超高层建筑结构设计(CTBUH)

1 回顾我们对超高层的定义进行了总结，根据CTBUH的定义，将300米以上的建筑定位为超高层建筑（Supertall），将600m以上的建筑定位超级高层建筑（M egatall）。

我们将超高层建筑结构体系主要划分为筒体结构、束筒结构、筒中筒结构、框架-核心筒结构、巨型结构、连体结构和其它一些新型结构体系等。

图1 超高层结构的体系分类我们在上一篇中着重分享了筒体（框筒、支撑筒以及斜交网格筒体）结构体系的特点及案例，在本篇中主要着重分享关于束筒和筒中筒（框筒-核心筒、支撑筒-核心筒以及斜交网格筒-核心筒）结构体系的受力特点及案例。

2束筒结构(Bundled Tube)束筒可以认为是由一组筒体组成的结构，这些筒体由共用的内筒壁相互连接以形成一个多孔的多格筒体。

在这个筒体中，水平剪力主要由平行于水平荷载方向的腹板框架来承担，而倾覆力矩则主要由垂直于水平荷载方向的翼缘框架来承担。

并且，筒体的各个筒格可在不同的高度任意截断而不削弱结构的整体性。

各个筒格所形成的封闭筒体在建筑体型收进后，仍具有较好的抗扭性能。

图2 由半圆筒体和矩形筒体组成的束筒结构束筒是在框筒的基础上发展而来。

对于框筒结构，由于剪力滞后的负面影响，较大的平面尺寸中间位置的结构不能充分参与到结构抗侧中去，这也是限制框筒结构适用高度的一个主要原因。

如果利用框筒结构来设计更高的超高层建筑，可能需要采用更小的柱距来减小剪力滞后的不利影响，例如410m高的纽约世贸中心双子塔的柱距达到了惊人的1m左右，即使这么小的柱距依然呈现出明显的剪力滞后效应。

图3 世贸中心双子塔框筒的剪力滞后效应提出筒体结构体系的Fazlur博士在指导学生的论文时发现，如果利用通长的剪力墙将框筒长边一分为三时，由于隔板剪力墙的协同作用，大尺寸筒体的剪力滞后效应明显降低了，其抗侧刚度也可以得到大幅提升。

图4 束筒结构的原型如果横隔剪力墙可以有效降低长边的剪力滞后效应，那么对于大尺寸的框筒结构，在两个方向都引入横隔剪力墙，必然可以提高大尺寸框筒的整体空间作用。

超高层建筑结构设计的分析摘要：近年来，超高层建筑在我国现代建筑中越来越多，在超高层建筑结构设计方面便需要我们作出较多的思考与突破。

本文主要结合工程实际，对超高层建筑结构进行分析，特别是大震下弹塑性时程分析。

关键词：超高层建筑；结构设计；弹塑性时程分析1、工程概况该工程由两栋超高层塔楼（办公塔楼47层和公寓塔楼54层）和大型商业裙楼组成。

建筑效果图、结构分析模型见图1。

±0.000m 以下部分地下室连为整体，地上部分办公塔楼、公寓塔楼、裙楼之间设防震缝分开。

图1 建筑效果图和分析模型结构设计使用年限为50年，抗震设防烈度为7度，场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为第一组，特征周期 Tg= 0. 45s。

基本风压w0= 0. 40kN / m2，地面粗糙度类别为C类。

2、基础设计塔楼采用平板桩筏基础。

桩采用 1000钻孔灌注桩，桩身混凝土强度等级为 C45，采用桩端后注浆工艺，单桩承载力特征值约为10300kN。

基础中心最大计算沉降量为90mm，工程桩桩身压缩量约为20mm。

主楼核心筒下按梅花形布桩，外围框架柱采用柱下承台的布桩形式，办公塔楼和公寓塔楼基础板厚分别为 2950mm和3300mm。

办公塔楼和公寓塔楼与裙房地下室部分连为一体，塔楼周边设置沉降后浇带。

裙楼以及纯地下室区域采用平板式筏板基础，地基承载力特征值 = 150kPa。

抗浮采用机械连接预应力混凝土竹节桩，最大外径为 500mm，单桩抗拔承载力特征值为 500kN。

3、结构体系塔楼采用钢筋混凝土框架-核心筒结构体系，结构高度超过《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2010）中B级高度限值180m，为超B级高度的超限高层。

