建邺钢构造建筑设计

天下高层建筑与都邑人居学会CTBUH公布的数据显示，2020年，环球共有106座200米以上建筑竣工，与2019年的133座比较低落了20%。
同时，CTBUH预测，2021年建成的高层建筑数量将在125座至150座之间增长，个中大部分位于中国。

从整体数量上看，2011-2020年10年韶光，高层建筑数量大幅攀升，环球200米以上高层建筑竣工数量达1123座。
截至2020年，环球高层建筑数量达1733座，CTBUH预测，2021年，环球高层建筑数量约达1858-1883座。

建邺钢构造建筑设计公共建筑设计

我国的超高层建筑发展始于上世纪90年代，经由二十多年的发展培植，我国的超高层建筑也得到了迅猛发展。
我国已经形成了比较完善的超高层建筑构造设计、施工的规范和标准体系，对担保工程质量起了巨大的浸染。
全国各地的200m+超高层建筑如雨后春笋般落地建成，成为了一个个地标性建筑。

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世茂紧跟我国超高层建筑发展脚步，基于世茂多元业务的整合能力，已为城市贡献近30座超200m地标，以打破性技能筑就超级工程，打造城市独有名片。

下面一起来看看世茂的这些300m超高层建筑构造是如何设计的，篇幅有限，仅以下述项目为例进行先容。

1. 长沙世茂环球金融中央（348m）

构造体系：钢管混凝土框架-核心筒-伸臂桁架-环桁架

本项目主塔楼为地上75层，地下4层，建筑总高度为348.3m，构造高度335.3m，是世茂集团目前已建成的最高超高层建筑。

主塔楼采取钢管混凝土框架+钢筋砼核心筒+伸臂桁架+环桁架的稠浊双重抗侧力构造体系，以钢筋混凝土核心筒为第一道防线，以钢管混凝土框架、伸臂桁架和环桁架组成第二道防线共同抵抗风和地震产生的水平浸染，结合建筑的设备层与避难层，设置伸臂桁架与环形桁架。

框架柱采取钢管混凝土柱，由于与伸臂连接的角部八根钢管混凝土柱承受的竖向力巨大，且有一定的抗侧刚度需求，角部设置巨柱，使得伸臂的事情效率最大化，较大的提高塔楼的抗侧刚度，八个中柱按普通柱设计。

核芯筒由方形筒组成，平面基本呈正方形，位置居中，质心与刚心基本同等。
核芯筒采取内含钢骨的钢筋混凝土剪力墙构造。
核芯筒的混凝土等级紧张采取C60（底部C70），提高构件抗压、抗剪承载力的同时，可有效降落构造自重及地震质量，外伸臂的钢构件贯穿翼墙。

结合建筑的避难层与机电层，本工程采取三道伸臂桁架，并在核芯筒的墙体内贯通设置钢桁架，形成整体传力体系，优化构造效能。
3道环形桁架也分别位于F22层、F38层、F52层。
屋面顶层由于受建筑立面和利用功能的影响，加之打算亦不须要，故无需在外框架周边设置环形桁架。

加强层三维轴测图

加强层平面支配图

建成实景图

2.上海世茂广场（333m）

构造体系：巨型框架-核心筒

上海世茂广场主楼地上60层，地下3层，高度为333米，主楼屋面高约246m。
个中1-6层为阛阓，7-60层为酒店，是世茂集团最早建成的超高层建筑。

主楼采取巨型框架-核心筒构造体系，平面形状为直角等腰三角形，中部设芯筒，周边三面为巨型框架。
1～11层采取钢筋混凝土框筒，12层以上外周边为巨型框架构造，利用11、28、47层的设备层配置周边巨型桁架，别的角部的巨型柱形成巨型框架构造体系。
为进一步增加构造的刚度，减少楼层侧移，在周边桁架的相应楼层还设置外伸臂桁架。
周边桁架之间则设置钢框架，作为二次构造。
这样既增加了巨型构造的刚度，也利于楼面梁的支配。
采取巨型构造体系，不仅办理了高下各个竖向荷载的通报问题，而且能减少外围柱之间的竖向变形差异。
由于12层以上角部巨型柱外移了1.5m，设计中采取了斜柱转换的办法。

