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核心筒设计复盘。

由于建筑使用功能与采光等的要求，超高层建筑一般将公共建筑设施、服务用房及楼梯、电梯等集中布置在楼层平面的中央区域，形成了多个专业共用的核心筒。在核心筒的外围及中间隔墙位置布置剪力墙，同时在门洞口位置设置连梁，共同形成了具有筒体受力特点的核心筒结构。

核心筒结构是超高层建筑结构的主要抗侧力结构，核心筒除承受很大的竖向荷载外，在抵抗风荷载和地震作用方面也发挥了重要的作用，承担了80%~95%的底部总剪力和40%~60%的底部总倾覆力矩，由此可见核心筒结构的合理设计至关重要。

1、核心筒平面布置形式

核心筒平面布置形式与建筑功能、平面形状、建筑体型密切相关，涉及建筑、结构、机电等多个专业，主要综合考虑以下几个因素：

1）建筑功能布局（楼电梯、公共卫生间等）；

2）结构竖向及水平承载能力；

3）机电及辅助系统（机房、管井等）；

4）与伸臂桁架连接位置；

5）竖向收进方式。

典型项目常见核心筒平面布置形式如下：

核心筒布置是否合理直接关系到建筑的品质、使用者的感受、建筑得房率和结构经济性。超高层建筑的核心筒设计在解决好至关重要的建筑结构和消防安全性的同时，要好好解决建筑内部的垂直交通及电梯配置（包括电梯台数，载客量，速度以及排列布置），在不同的设计条件下寻找到最适合项目条件的核心筒布置。

 

2、核心筒竖向收进形式

一般来说，超高层建筑电梯的需求数量和水平荷载作用下产生的楼层倾覆力矩会随着楼层标高的增加而降低，因此，结合超高层建筑上下区不同的功能需求和逐渐减小的电梯井道空间要求，核心筒沿高度不断内收，是一种合理的设计。但也给结构布置或结构受力带来不利影响，主要包括：在竖向荷载作用下，墙肢会产生附加剪力、水平位移；在水平地震作用下，抗侧刚度突变会导致墙肢损伤严重等。因此合理的核心筒收进方式，既需满足建筑功能，又能充分利用结构材料。

典型超高层建筑核心筒收进有如下几种方式：

1）按区隔划分收进

核心筒平面采用九宫格布局，沿高度逐步减少外墙墙肢，从正方形过渡为十字形平面，在收进过程中，外墙基本对称收进，内墙墙肢保持不变，由于核心筒角部打开，结构刚度有所降低，但极大释放了建筑使用空间，较好的满足建筑使用功能。

核心筒收进采取的结构措施有：

对核心筒收分位置的剪力墙取时程分析和反应谱分析的包络内力进行设计；

核心筒收进处相邻楼层核心筒及框架柱定义为关键构件，提高性能目标要求；

核心筒收进处上下层楼板采取加强措施。

2）斜墙转换收进

核心筒平面由大变小，通过外墙斜向收进，竖向荷载通过斜墙转换。

斜墙转换收进采取的结构措施有：

核心筒收进处相邻楼层核心筒及框架柱定义为关键构件，提高性能目标要求；

核心筒收进处上下层楼板采取加强措施；

增加垂直方向翼墙；

大震弹塑性墙体损伤分析。

3）双翼墙内退收进

为了避免墙肢收进后竖向转换，核心筒布置了双层翼墙，在建筑高区取消第一道外墙，缩小核心筒面积，由于第一道外墙未全高设置，第二道外墙承担了更多的竖向荷载，引起第二道外墙墙厚也较大（有时候反而墙厚比第一道外墙厚），这样的布置方式岁能避免转换，但结构效率偏低。

4）墙下插收进

剪力墙下插，即避免了墙肢转换，又避免了双墙落地结构效率不足的问题，但剪力墙下插需考虑墙厚对下插楼层建筑功能的影响，同时下插剪力墙竖向受力对结构的不利影响。

剪力墙下插转换收进采取的结构措施有：

核心筒收进处相邻楼层核心筒及框架柱定义为关键构件，提高性能目标要求；

核心筒收进处上下层楼板采取加强措施；

下插墙体及翼墙增设附加钢筋；

大震弹塑性墙体损伤分析；

罕遇地震下构件内力有限元分析计算。

3、核心筒墙肢厚度

超高层建筑结构重量大，一方面是由于塔楼抗侧刚度的需要，另一方面是由于楼面恒载增加，导致承担的竖向荷载较大。减轻楼面恒载及结构自重，可降低墙柱承担的竖向荷载，减小塔楼的地震作用，从而有利于结构经济性。

超高层结构重量中，结构自重占比约65%~70%，而结构自重中，核心筒重量占比约35%~40%。在满足结构整体刚度以及墙体稳定性要求前提下尽量减薄墙体厚度，应根据轴压比由下而上收进。控制核心筒墙体厚度，也有利于总体质量控制，避免过重。

核心筒内部小墙肢对结构整体刚度和受力贡献不大，在保证结构成立的前提下，可充分利用梁的承载能力，最大程度的减少内部小墙肢的数量。

典型超高层建筑核心筒底层外墙墙厚如下图所示：

核心筒底层外墙墙厚约为1000~1200mm，高度越高，墙厚越厚。顶层外墙墙厚可减至400mm，内墙墙厚可减至250mm~300mm。

典型超高层核心筒墙厚

 

4、核心筒高宽比及占比

核心筒是框架-核心筒结构的主要抗侧力结构，应尽量贯通建筑物全高，核心筒的宽度对整体结构刚度贡献较大。

典型超高层建筑核心筒高宽比统计如下：

典型超高层核心筒高宽比平均值为12.5，超高层建筑核心筒高宽比不宜大于12，当外框架的刚度较大或建筑功能需求时，核心筒的高宽比可控制在12~15。一些公寓类超高层由于户型进深需求，核心筒宽度较小，一般可通过外框增设翼墙增加整体结构刚度。

典型超高层建筑底层核心筒占比统计如下：

典型超高层底层核心筒包围面积占楼层面积平均值为23.6%，符合一般规律，常规占比20%~25%，核心筒尺寸约为标准层平面尺寸的45%~55%。

合理控制核心筒的尺寸，既能有效提升建筑使用率，又能提供较好的结构抗侧刚度需求，在满足建筑使用功能的同时，提高超高层建筑结构设计的经济性。

 

总结

对国内200~300m典型超高层建筑进行了研究分析，得出如下结论：

1）核心筒平面布置形式与建筑功能、平面形状、建筑体型密切相关，需要建筑、结构、机电等多个专业协同考虑；

2）合理的核心筒收进方式，既满足建筑功能，又能充分利用结构材料；

3）核心筒底层外墙墙厚约为1000~1200mm；

4）核心筒高宽比不宜大于12，当外框架的刚度较大或建筑功能需求时，核心筒的高宽比可控制在12~15；

5）底层核心筒包围面积占楼层面积一般在20%~25%左右。

 

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.

[2]相关项目资料.

---

本文来自公众号「筑龙结构设计」，不代表本站立场。
文章版权归作者筑龙结构设计所有，如需转载请先经得作者确认授权（可通过本站私信文章作者）。文中图片出处为水印文字，由文章作者整理上传，若有侵权请告知翻身猫处理。