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1、超高层建筑结构设计复盘：结构布置O概述近年新建的超高层建筑高度主要以200300m左右为主，本次共收集42个已建及在建超高层结构设计相关资料，共涉及19个城市，最低建筑高度179.2m,最高建筑高度348m,对200300m超高层建筑进行结构布置复盘。点冷州叫 地建广昆索沙门州施安寿兴域S寿城山京计 *长*成西上细”三成0中北台建筑鬲度占比抗震分区占比 200m 2-250m 250-30Om 300m+6度区 7度N 7度半K ”8度区结构设计的目的就是花最少的钱，做最好的建筑，这就要求设计时对结构材料的充分利用，好钢用在刀刃上，在同等材料用量的前提下，充分利用结构受力原理，提高结构整体效率
2、。混凝土基本理论的发展也体现了使各种材料充分发挥性能，并相互协同工作的特点：钢筋混凝土与预应力混凝土之间的区别在于钢筋混凝土是将混凝土与钢筋两者简单地结合在一起，并让它们自行地共同工作，预应力混凝土是将高强钢筋与高强混凝土能动地结合在一起，使两种材料均产生非常好的性能。从上述结构构件的演化，推而广之，在结构设计中，只有当构件越多处于轴心受力状态,其材料的利用率才可以高，只有当构件处在合理的布置位置，其对整体结构刚度的贡献才可以提高，结构经济性也就越好。风荷载、地震作用是超高层建筑非常重要的外部输入荷载，通过合理的结构布置，提高整体结构抗风及抗震能力，对结构设计合理性、经济性都是及其重要的。1、
3、抗风设计所有超高层建筑基本都受风荷载的影响，风荷载是结构设计的主要控制荷载，因此风荷载的大小对结构的经济性起着至关重要的作用。风荷载的大小主要与建筑的体形、结构的动力特性、大气风环境以及建筑物周边环境等因素有关。对于风荷载效应，最重要的考虑因素还是结构本身，优化超高层建筑的外形、立面开洞以及在场地上的朝向，都会极大地影响超高层建筑风荷载大小，并且在强度和正常使用抗风设计工况中显著减少材料用量。1.1 对称平面采用对称平面可减小风荷载作用下的结构扭转效应，常用的双轴对称建筑平面如下图所示：1.2 流线型平面高层建筑的楼层平面采用流线型形状，可显著减小高楼的风荷载效应，流线型平面的风荷载体型系数要
4、比带棱角平面小得多。不同平面形状的顺风向体型系数如下图所示：1.3 横风减风措施高层建筑是否需要考虑横风向风振的影响比较复杂，一般要考虑建筑的高度、高宽比、结构自振频率及阻尼比等多种因素，一般而言，建筑高度超过15Om或高宽比大于5的高层建筑可能出现较为明显的横风向风振效应，并且效应随着建筑高度或建筑高宽比增加而增加。按响应方向分类顺风向振动沿来流风向的振动；主要由大气来流中的湍流脉动引起的。横风向振动与风向垂直的振动；主要由尾流漩涡的交替脱落引起。超高层建筑横风向荷载往往是主控风载，减小横风向荷载的一些常用措施如下:（a）角度柔化（b）竖向呈锥形（C）改变截面形状（d）立面旋转（e）立面开洞
5、横向减风措施典型超高层建筑如下:(a)(b)(c)(d)1.4 平面朝向如果条件允许，可通过调整优化建筑物平面朝向，使大楼产生最不利气动响应的风向远离当地主要的强风方向，从而达到减小风荷载的效果。1.5 风洞试验建筑规范根据历史气象数据以及基于理论和试验的荷载公式确定风荷载，由于风荷载的复杂性，模拟边界层的风洞模型对于高层结构非常重要。近年来，计算流体动力学（CFD）建模技术广泛地应用于研究高层建筑的抗风性能，但风洞环境中的物理建模是确定一般风效应的最佳方法，通常可以得到最准确的结果，同时，风洞试验应该考虑现有和未来新建结构的影响。根据高层建筑混凝土结构技术规程，房屋高度大于200m或有下列情
6、况之一时，宜进行风洞试验判断确定建筑物的风荷载：D平面形状或立面形状复杂；2）立面开洞或连体建筑；3）周边地形和环境较复杂；风洞试验主要研究内容建议如下：编号研究分项1400m以F可选项风气候分析2建筑体型优化（桌面研究）4测力试验（含风振分析）5测压试验（含风振分析）6建筑环境风研究7围护结构表面风压力研究8烟囱效应研究9400m以上附加项建筑体型优化（数值或风洞研究）IO气动弹性模型试验,11附加阻尼系统可行性评估*风洞试验结果，有条件时，建议考虑风向折减计算结果。2、抗震设计2.1超限定义1）高度超限房屋高度（m）超过下列规定的高层建筑工程，属于超限高层建筑:结构类型6度7度(含0i)8