主楼立面图

构造范例平面支配图

主楼屋面高88m的桅杆是设计的又一寻衅。
设计采取圆形钢管截面，从下至上分为三段。
为确定风荷载进行了气弹模型风洞试验，其结果揭示高频抖振是确定等效静风荷载的主导成分。
抗震打算时，将桅杆带入整体构造模型以考虑鞭梢效应的影响。
根据上海地区气候资料，对常遇风浸染下钢管疲倦强度作了剖析，疲倦应力可以知足设计哀求。
对柱脚的锚固，考虑将桅杆钢管套不才面楼层的巨型柱外，向下插入2个楼层，同时将作为嵌固真个屋面层楼板加厚，并设置SRC梁拉结巨型柱。
有限元剖析结果证明这一设计可以担保桅杆钢管的可靠锚固。
施工时采取了自爬式提升系统，完成高空吊装的难题。

3.烟台世茂海湾壹号（323m）

构造体系：筒中筒

T1 综合塔楼的抗侧力体系为内筒与外框筒组成的筒中筒构造，内筒由钢筋混凝土剪力墙构成，外框筒由钢骨（型钢）混凝土柱与钢梁构成，外框筒底部楼层通过斜柱、转换桁架等将柱距加大。
由于本工程纵横两个方向的刚度相差较大，为加大构造横向（Y向）刚度，在26层、46层（均为避难层）内筒的两个端部沿Y向设置钢构造伸臂桁架，形成构造加强层。

外框筒的柱位置是按建筑图的哀求确定的，外框筒的形状较建筑形状有局部内收，这样就可通过楼板外挑长度的变革来知足建筑立面变革的须要。
外框筒的基本柱距为5.1m，由于本建筑的高度和高宽比都较大，通过剖析表明其受力特点仍靠近框筒，与框架差异较大。
为知足建筑功能哀求，在底部建筑物两端通过设置斜柱将中间柱距加大，在上、下两侧则通过钢桁架做转换构件使L4及以下楼层的柱距加大一倍。
在L54以上建筑物两侧各向内收进1.4m，为避免竖向构件的不连续，在L53及L54采取斜柱方案。

由于本工程高度较大，超限较多，为知足抗震设防哀求且做到经济合理，本工程的框筒柱紧张采取钢骨（型钢）混凝土柱，框筒梁紧张采取钢梁，但在以下部位，根据本工程的特点又有所变革：为使构造具有良好的受力性能且布局大略、施工方便，L5及以下各层的框支柱采取了钢管混凝土构造；为节省投资并方便施工，L41至L54的框筒柱采取了钢筋混凝土构造（内加布局钢骨）；L55、L56和L57的柱子采取钢构造；

内筒的平面形状为切角菱形，由于高度较大，宽度方向的高宽比也过大，使得宽度方向的抗侧刚度较小。
为提高宽度方向的抗侧刚度，结合建筑功能，在27层以下将内筒的宽度加大，同时加大了剪力墙的厚度。
由于本建筑外框筒的抗侧刚度较一样平常的外筒要小一些，打算表明本工程内筒承受的楼层剪力和倾覆力矩还是比较大，因此内筒仍旧是本工程最紧张的抗侧力构造。
为知足抗震设防哀求且做到经济合理，内筒在底部加强部位剪力墙的边缘构件内设置钢骨（型钢），在底部加强部位以上剪力墙的周边转角及与楼面刚接钢梁相连处也设置钢骨（型钢）。

低区标准层平面支配图

转换层平面支配图

转换桁架节点图

4.广州世茂汇金中央（320m）

构造体系：钢管混凝土框架-核心筒

本项目是集商业、办公一体的超高层写字楼，地下4层，地上69层，屋面高305.4m，建筑高度320m。

结合建筑平面功能、立面造型、抗震（风）性能哀求、施工周期以及造价合理等成分，本工程塔楼的构造受力体系分别由外框架+伸臂桁架+腰桁架与核心筒组成，共同构成多道设防构造体系，供应构造必要的重力荷载承载能力和抗侧刚度。

加强层示意图

框架部分采取圆钢管混凝土柱+型钢梁的构造形式。
合营建筑造型的须要，从B4层至55层沿建筑周边共支配17根钢管混凝土柱，由于立面收进，56层东北角A-F轴柱被取消，周边变成16根柱，61层西南角A-B轴柱被取消，周边变成15根柱。
外框柱基本均为斜柱，但倾斜角度较小，在0.1~2.9度之间。
在倾斜角度或倾斜方向变革的楼层，根据柱轴压力打算水平分力直接传给楼面钢梁由框架梁平衡。

核心筒由外围墙肢、中部墙肢组成，为提高墙体的抗倾覆能力，外围采取较厚的墙肢，中部墙肢为了减轻构造自重，厚度较薄。
核心筒剪力墙在39、54、67层有不同程度的收进。