框架柱底部采用钢管混凝土叠合柱。

地下1层和地上部分抗震等级，框架为一级，核心筒为一级，地下2 层相应结构抗震等级均降低一级。

办公塔楼、公寓塔楼结构平面布置相似、总高度接近，仅层数不同，下面以层数较多的公寓塔楼为例进行介绍。

北美最高建筑—纽约世贸中心结构分析1WTC新建项目包括地上300万平方英尺，地下50万平方英，对于一些参观过纽约世贸中心遗址的人们来说,很难想象如何在那里重新建造美国第一高楼。

但对于有些人来说,他们从来没有怀疑过。

一、工程概况世界贸易中心（1WTC），是曼哈顿世贸中心遗址重建计划的四座塔楼中最高的一座，由高层建筑与城市人居(CTBUH)理事会宣布将成为北美最高的建筑,同时也将成为世界已建建筑中的第三高楼。

为了与丹尼尔•里伯斯金的总体规划保持一致，该塔楼从地面到塔尖的总高度为1776英尺，恰恰是美国的建国年份,主体结构的设计高度与原本的世贸中心塔楼高度相同,为1368英尺，最上部是一个408英尺高的螺旋塔尖。

螺旋塔尖设计达到了塔楼设计要求的高度，主屋顶上有一个多层格子圆环，螺旋塔尖就安置在圆环上，与自由女神手中的火炬形神相通。

1.2 新标准2001年双塔的倒塌成为工程界一个严重的案例，未来高层建筑的建设需要在防恐怖袭击方面吸取教训。

设计团队面临了众多前所未有的挑战——特别是安全问题——预计将达到或超越尚未公布的法规和标准。

我们也敏锐地意识到这座塔楼的设计或许会为未来的高层建筑设计提供一个标准，激励我们超越常规的高层建筑设计技术。

1.3 结构分析1WTC的建造计划包括300万平方英尺的地上建筑和50万平方英尺的地下空间。

塔楼包括71层的办公楼层、8层的MEP空间、1个50英尺高的大厅、客户放松空间、1个2层的位于1269英尺高空的观景平台、“天空”餐厅、停车场、零售部和通往公共交通网络的通道。

