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。
但是连续的剪力墙会对建筑室内空间产生较大影响，Fazlur便利用连续的抗弯框架代替剪力墙，这便是束筒结构的由来。
引入横隔剪力墙后的剪力滞后效应如下图所示，可以看出，翼缘框架处的剪力滞后效应得到了明显改善。
图5 引入横隔剪力墙后的剪力滞后效应明显改善从下图中可以看出，在束筒结构中，内外腹板相交处形成了多个角柱。
在侧向荷载作用下，由于楼板的平面内刚度很大，其水平隔板作用使得束筒的内侧腹板框架与外侧腹板框架协同变形。
而内腹板的角柱是由腹板直接使其受力，在单筒结构中，这些角柱是通过外侧翼缘框架的裙梁间接受力的，在束筒结构中，这些角柱的内力要远大于单筒结构。
因此，内腹板框架的存在大大降低了由剪力滞后所产生的各柱受力的不均匀性。
正交筒壁束筒的竖向应力更接近与均匀，其结构的性能比框架筒体更接近于真正的筒体。
束筒内部的横向框架（内侧翼缘框架）的受力则与外部的翼缘框架类似，受力也比较均匀。
因此，由于内部腹板框架的存在，束筒结构的剪力滞后效应大大降低，其空间作用得到进一步发挥，抗侧效率远远高于单一的框筒结构。
图6 束筒结构的剪力滞后效应与单一的框筒结构相比，由于束筒的抗侧效率更高，因此束筒可以容许较大柱距和较小的裙梁。
例如，410m的世贸双子塔采用钢结构框筒，柱距为1.02m，而442m高的西尔斯大厦采用束筒结构，其柱距达到了4.6m，经济型及建筑效果大大提高。
因为束筒的设计是将多个单筒布置在一起演绎而来，这就可能用简单地在任何高度处终止一个筒体的办法来达到建筑体型的收进效果。
相邻的筒体不一定需要有相似的形状。
一个由方形和三角形筒格组成的束筒，在概念上与两个方形或两个三角形筒格相似。
组成束筒结构的单筒可以是框筒，也可以是支撑筒、斜交网格筒。
如下图所示。
图7 多格筒体组成的束筒束筒的一个显著优点是可以由几个单筒组合成任何图形，而且可以在任何标高处终止而对结构的整体性没有明显影响。
这一特点使得有可能形成各种形状与尺寸变化的收进。
然而，其缺点是楼面被一系列内部腹板框架划分为多个筒格。
隐藏在这种模块设计概念后面的结构原理是：内部柱列与裙梁在抵抗剪力时如同一个巨型悬臂筒体的内腹板一样受力，这样就最大限度地减小了剪力滞后效应。
如果没有内隔板的约束作用，则框筒的大部分靠近建筑平面中部的外柱在抵抗倾覆力矩时所起的作用很难发挥出来。
这种体系可以看作是在两个方向都有着加劲内部框架的周边筒体结构体系的一种扩展。
内部隔板最大限度地减小了筒体的剪力滞后效应，使柱的轴向应力沿翼缘框架的分布更加均匀。
2.1 案例西尔斯大厦（Sears Tower）结构设计：SOM结构体系：束筒结构西尔斯大厦（Sears Tower，现称为威利斯大厦，Willis Tower），地上108层，建筑高442.1m，用钢量仅为161kg/m2，是世界上第一个采用束筒的超高层建筑。
于1970年施工，1974年竣工，建成后占据世界上最高的高层建筑的头衔长达20年。
西尔斯大厦采用3x3的束筒结构体系，每个筒体的尺寸均为22.86x22. 86m（75英尺），筒体的柱距为4.57m（15英尺）。
图8 西尔斯大厦各区的平面底部3x3的筒体延伸到第50层，然后左上和右下两个角部的筒体被消去。
到了第66层，另外两个角部的筒体到了终点，形成一个十字形的筒体形状。
到了9 0层，又有三个筒体被削去，最终顶部剩下两个筒体。
图9 西尔斯大厦筒体收分示意图图10 西尔斯大厦束筒示意图图11 环带桁架位置示意图为了进一步减小剪力滞后，加强结构的整体性，Fazlur还在30、66及90层左右沿外框设置了数层高的环带桁架。
如上图所示。
图12 楼盖布置图13 跨度为22.86m的桁架式楼面梁单个筒体的开间约为22.86mx22.86m，内部不再布置柱子，由于楼面跨度较大，因此采用单向桁架作为楼面梁，桁架截面高度约为1016mm，桁架间距为 4.58m，可直接与两侧的钢柱相连。
为使各柱尽可能承担相等的竖向荷载，即避免某一方向的柱子承担很大的竖向荷载，而另一方向承担很小的竖向荷载，为此将上述的桁架布置方向每隔6层交替换向布置。
桁架斜腹杆之间可穿越直径达510mm的空调管道。
楼板采用140mm厚的压型钢板组合楼板。