低区构造平面支配图

高区构造平面支配图

5.深圳前海世茂大厦（300m）

构造体系：钢管混凝土斜柱框架-核心筒

本项目是集商业和办公于一体的超高层综合体，个中办公塔楼地上63层，建筑高度294.3m，构造主屋面高度为285.72m，顶部为塔冠，塔冠在中间开槽形成双坡屋面。

塔楼建筑体型由下至上均匀旋转上升，且逐渐内收，外立面为向建筑内倾的扭曲面。
为合营建筑体型，并知足幕墙的哀求，构造外框柱需随外立面一起旋转内倾，为方便构造打算，将外框柱简化为多少直线段相连，个中底部首段与地面夹角为4.1度，中间段相互夹角约为179.25度。
塔楼首层建筑平面尺寸为52.5m×52.5m，由下至上旋转的同时逐渐内收，至屋面层建筑平面尺寸约为46.5m×46.5m，该项目是海内最高的旋转建筑。

外框示意图

根据建筑设计理念及建筑特点，结合构造性能哀求、经济合理以及施工方面等成分，经由多种构造方案的剖析和比选，塔楼采取钢管混凝土斜柱框架+核心筒稠浊构造。
四周有16根均布的钢管混凝土柱，钢管混凝土柱内混凝土采取C70，核心筒外围墙厚度由低到骄气慢减小。

构造体系

核心筒范例平面支配图

旋转外框的水平向分力通过梁柱节点向楼板通报，通报过程中，该力首先转化为外框梁的轴力，再通过梁上的栓钉通报到楼板。
在力的通报过程中，节点附近的楼板受力较大，向阔别节点的区域扩散，并逐步降落。
因此须要对节点区域的楼板做配筋加强。
其余，在外框梁设置加强板带，与混凝土共同分担由外框梁通报来的力。

竖向荷载分解示意

外框梁柱节点与楼板之间力的通报

节点区域受力扩散及加强方法

根据本项目抗震性能目标的哀求，节点在竖向荷载、风荷载、小震组合下知足弹性设计哀求，在中震组合工况下知足弹性设计哀求，在大震组合工况下知足不屈服设计哀求。
有限元剖析中对弹性设计工况、不屈服设计工况分别选取最不利组合，对角柱节点和边柱节点做剖析，角柱打算结果如下图所示。

弹性设计组合下，钢材的最大应力小于钢材的设计强度；混凝土压应力小于C70混凝土的抗压强度设计值。
不屈服设计组合下，钢材的最大应力小于钢材的强度标准值；混凝土压应力小于C70混凝土的抗压强度标准值。

角柱节点弹性设计组合应力云图

角柱节点不屈服设计组合应力云图

6.南京世茂国际中央（双塔）（300m）

构造体系：办公塔楼采取框架-核心筒，公寓塔楼采取框架-剪力墙

南京世茂国际中央集商业、酒店、办公和公寓一体的超高层综合体，个中办公/酒店塔楼地上64层，总高约300m(含20m高塔冠)，公寓塔楼地上66层，总高约260m（含10m高塔冠）。

办公塔楼采取框架核心筒构造体系，四周有16根均布的框架柱，办公区柱距12.6m，酒店区柱距11m。

办公区范例平面支配图（低中区）

酒店区范例平面支配图（高区）

核心筒范例平面支配图

办公塔楼顶部塔冠，东西两侧顶部幕墙“内凹”，采取斜柱+斜撑的构造形式，为了合营建筑的塔冠造型，在塔冠四周设钢立柱以及在顶部设弧形空间钢构架共同支撑幕墙和抵抗风荷载。

公寓塔楼采取框架剪力墙构造体系，紧张的抗侧力体系由居中的矩形钢筋混凝土剪力墙和四周的钢筋混凝土框架组成，四周有16根均布的框架柱，柱距10.8m和9m，柱截面为长方形。

低区平面支配图

高区平面支配图

7.深圳坪山世茂大厦（300m）

构造体系：框架-核心筒

塔楼紧张功能为办公，地上57层，地下4层，建筑高度302m，构造大屋面高度263m，塔冠高度39m。
知足建筑设计与功能的哀求下，同时基于安全、适用和经济的原则，并考虑构造抗侧刚度、抗震性能、重量和施工可建性等问题的哀求。
结合本项目特点，塔楼可采取的构造抗侧体系紧张有：带伸臂巨型框架-核心筒（稠浊构造）、带伸臂稀柱框架-核心筒（稠浊构造）、稀柱框架-核心筒（混凝土构造）等构造体系。