塔楼结构在地下延伸了70英尺，为地下4层。

考虑到地下地铁等的位置，塔楼下部构件需要重新排布。

这些空间需要45000吨结构用钢。

1.4 塔楼设计该建筑办公楼层从地上190英尺高度开始，在4层的主大厅上开始建造。

塔楼的四角逐步被削掉，从办公楼层的第一层开始逐渐向内倾斜直到屋顶，此时楼板单边长度为145英尺，与底部的四边形旋转了45o。

超高层建筑结构分析超高层建筑是现代城市中的独特景观，其高度和复杂性使得其结构设计至关重要。

本文将对超高层建筑结构进行分析，探讨其中的挑战和解决方案。

I. 引言超高层建筑通常被定义为高度超过300米的建筑物。

由于其高度对结构的要求极高，超高层建筑的结构设计需要克服多种技术难题。

本文将对以下几个方面进行分析：荷载分析、材料选择、结构系统以及抗震设计。

II. 荷载分析超高层建筑的荷载包括自重、风荷载和地震荷载。

自重是建筑物本身的重量，需要合理估算并考虑在结构设计中。

风荷载是由风对建筑物表面施加的压力，需要进行风洞试验和数值模拟来确定。

地震荷载是由地震引起的地面运动传递到建筑物的力，需要以最坏的地震情况进行分析和设计。

III. 材料选择超高层建筑的材料选择对结构性能和整个建筑的可持续性有着重要影响。

常见的结构材料包括混凝土、钢结构和复合材料。

混凝土具有良好的抗压性能，适合用于超高层建筑的柱子和框架。

钢结构具有高强度和较小的自重，适合用于超高层建筑的梁和桁架。

复合材料具有较高的强度和轻质化特性，逐渐被应用于超高层建筑的结构中。

IV. 结构系统超高层建筑的结构系统是各种结构构件的组合方式，常见的系统包括框架结构、筒体结构和网壳结构。

框架结构由柱子和梁构成，适用于高层建筑。

筒体结构是指由柱子和墙构成的圆筒形结构，适用于超高层建筑。

网壳结构由网格状的构件组成，适用于特殊形状的超高层建筑。

V. 抗震设计超高层建筑的抗震设计是确保建筑物在地震中能够安全稳定的关键。

抗震设计包括选择适当的抗震性能目标、合理设计结构刚度和弹性力量储备、考虑地震与结构之间的相互作用等。

抗震设计需要符合国家和地区的建筑设计规范，确保超高层建筑的安全性。

VI. 结论超高层建筑的结构分析是建设稳定、安全的超高层建筑的基础。

荷载分析、材料选择、结构系统和抗震设计是超高层建筑结构设计中需要考虑的重要因素。

通过科学的分析和合理的设计，超高层建筑能够在城市中矗立，成为现代城市的标志性建筑。

超高层建筑结构设计与优化研究第一章超高层建筑结构设计与优化的背景与意义随着城市化进程的加快，人们对于土地资源的需求也越来越迫切。

为了解决土地资源有限的问题，超高层建筑的兴起成为一种重要的解决方案。

超高层建筑以其占地面积小、容纳人口密度高的特点，成为了现代都市中高效利用土地资源的典范。

然而，超高层建筑由于其高度大、对地震等外力的抗性要求高等特点，其结构设计与优化问题也逐渐成为学术界与实践界广泛关注的热点。

本章将介绍超高层建筑结构设计与优化的背景与意义，从城市土地资源有限、建筑密度增加、结构安全性要求等方面进行论述。

随着超高层建筑数量的不断增加，对于结构设计与优化研究的重要性也逐渐显现出来。

第二章超高层建筑结构设计与优化发展历程超高层建筑结构设计与优化经历了一个漫长的发展历程。

从最早期以钢材为主要材料的钢框架结构发展到现今以钢筋混凝土为主要材料的综合结构系统，其设计与优化方法也不断发展与完善。

本章将梳理超高层建筑结构设计与优化的发展历程，介绍各个历史时期的重要突破与进展。

从这个角度出发，读者将对超高层建筑结构设计与优化研究的发展轨迹有一个全面的了解。

第三章超高层建筑结构设计与优化的关键基础理论超高层建筑结构设计与优化的基础理论对于相关研究具有重要意义。

这些基础理论包括但不限于力学静力学、动力学、材料力学等。

本章将介绍超高层建筑结构设计与优化的关键基础理论，通过对这些理论的分析与研究，可以为超高层建筑结构设计与优化提供重要的理论支持与指导。

第四章超高层建筑结构设计与优化的关键技术与方法超高层建筑结构设计与优化需要依靠一系列的技术与方法。

这些技术与方法包括但不限于结构分析、结构稳定性分析、抗震设防研究、结构疲劳损伤评估等。

本章将介绍超高层建筑结构设计与优化的关键技术与方法，通过对这些技术与方法的整理与分析，可以为结构设计与优化人员提供重要的参考和指导。

第五章超高层建筑结构设计与优化的典型案例研究超高层建筑结构设计与优化的实践案例可以为相关研究提供宝贵经验。

超高层建筑结构设计基础设计0概述近年新建的超高层建筑高度主要以200~300m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200~300m超高层建筑进行结构布置复盘。