图14 结构单元为了减少施工过程中现场焊接的工作量，设计团队采用了上图所示的“圣诞树”的结构单元，由一个两层的立柱组成，在立柱的两侧在工厂焊接好个一半的钢梁。
现场安装时，在梁接头处采用螺栓连接，使得现场焊接的工作量减少了95%左右。
图15 正在施工的西尔斯大厦（@SOM）Four Allen Center结构体系：束筒带支撑框架的混合体系为了起到束筒的结构作用，并不一定需要用密柱将建筑平面分割为数个次生筒格。
也可以在筒体的迎风面与背风面之间设置少量立柱从而减小剪力滞后以达到同样的效果。
Four Allen Center，高211.83m，地上共50层，1984年完工。
其平面是两端为半圆形的长方形，平面尺寸约为33.5mx79.25m，长宽比约为2.36，高宽比约为6.3。
在前文的分析中，筒体结构长宽比不宜过大，一般不宜大于1.5。
这是由于当长宽比较大时，长边所对应的迎风面大，而长边的剪力滞后现象又较为明显，因此长边的大部分中柱都无法有效的发挥作用，必须采取相应的措施。
图16 Four Allen Center平面布置图虽然沿着周边布置间距约为4.57m的密柱，若采用纯粹的框筒结构，由于柱距较大，且平面的长宽比达到了2.36，长边的剪力滞后现象太严重，因此难以提供足够的抗侧刚度。
结构设计师采用了一种改进的束筒结构，在交通核沿竖向设置人字形支撑形成实腹桁架，在交通核与外框之间设置空腹桁架，将中间的平面划分为四个筒格。
如下图所示。
图17 Four Allen Center 剖面图这些横向框架的设置，在很大程度上减小筒体长边翼缘框架的剪力滞后效应，使得中部的柱也能有效的发挥抗侧作用。
后来SOM还分别在1983年设计了另外两座束筒结构，分别是位于芝加哥的205 m高的One Magnificent Mile以及位于迈阿密233m高的Wachovia Financial Center。
图18 One Magnificent Mile图19 Wachovia Financial Center但是由于束筒结构对建筑内部空间的影响，小编并未发现束筒结构在国内的应用案例，如有发现应用的小伙伴，欢迎联系小编进行补充。
3 筒中筒结构(Tube in Tube)在现代超高层建筑中，采用框筒、支撑筒或斜交网格筒单独作为抗侧力体系的建筑较少，一方面是由于我国规范一般要求采用双重抗侧力体系，另一方面是由于竖向交通核和管道设备空间的需求，设置内筒也是合理的。
因此，相对于单独的筒体结构，筒中筒结构是超高层结构中更为常见的结构体系。
筒中筒结构是由外筒与内部核心筒组成。
外筒可以采用密柱框筒、支撑筒、斜交网格筒等形式。
采用钢筋混凝土结构时，内筒一般采用混凝土剪力墙组成的筒体，采用钢结构时，内筒一般采用钢框筒、钢支撑筒或者钢板剪力墙筒体。
图 20 筒中筒结构示意图筒中筒结构是一种双重抗侧力体系，在水平荷载作用下，内外筒需要协同工作。
筒中筒结构由于内筒的存在，其抗侧刚度一般情况下要比相同的筒体结构强。
相同条件下，它的外筒可以做的更加通透，以呈现更好的建筑效果。
因此，与早期的框筒结构相比，筒中筒结构中的外框筒的柱距通常更大，裙梁的跨高比也更大。
当外筒采用密柱框筒时，一般情况下，内部核心筒的刚度会远大于外框筒，此时，核心筒作为第一道防线，承担主要的水平剪力和倾覆力矩。
当外筒采用支撑筒或斜交网格筒体时，由于支撑筒、斜交网格筒体的抗侧效率高，刚度大，通常是外框筒提供主要的抗侧刚度，作为第一道防线来承担主要的水平剪力和倾覆力矩。
3.1 框筒-核心筒结构框筒-核心筒结构最早是由Fazlur R. Khan 在一号壳牌广场大厦中应用，后逐渐在超高层结构的设计中得到不断推广。
框筒由于其剪力滞后效应，难以充分发挥其空间作用。
当框筒开洞率较大时，其剪力滞后效应更为明显，因此在框筒-核心筒结构中，通常由核心筒作为第一道防线，承担主要的水平剪力和倾覆力矩。
3.1.1 早期的框筒-核心筒结构一号壳牌广场大厦（One Shell Plaza）结构设计：SOM结构体系：筒中筒（混凝土框筒-混凝土核心筒）一号壳牌广场大厦，共50层，高217.6m，1970年竣工，采用混凝土筒中筒结构。
竣工时，是世界上最高的混凝土高层建筑，也是世界上第一座全部采用轻质混凝土的高层建筑。
图 21 一号壳牌广场大厦的建筑平面图图22 楼盖布置及受力分析对于外框柱的设计，由于角部的楼盖布置采用井字梁布置，通过上面的受力分析可以看到，井字梁的布置导致角部的柱受力明显大于其他柱。