本项目位于风荷载起掌握浸染的深圳地区，地基根本采取承载力较高的嵌岩桩的形式，对构造自重敏感性较小，经造价经济性剖析表明混凝土构造具有一定上风，且本项目建筑高宽比不大，伸臂桁架的设置对建筑功能及施工进度影响较大，经综合评价后，采取混凝土框架-核心筒构造体系。

塔楼采取框架核心筒构造体系，四周有12根均布的框架柱，框架柱根据建筑形状的变革采取分段折柱的形式，按建筑分区分六段折柱。
角柱折角大于边柱的折角，每一区与相邻区的框架柱折角掌握不大于1°。

核心筒收进示意图

8.厦门世茂海峡大厦（300m）

构造体系：框架-核心筒

本工程为商业综合体，包括A、B两座超高层建筑和裙楼。
A塔建筑功能包括soho及办公，B塔建筑功能包括办公及五星级商务酒店，裙房为商业、影院及酒店配套餐饮。
A塔64层，主屋面高度249米，屋顶钢架顶高度300米。
B塔55层，主屋面高度249.9米，屋顶钢架顶高度300米。

本工程A塔、B塔构造体系基本相似，均采取劲性混凝土柱、钢-砼组合梁和钢筋混凝土核心筒构成的框架—核心筒稠浊构造体系，为提高建筑整体刚度，利用建筑避难层沿高度方向设置两道腰桁架，同时适当加大各层外框架环梁的尺寸，以增大外框架的整体刚度。
外框架和中央筒体共同抵抗水平风力和地震力产生的倾覆弯矩，承担水平地震剪力。

外框柱采取劲性混凝土框架柱，柱截面沿建筑高度逐级减小。
由于建筑立面造型须要，A、B两塔各有一边的外框柱为斜率较小的斜柱。

A塔、B塔核心筒平面均为近似三角形，A塔在29层、B塔在37层核心筒的一边内收。

标准层构造支配图

加强层构造支配图

9.绍兴世茂天涯中央（288m）

构造体系：型钢混凝土框架-核心筒

本项目主楼部分地上54层，大屋面标高为218.85m，总高度为280m。
218.85m至280m无利用功能，仅为建筑形状须要，建筑外立面呈台阶式对称内收，顶部23m为针状造型。

主楼紧张抗侧力系统由内部的钢筋混凝土核心筒、外围框架(型钢混凝土柱与钢梁)及连接钢筋混凝土核心筒与外围框架的外伸臂桁架组成。
核心筒外墙是闭合式的，供应建筑大部分的旋转刚度。
型钢混凝土柱的截面形式为圆形混凝土加十字形钢骨，通过在16和37层设备层支配的外伸臂钢桁架与核心筒连接在一起。
外围型钢混凝土柱在上述两层各有一道带状桁架在外围连接，从而使柱子更加均匀地受力，增强了却构的整体性，提高了却构的冗余度。

标准层构造支配图

由于主楼Y向体形较薄，风荷载下水平位移较大，利用三个设备层设置伸臂桁架及周边带状桁架是很有效的方法。
但加强层的施工较为困难并且用钢量大，对建筑利用空间有影响，为此做了4个方案进行比拟：

可看出方案三的整体刚度比较得当，与方案一、方案二比较更有效掌握了水平位移，与方案四比较减少了一层加强层，用钢量减少，施工难度也减小，位移掌握也在可接管范围，故采取了方案三的加强层设置方案。

加强层构造支配图

10.杭州世茂聪慧之门（双塔）（279m）

构造体系：带斜撑的巨型框架-核心筒

本项目由2栋63层的塔楼（A、B楼），1栋19层的塔楼（C楼）及1栋独立3层附楼（D楼）及1栋独立2层附楼（E楼）共5栋楼以及三层地下室组成的城市综合体。
A、B楼为5A级甲级写字楼，建筑高度279.160m（檐口）。

A、B塔楼构造体系基本类似，均采取带斜撑的巨型框架-筒体构造，周边的带斜撑组合框架和核心筒一起抵抗侧力，塔楼均设置2道环桁架。
周边带斜撑框架由钢斜撑，型钢混凝土巨柱及环桁架组成，核心筒采取混凝土构造。