7、度(02()8度9度混凝土结构框架6050403524板架抗震墙1301201008050抗震墙1401201008060部分框支抗震墙1201008050不应采用框架-核心筒1501301009070筒中筒18015012010080板柱抗震墙80705540不应采用较多短肢墙1006060不应采用错层的抗震墙和框架抗震墙806060不应采用合构混结钢外框钢筋混凝土筒20016012012070型钢混凝土外框-钢筋混凝土筒22019015015070钢结构框架110IlO907050框架-支撑（抗震墙板）220220200180140各类筒体和巨型结构3003002602401802） 一般
8、不规则超限同时具有下列三项及以上不规则的高层建筑工程，不论高度是否超限，属于超限高层建筑。序号不规则类型简要涵义备注Ia扭转不规则考虑偶然偏心的扭转位移比大于L2参见GB5OOU-3.4.2Ib偏心布置偏心率大于0.15或相邻层质心相差大于相应边长15%参见JGJ99-3222a凹凸不规则平面凹凸尺寸大于相应边长30%等参见GB5OOU-3.4.22b组合平面细腰形或角部蝇形参见JGJ343.33楼板不连续有效宽度小于50%,开洞面积大于30%,错层大于梁高参见GB5001134.24a刚度突变相邻层刚度变化大于70%或连续三层变化大于80%参见GB50011-3.4.24b尺寸突变登向构件位
9、置缩进大于25%,或外挑大于10%和4m,多塔参见JGJ3-4.4.55构件间断上下墙、柱、支撑不连续，含加强层、连体类参见GB500U-3.4.26承载力突变相邻层受剪承裁力变化大于80%参见GB500U-3.4.27其它不规则如局部的穿层柱、斜柱、夹层、个别构件错层或转换已计入卜6项者除外3）特别不规则超限具有下列某一项不规则的高层建筑工程，不论高度是否超限，属于超限高层建筑。序号不规则类型简要涵义1扭转偏大帝房以上的较多楼层，考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.42抗扭刚度弱扭转周期比大于09混合结构扭转周期比大于6853层刚度偏小本层侧向刚度小于相邻上层的50%4高位转换框支墙体的转换构件
10、位置：7度超过S层，8度超过3层5厚板转换7-9度设防的厚板转换结构6塔楼偏置单塔或多塔与大底盘的质心偏心距大于底盘相应边长20%7复杂连接各部分层数、刚度、布置不同的错层连体两端塔楼高度、体型或者沿大底盘某个主轴方向的振动冏期显著不同的结构8多重更杂结构同时具有转换层、加强层、错层、连体和多塔等复杂类型的3种4）其他高层建筑一序号简称简要涵义1特殊类型高层建筑抗震规范、高层混凝土结构规程和高层钢结构规程暂未列入的其他高层建筑结构，特殊形式的大型公共建筑及超长悬挑结构，特大跨度的连体结构等2超限大跨空间结构屋盖的跨度大于120m或悬挑长度大干40m或单向长度大于300m,屋盖结构形式超出常用空
11、间结构形式的大型列车客运候车室、一级汽车客运候车楼、一级港口客运站、大型航站楼、大型体育场馆、大型影剧院、大型商场、大型博物馆、大型展览馆、大型会展中心，以及特大型机库等建筑设计应根据抗震概念设计的要求明确建筑形体的规则性。不规则的建筑应按规定采取加强措施；特别不规则的建筑应进行专门研究和论证，采取特别的加强措施；不应采用严重不规则的建筑方案。2.2 平面布置1)平面布置原则平面宜简单、规则、对称，减小偏心；应尽可能采用方形、圆形等双轴对称的简单平面形状；平面布置应减小扭转效应的影响。设防烈度L/BUBranUb6、7度60b）；2）当上部结构楼层相对于下部楼层外挑时，上部楼层水平尺寸Bl不宜
12、大于下部楼层的水平尺寸B的1.1倍，且水平外挑尺寸a不宜大于4m（图c、d）o2）结构立面抗侧效率当结构高度和立面面积不变时，不同的立面形状对结构的抗侧刚度会产生较大的影响。立面形状应尽量采用“下大上小二表2-5不同形状的立面影响系数立面形状三角形梯形矩形倒梯形1.661.571.000.483、建筑高宽比建筑的高宽比是建筑的高度与最小结构宽度的比值，对于超高层建筑，充分利用建筑物的整个结构宽度是很重要的。典型超高层建筑，高宽比统计如下所示：超高层建筑的高宽比是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济性合理性的宏观控制。复盘超高层建筑高宽比平均值为5.7,超高层建筑高宽比在57之间，处于合理范围，