超高层建筑场地的岩土工程条件差异很大，基础设计需考虑承载力及变形的影响，变形包括短期沉降、不均匀沉降、固结沉降等。

通常，天然地基筏板基础扩展基础是最经济的基础解决方案，对于受较大荷载的墙柱来说，使用筏板基础通常会减少差异沉降和总沉降。

当承载力低或施加的荷载很大时，需要考虑由桩或墩组成的深基础。

超高层建筑随着高度增加，使得建筑的地基基础向超深、超大和更复杂的方向发展，给设计及相关的计算都提出了新的挑战。

一、桩基础1.1钻孔灌注桩通过对国内300m级超高层灌注桩基础复盘如下：通过复盘案例可知，300m级超高层灌注桩基础具有如下特征：o对于土质、软岩区域，以800~1200mm桩径为主，单桩承载力约为7500~11000kN；o对于花岗岩等硬岩区域（中风化、微风化），以大直径桩径为主，单桩承载力可达20000kN及以上，与地质条件密切相关；o桩径及承载力的选择与当地施工工艺密切相关；对国内500m级超高层苏州中南中心、武汉绿地中心、上海中心、天津117、天津周大福、成都绿地中心等项目灌注桩基础复盘，具有如下特征：o桩径以1000~1200mm为主；o单桩承载力约为13000~20000kN；o持力层多为砂岩、泥岩及以上，多为摩擦桩为主；世茂福州108大厦，原规划高度518m，桩端持力层为中(微)风化岩，故采用桩径1.3m钻孔灌注桩，充分利用端阻，单桩承载力特征值约为22000kN，有效桩长约70m，该项目由于规划限高原因已暂停。