构造体系示意图

本构造体系的周边框架由每边各2根带箱形型钢的钢筋混凝土组合柱（SRC柱），以及单向的钢斜撑，在立面上形成竖向桁架，以抵抗侧向力。
每边两根巨柱避开角部支配，使得角部窗口空间完备打开，实现建筑哀求的无柱窗口。

同时，周边带斜撑的框架给塔楼供应了相称大的侧向刚度，承担了很大部分的侧向力，这使得核心筒可以做的很小，墙很薄。
其余，斜撑对付竖向力也有很好的通报浸染。
巨柱之间的小柱子上的重力大部分都可以通过斜撑通报到较大的SRC柱上，因此这些小柱子，截面都可以很小，任何一个小柱子，或者某根支撑的毁坏，均不至导致构造倒塌，构造冗余度很好。

在外围部分，除了有斜撑之外，A、B塔楼利用避难层空间设置了2道环桁架，避难层楼板也进行了加强，环桁架与加强的避难层楼板有效地将核心筒与周边框架联系起来共同抗侧。

由于周边带斜撑的巨型框架给塔楼供应了较大的侧向刚度，因此塔楼可以采取较小的核心筒也能知足构造设计哀求。
A塔楼核心筒的尺寸约为17.9m×18.9m，B塔楼核心筒的尺寸约为23.0m×22.2m。

A塔标准层构造支配图

B塔标准层构造支配图

建成实景图

11.福州世茂天城（270m）

构造体系：钢管混凝土框架-核心筒-伸臂桁架-环带桁架

本项目由酒店、办公、公寓式办公、商业等四大功能部分构成。
主楼地上58层，地下3层，屋顶标高245.35米，屋架顶标高273米。

主楼的紧张抗侧力系统由内部的钢筋混凝土核心筒和外围钢管混凝土柱与钢梁组成的框架组成。
核心筒系统位于主楼的中央，包括电梯、电梯厅、疏散楼梯的墙体。
钢筋混凝土的连梁将连接相邻的剪力墙。
核心筒的外墙是闭合式的，从而供应建筑大部分的旋转刚度。
外围由钢管混凝土柱组成，并通过在19和47层的9.0米高设备层支配的外伸钢桁架与巨型核心筒连接在一起。
外围钢管柱在上述两层各有一道钢的边桁架在外围连接，从而使柱子更加均匀地受力。
主楼的第二道抗侧力体系是位于建筑外围的钢框架。
建筑从上到下，外围钢梁在每层与外围钢管混凝土柱刚性连接形成第二道抗侧力体系。
这个别系为建筑总体供应了附加的旋转刚度，增强了却构的整体性，提高了却构的冗余度。

建筑立面图

标准层构造支配图

由于主楼高度较高,福州地区的风载又特殊大,在整体打算中为了掌握主楼在风和地震荷载浸染下产生的侧移增加了外伸桁架和带状桁架,带来了很大的实用效果,不过由此也引起了竖向刚度的不规则。
外伸桁架及带状桁架位于主楼的以下位置：19至20层之间、47至48层之间。

为了只管即便减少建筑在风及地震浸染下的位移，在全体建筑高度内，利用建筑设备层设置了2组9.0米高的钢构造外伸桁架将周边的钢管混凝土柱与内部的钢筋混凝土核心筒相联系。
设置加强层后，构造的楼层位移减小靠近50％。
这紧张是由于外伸与带状桁架把周边柱和核心筒连接在一起，增大了却构抵抗倾覆弯矩的力臂，与此相应，周边柱会由于风荷载或地震水平浸染受到较大的轴向力。

加强层构造支配图

12.长沙世茂中央（241m）

构造体系：钢管混凝土框架-核心筒

本项目主塔楼为地上51层，地下3层，建筑总高度为241m，构造高度210.9m。

主塔楼采取钢管混凝土框架+钢筋砼核心筒构造体系。
主楼标准层平面根据景不雅观朝向选用三角形平面，担保最多房间可以看到湘江景不雅观，核心筒置于中间，外围一周为房间，体型平均，这种对称的平面布局对超高层建筑较为有利。

框架柱采取钢管混凝土柱，均匀支配在三角形平面的三边，共18柱。
结合建筑平面功能，采取三角形核芯筒。

标准层构造支配图

参考文献：

[1]长沙世茂广场塔楼构造设计[J]. 建筑钢构造进展，2019.

[2]世茂国际广场主楼构造设计[J]. 建筑构造，2007.

[3]烟台世茂T1综合塔楼构造设计[J]. 城市培植理论研究，2012.

[4]深圳前海世茂金融中央塔楼构造设计及剖析[J]. 建筑构造，2015.