13、高宽比一般不应超过8,当高宽比超过10以后，结构的经济性会存在较大问题。3.3.2钢筋混凝土高层建筑结构适用的最大高宽比结构体系非抗震设计抗震设防烈度6度、7度8度9度框架543板柱-剪力墙654框架-剪力墙、剪力墙7654框架-核心筒8764筒中筒8875总结对国内200300m典型超高层建筑进行了研究分析，得出如下结论：1）合理的结构布置能有效改善超高层建筑风荷载，提高整体经济性；2）合理的平面布置及立面布置能有效避免不规则程度，提高结构抗侧效率;3）超高层建筑高宽比平均值为5.7,高宽比宜控制在57之间。参考文献1周建龙.超高层建筑结构设计与实践M.同济大学出版社MarkSarkiSia
14、n.高层建筑设计-以结构为建筑M.中国建筑工业出版社.引建筑与市政工程抗震通用规范4超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点.5相关项目资料.附参考资料1国际财源中心（西塔）型钢混凝土框架核心筒地下5层，地上36层，其中设备层高4米，总高148m外围剪力墙6004（X）（C60-C40）型钢混凝土柱角柱：角柱1200x1200边柱1200x1100-1000x800中柱1000x800-900x700首层至8层连接,核心筒氾围底板厚3m,其他部位1.8m,纯地下室1.2m单塔核心筒偏置16和27层设置两道加强层图2拘塔层3结构布置干面图图I双塔模型ttdd5LH1OO3W2M5OqiMssxe
15、uoWHSOOCSOtXMoncX1JOCWoHoght0O*UOdO4OYCWAS由斜撑与柱的迨然 采用全常透饵筑2百货大楼框架核心筒地下5层，地上37层，层高4.05米，总高162.75m剪力墙750450,框架柱1700xl700800x800塔楼和裙房不设缝，塔楼偏置，塔楼的核心筒偏置图I成都仃货大楼效果图三三三三二三图2上塔楼标准从结构平面图3纲支抻缶程图图4徘防标准以结构平面3置地广场办公楼钢框架混凝土核心筒地下3层，地上39层，其中设备层高3.9米，总高160.82m矩形钢管混凝土柱600x1200x30x30-600x800x20x20(C70C40)塔楼和裙房不设缝，塔楼偏置
16、，塔楼的核心筒偏置图I成郡仁忸Ir城广场的效果图2图4钵星生更反（*4t%g/均代）图21钢梁膜板开矩形孔现场照片4三期框架剪力墙地下4层，地上55层，层高3.35米，总高198.6m矩形钢管混凝土柱筏板下人工挖空桩置酒店式公寓首层以上主楼和裙房分开核心筒高宽比为1/22,远小于框架核心筒1/12的要求，所以结构体系为框架剪力墙结构图3标准层结构布置困5新世界大厦东塔钢管混凝土框架-钢筋混凝土核心筒地上56层，总高196.65m剪力墙筒外700,筒内500-400矩形钢管混凝土柱1200x8001000x60015.26.37设置了一层高的伸臂桁架图I北岗效果图Oos- e- E-巨/8SMB
17、l 550X300X230(JBSMB2 H5V 2U)X 2 1RSMBZSSBI H48X200X6X I1好边壁为、Bl图2东塔楼标准层平面图图4伸臂桁架加强层6大厦钢筋混凝土框架核心筒地下4层，地上34层，层高4.2,总高147.9m剪力墙筒外700,筒内500-400矩形钢管混凝土柱1200x800-1000x60015.26.37设置了一层高的伸臂桁架图27国际广场（）钢骨混凝土筒中筒结构地上49层，层高4.2,总高190.7m剪力墙100o400框架柱1200xl200l100x1100周边框架梁100OXI200350x1200首层斜撑转换图I海控国际广场FWIIlaongIn
18、lfniationiilPbzaMmiiaaiFig2PlHnViivofKiaiulanl(I)Or目-Irj,yUmnnl=HTIa1111IHlIInIIHIB!IBI=!IIIIlIHnIHUUra8H融构件不念用F.H4ytmhrrlrof1aflrtmm!(rc8大厦钢混凝土混合结构地上西塔：43层东塔：38层办公层高4.2,酒店层高3.6,总高166.2m剪力墙外墙600400,内墙300250型钢混凝土柱1600xl600100Ox1000图1建筑物效果图图3标准层结构布置图9中心钢筋混凝土框架核心筒地下3层,地上29层，总高139.45m三7I-y4.三mSS*K4N28MQ