1.2人工挖孔桩人工挖孔灌注桩是指桩孔采用人工挖掘方法进行成孔，然后安放钢筋笼，浇注混凝土而成的桩，一般桩径均较大。

人工挖孔桩施工方便、速度较快、不需要大型机械设备，基础造价节省。

超高层建筑方案引言超高层建筑是指高度超过300米的建筑物，在城市发展中起到了举足轻重的作用。

它们不仅成为了城市的地标，还提供了大量的办公、商业和居住空间，为人们的生活和工作带来了便利。

本文将研究超高层建筑的设计方案，包括结构、建筑材料、安全性等方面的考虑。

结构设计超高层建筑的结构设计是确保其安全性和稳定性的核心要素。

在设计超高层建筑时，一般会考虑以下几种结构方案：1.钢结构：钢结构是一种常用的超高层建筑结构方案。

它具有重量轻、抗震性能好、施工周期短等特点。

钢结构在超高层建筑中广泛应用，能够承受大风、大地震等自然灾害的作用。

2.混凝土结构：混凝土结构是另一种常用的超高层建筑结构方案。

它具有承重能力强、成本低等优点。

混凝土结构适用于高层建筑的多数层次，包括基础、柱子和楼板等。

3.框架结构：框架结构是超高层建筑的一种经典结构方案。

它由柱子和梁组成，形成了一个坚固的框架结构，能够承受垂直和水平的荷载。

框架结构在超高层建筑中被广泛使用，能够提供较高的强度和刚度。

建筑材料超高层建筑的建筑材料选择对于其结构和建筑质量至关重要。

以下是一些常用的建筑材料：1.钢材：钢材是超高层建筑中常用的材料之一。

它具有高强度、耐腐蚀和抗震性能好的特点，非常适合用于超高层建筑的结构。

2.混凝土：混凝土是超高层建筑中主要的建筑材料之一。

它具有承重能力强、不容易燃烧和耐久性好的特点。

混凝土在超高层建筑中被广泛使用，可以提供稳定的结构和良好的防火保护。

3.玻璃：玻璃是超高层建筑中常用的外墙材料之一。

它具有透明、光滑和美观的特点，能够提供良好的室内采光和视野。

同时，玻璃也具有一定的隔热性能，有助于降低能耗。

安全性考虑超高层建筑的安全性是建筑设计中必须考虑的一个重要因素。

以下是一些常见的安全性考虑：1.防火设计：超高层建筑应考虑防火设计，采用防火材料和设备来防止火灾蔓延。

这包括安装自动灭火系统、设置消防通道和应急疏散楼梯等。

2.防震设计：由于超高层建筑容易受到地震的影响，因此需要进行防震设计。

超高层建筑结构设计与施工控制（英文中文双语版优质文档）Super high-rise buildings are an important part of today's urbanization process, which is of great significance to the utilization of urban space and the development of building technology. Structural design and construction control of super high-rise buildings are core issues in the construction industry and important skills that architects and construction teams need to master.1. Structural design of super high-rise buildingsThe structural design of super high-rise buildings is one of the core skills that architects need to master. The structural design of a super high-rise building needs to take into account external factors such as the height of the building, earthquakes, wind, etc., and at the same time meet the strength and stability requirements of the building. Architects need to comprehensively consider factors such as the purpose of the building, design requirements and site conditions, and design a structural form suitable for the building.The key to the structural design of super high-rise buildings lies in the control of strength and stability. Architects need to choose different structural forms according to different building heights and external environmental factors, including steel structures, concrete structures, frame structures, etc., while taking into account the rationality and feasibility of the structure to ensure the safety and stability of the structure.2. Super high-rise building construction controlConstruction control of supertall buildings is another important skill that architects and construction teams need to master. During the construction process, various factors such as the height of the building, external environmental factors, the use of manpower and mechanical equipment need to be considered to ensure the quality and safety of the construction.The key to super high-rise building construction control lies in the control of safety and efficiency. The construction team needs to formulate reasonable construction plans and safety measures to ensure safety and quality control during the construction process. At the same time, the improvement of construction efficiency must be considered to ensure the rationality of the construction period and the progress of the project.3. Innovation and application of super high-rise building structure design and construction controlWith the continuous development of construction technology and materials, the structural design and construction control of super high-rise buildings are also constantly innovated and applied. For example, through the application of digital technology and intelligent equipment, the efficiency and precision of building structure design and construction control can be greatly improved; through the application of new materials, the safety and sustainability of buildings can be improved.In addition, the structural design and construction control of super high-rise buildings also need to consider the application of human factors. Architects and construction teams need to consider the users of the building, as well as the impact of the building on the surrounding environment and urban space, and improve the use value of the building and its contribution to the urban environment by designing a humanized building structure and construction plan.In conclusion, the structural design and construction control of super high-rise buildings are the core issues in the construction industry, which requires professional knowledge and skills of architects and construction teams. Through continuous innovation and application of new technologies, new materials and humanized design concepts, the safety, sustainability and use value of super high-rise buildings can be improved, while contributing to the urbanization process and the development of building technology.超高层建筑是当今城市化进程中的重要组成部分，对于城市空间的利用和建筑技术的发展具有重要的意义。

简谈超高层的建筑结构设计简谈超高层的建筑结构设计钢筋混凝土柱外框架体系将作为有效的承重支撑，怎样浅谈超高层的建筑结构设计?一工程概况的地基基础某项目地上建筑面积为13.45万m，地下建筑面积为4.3万m，总建筑面积为17.75万m。

根据岩土工程勘察报告，本工程场地地基土层为第四纪冲海积的黏土和淤泥层，基底岩性为侏罗纪熔结凝灰岩，场地内无液化土层。

宾馆塔楼柱下荷载最大达3.8×104kn，商务塔楼柱下荷载最大达3.5×104kn，采用大直径灌注桩，平板式桩筏基础。

经优化比较，桩径 700～1100较为合理。

商务楼和宾馆塔楼下筏板厚度为3m，其他位置底板采用厚板式，板厚为1.2m。

针对本工程塔楼和辅楼预期存在的沉降差异问题，在各塔楼与辅房之间设置后浇带，并配合相应的后浇带处理措施和大体积混凝土浇筑措施，解决了超长结构混凝土的收缩裂缝问题和塔楼与辅楼间的沉降差异在基础底板中产生过大内力的问题。

二结构设计与计算⑴结构体系。

塔楼外框架柱采用现浇钢筋混凝土柱，钢筋混凝土柱外框架体系将作为有效的承重支撑，大部分竖向荷载通过轴力方式向下传递，而混凝土核心筒除了承受竖向荷载外，其主要功能是提供强大的抗侧力能力。

《建筑抗震设计规范》规定：6度区现浇钢筋混凝土框架一核心筒结构适用的最大高度为150m，本工程两塔楼的房屋高度均为161.1in，仅超过11.1m;本工程属b级高度，而《高层建筑混凝土结构技术规程》规定：6度区框架一核心筒结构b级高度建筑的最大适用高度为210m，还有48.9m才超限;大跨度钢结构连廊的存在使得本工程属于特殊类型的高层建筑(大跨度连体)。

但由于本工程塔楼高宽比h/b为4.4并不大，两塔楼的平面及竖向结构特性变化较少，且连廊与塔楼采用弱连接，对塔楼耦合影响小。

计算分析结果也表明无异常薄弱层出现，且以风荷载为控制水平作用。

综上所述，本工程有两项轻微超限，设计时采取必要的抗震加强措施，在技术上是可行的，顺利通过设计审。

超高层建筑结构设计陶礼斌南京金宸建筑设计有限公司2014年10月12目录一、我国超高层建筑发展概况二、超高层结构体系三、超高层结构抗震设计四、超高层结构抗风设计五、超高层建筑经济性分析六、二个超高层结构分析七、结束语3一、我国超高层建筑发展概况4随着技术进步、经济发展和人口密度的增加，超高层建筑不断突破新的高度,一些超高层建筑已成为城市的地标建筑。

