，共117 層，采用巨型框架- 核心筒- 巨型支撐結(jié)構(gòu)體系。巨型框架構(gòu)成的周邊結(jié)構(gòu)構(gòu)成了多道設(shè)防的結(jié)構(gòu)體系，提供了強(qiáng)大的側(cè)向剛度。底部節(jié)間考慮建筑主入口要求為人字支撐，其余節(jié)間采用交叉支撐，以最大程度地發(fā)揮構(gòu)件效率。由于建筑方面要求弱化交叉支撐的視覺效果，避免斜支撐及邊梁柱相互交叉導(dǎo)致傳力路徑不清晰，設(shè)計(jì)中采取了將斜撐與周邊框架在平面上錯(cuò)開的方案，兩者相互獨(dú)立。

　　進(jìn)一步從材料角度分析超高層建筑結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展。國(guó)外高層、超高層建筑以純鋼結(jié)構(gòu)為主，而我國(guó)以鋼- 混凝土混合結(jié)構(gòu)居多。圖9 以材料為分類標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)了我國(guó)250m 以上各超高層建筑結(jié)構(gòu)體系的使用率。鋼- 混凝土混合結(jié)構(gòu)之所以得到較大發(fā)展，是因?yàn)槠淇捎行У貙�鋼、混凝土�?gòu)件進(jìn)行組合，既具有鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)又具有混凝土造價(jià)相對(duì)低廉的特點(diǎn)。如上海環(huán)球金融中心及金茂大廈內(nèi)部均為鋼筋混凝土核心筒，外框?yàn)樾弯摶炷�土柱及鋼�?正在建設(shè)中的上海中心采用了巨型框架- 核心筒- 外伸臂結(jié)構(gòu)體系(混合結(jié)構(gòu))。

　　3 我國(guó)超高層建筑經(jīng)濟(jì)性的分析

　　超高層建筑作為一個(gè)地區(qū)的標(biāo)志性事物，不僅承擔(dān)著重要的使用功能作用，而且組成了一個(gè)城市的天際線。因此，超高層建筑設(shè)計(jì)不能僅從建筑方面考慮，也不能僅從結(jié)構(gòu)效率方面出發(fā)，它是一個(gè)綜合的產(chǎn)物，需要各方面的協(xié)調(diào)。超高層建筑結(jié)構(gòu)工程造價(jià)的影響因素主要包括：建筑造型與平面布置、建筑物所在地區(qū)的地震烈度、

　　結(jié)構(gòu)體系選型以及各個(gè)國(guó)家結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范等。

　　本節(jié)統(tǒng)計(jì)了上海(地震設(shè)防烈度7 度)、鄭州(地震設(shè)防烈度7 度半)及蘭州(地震設(shè)防烈度8 度)地區(qū)共7 座超高層建筑的建安造價(jià)和土建造價(jià)，以分析建筑高度、結(jié)構(gòu)體系、地震烈度對(duì)工程造價(jià)的影響。圖10 為7 座超高層建筑建造安裝與土建工程的單位面積造價(jià)。圖11 以上海中心為例，給出其土建工程各部分造價(jià)及其占土建工程總造價(jià)的百分比。

　　圖10 和圖11 表明：1) 超高層建筑高度增加，工程造價(jià)隨之增加;

　　2)混合結(jié)構(gòu)造價(jià)高于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu);3)地震烈度增加，工程造價(jià)隨之增加;4)對(duì)于高度250~300m 的超高層建筑，土建工程造價(jià)約占建安造價(jià)的30%~35%，高度超過600m 時(shí)，土建工程造價(jià)將超過建安造價(jià)的35%;5)超高層建筑地下部分與地上部分的結(jié)構(gòu)造價(jià)之比約4:6。

　　4 總結(jié)

　　由本文的數(shù)據(jù)分析結(jié)構(gòu)可得到如下結(jié)論：

　　(1)我國(guó)超高層建筑的數(shù)量和高度都在迅速發(fā)展。

　　(2)我國(guó)超高層建筑的分布地域明顯由長(zhǎng)三角、珠三角地區(qū)向全國(guó)其他區(qū)域擴(kuò)展，環(huán)渤海地區(qū)以及部分二線城市超高層建筑發(fā)展快速。

　　(3)我國(guó)超高層建筑結(jié)構(gòu)體系與塔樓高度有一定關(guān)系，隨著塔樓高度的增加，巨型框架和巨型支撐應(yīng)用較多。

　　(4)我國(guó)混合結(jié)構(gòu)是超高層建筑結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用的主流。

　　(5)我國(guó)超高層建筑的結(jié)構(gòu)造價(jià)占總造價(jià)的30%~40%，隨著塔樓高度的增加，結(jié)構(gòu)造價(jià)將有所提高。

　　本文作者：

　　丁潔民

　　同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司總裁、總工程師。

　　代表作品：上海中心大廈、上海世博會(huì)主題館、溫州市大劇院、東方體育中心、北京大學(xué)體育館、同濟(jì)大學(xué)教學(xué)科研綜合樓等。

　　吳宏磊

　　同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司結(jié)構(gòu)工程師。

上一頁(yè)12下一頁(yè)