19、1BO8Se陋中心4湘，4200L41SO1420400JAJrrtj图1华润大度塔楼标准乂结构台置10第一城地下2层，地上36层，办公层高4,总高155.75m剪力墙外墙8OO3OO,内墙3007层以下钢骨混凝土柱型钢混凝土柱1200x1200-900x900图2Bl地块建筑效果图图3标准层平面结构布置H欣都龙城超高层塔楼地下3层，地上47层，办公层高3.7,总高178.3m剪力墙700500方钢管混凝土900x400图3结构模型12人寿大厦框架核心筒地上35层,层高32,总高149.3m斜柱ffiI珑汉效果图图2建筑剖面图klaiiiiiiiBliiiB)(三三三=三三=y：图3计只投型三
20、推透校图(a)沿帆向(平闿外方向)(b)沿横向(平面内方向)图7南侧斜柱竖向定位图13金融大厦钢筋混凝土框架核心筒地上38层,层高4.35,总高169.45m图I南海荣耀金购中心植177950；八”-ISOOO图2建筑剂而图30022003002200注：外横柱裁面由16001600逐步递M金ROO800.程承上强度等级由C70逐步遢M做W核心面外由W）O号（X向）.750厚，Y向）逐加IiM至300厚.泄凝土强度等加由C4，逐生通诚GC40图4塔楼结构平面布置图14国际贸易中心A塔钢管混凝土框架.混凝土核心筒总高199.3m剪力墙800-500钢管混凝土柱1200x24-100Ox16主楼底
21、板厚2.8m未设置伸臂桁架，在23、24、36、37、50层设置了钢骨混凝土梁，提高了结构的抗侧刚度用3标准层平面布置图图2窿筑效果图15商务中心一期框架核心筒地上38层，总高178m图I标准层平面图竖向构件尺寸（Inn）ft1楼屋角柱尺寸中柱尺寸列力培4*3I600fuI60I100128)I500幻I500(IIooa28)7004I5(1)I500(I00034I4X)dI)0(IooO324)RoS6I50DI500(IOahaN)I400%】400(90(k207007Il1400147)012-16I30)300(XK)falX)I3X)21200(700rul6)700l26I3
22、00I300(DO816)I3)01200(70O16)0228I2(D(I200I1001KM)o29-38II00(iI1(Ioooat(no500注:括号中为的管尺寸.16大连万达中心地下3层，南塔44层，层高4.1,总高195.6m北塔36层，层高36总高147.7m剪力墙北塔：5OO3OO;南塔：700-500混凝土柱北塔：钢筋混凝土;南塔：方钢管混凝土柱不设置抗震缝，大底盘多塔图I建筑效果图48QowoO 48QoTSoo0800 9M 1 助 L 10800图2北塔楼标准层平面结构布置图伸臂桁 十05Hfr 相10OOSO- 0006 800 OOSO _伸臂桁架警 就一 I图4
23、南塔楼伸臂桁架平面布置图17国际大厦钢框架-核心筒地下3层，地上43层，层高3.9,总高178m剪力墙X向700-600；Y向600-400方钢管混凝土柱800x800x32-20图1建筑立面效果图图2结构标准层平面图124503610011200门450006二003 1 00-6Oob 二H格架I艘桁架I伸身桁架伸付桁架伸IT桁聚伸臂机架伸臂桁架IC桁架】胃18节能环保大厦地上39层，层高3.7,总高152.3m剪力墙500350型钢混凝土柱1200x1200-900x900图1工程效果图图2A塔楼结构平面布置图Fig.2Slnirtun4orplanoflowrA19大厦地下4层，地上36层，总高146.3m剪力墙纵向700,横向800矩形钢管混凝土柱1400x1400-800x800图1熊莲大厦图2可莲大厦剖面图图3”建大厦标准层结构平面图图7腐修所件愣桁架Fig7Strengthenedstoy*ihOUmggCrCkvsscs20?：厦钢筋混凝土框架核心筒总高166.75m剪力墙900500型钢混凝土柱1300x1800-1100X1000图I华润大厦效果图图2 1 10层平面（阴影区为错层部位）