我国2012年已建成的250m以上的超高层建筑共94幢，250~300m的占59%，500m高的仅有一幢。

2012年已建成的国内典型超高层建筑有上海环球金融中心（492m）和台北101 大厦（509m）。

2013年至2018年计划建成超高层项目达到164幢，300~400m以上超高层建筑占43%，500m以上超高层也相应增多，部分塔楼高度已突破600m，计划建成的国内典型超高层建筑有上海中心大厦（632m）、深圳平安金融中心（648m）。

2012年之前的超高层建筑主要分布在经济发达的珠三角（39%）和长三角（34%）地区；2013~2018年计划建成的超高层建筑分布地区明显增加，环渤海地区成为新的超高层建筑集中地区，二线城市超高层建筑数量增加。

56二、超高层结构体系789圆形或矩形等，内筒宜居中。

选用圆形和正多边形等平面，能减小外框筒的“剪力滞后”现象，使结构更好地发挥空间作用。

筒中筒结构是双重抗侧力体系，在水平力作用下，内外筒协同工作，其侧移曲线呈弯剪型。

外筒的平面尺寸大，有利于抵抗水平力产生的倾覆力矩和扭矩；内筒采用钢筋混凝土墙具有比较大的抵抗水平剪力的能力。

巨型框架-核心筒、巨型框筒-核心筒-巨型支撑两种结构体系在第六章详细介绍。

超高层结构体系选型需要综合考虑结构经济性、施工的可行性及周期、建筑功能与景观的影响，因此，结构体系选型需要在超高层项目方案阶段尽早介入。

11（2）高宽比高层结构的高宽比是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制，它主要影响结构设计的经济性。

超高层建筑结构设计特点及关键技术问题探析发布时间：2022-08-17T08:07:43.174Z 来源：《工程建设标准化》2022年37卷4月第7期作者：许铭[导读] 本文将简要介绍超高层建筑结构设计特点，提出超高层建筑结构设计的关键性问题，希望有所参考价值。

许铭基准方中建筑设计股份有限公司武汉分公司，湖北武汉 430000摘要：随着我国经济建设不断推进，建筑行业得到快速发展，高层与超高层建筑在我国各地特别是沿海地区拔地而起。

超高层建筑能够更加高效的利用土地资源，在建筑结构上更加突出造型与功能设计，这也为建筑结构设计带来了很大难度。

因此，研究超高层建筑结构设计的关键性问题具有重要意义。

本文将简要介绍超高层建筑结构设计特点，提出超高层建筑结构设计的关键性问题，希望有所参考价值。

【关键词】：超高层建筑；结构设计；关键问题引言：近些年，我国城市化发展加快，城乡可利用土地资源十分紧张，促使高层建筑与超高层建筑的出现和发展。

相较一般建筑结构，超高层建筑具有更加强大的使用功能，在其结构设计方面也具有更高要求，不仅要保证具有一定的安全性，还应确保超高层结构设计的科学性与合理性。

基于此，本文将对超高层建筑结构设计的关键技术问题进行一些有益探索，以不断提高超高层建筑施工的质量[1]。

一、超高层建筑结构的概述（一）超高层建筑定义。

标志着高层建筑发展进入超高层建筑阶段的是1894年美国曼哈顿人寿保险大厦的落成，随后经历了三个阶段的发展，超高层建筑凭借其符合现代化城市建设的造型与功能，成为了很多地区的标志性建筑。

那么，应如何定义超高层建筑结构，在1972年美国宾夕法尼亚州召开的国际高层建筑会议中，提出了超高层建筑的定义，即要达到40层以上，且高度超过100米以上。

而我国对高层建筑结构的定义为建筑高度大于或等于100m的民用建筑为超高层建筑。

（二）超高层建筑结构特点。

与低层、多层建筑结构不同，超高层建筑结构体系对结构设计要求往往更高。