简述超高层钢结构建筑筒中筒结构体系

王鹏

摘 要：随着工程技术的发展，建筑的高度越来越高，很多超高层建筑都成为了城市的地标性建筑，其中有70%的超高层建筑均属于钢结构体系，这也使高层建筑成为了一个国家建筑科学水平的标志。本文针对超高层钢结构中的筒中筒结构进行分析，望广大同行给予指导。

关键词：结构体系；实例；模型；计算结果

中图分类号：TU973.13 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）07-0005-01

引言

筒中筒结构有着良好的结构空间性，所以在超高层结构中被广泛应用，但是由于筒中筒结构的受力性十分复杂，对它的受力分析就变得十分复杂，下面笔者针对筒中筒的结构形式进行总结。

1 超高层建筑的结构体系

在建筑体系中，结构体系是抵抗外部作用力的一种组合方式，超高层建筑的设计主要考虑抵抗水平力的因素，同时要将抵抗侧力结构和结构设计成为主要问题。高层建筑的抗侧力单元是由井筒、框架、剪力墙等由这些单元组成的结构体系。

1.1 框架结构体系

一般有梁和柱形成的构件被称为框架，如果建筑中只有梁和柱就形成了纯框架结构。

1.2 剪力墙结构体系

在建筑中使用墙来抵抗竖向承载力和水平承载力的结构形式被称为剪力墙体系。

1.3 框剪结构体系

在建筑中将框架和剪力墙同时结合起来，达到共同抵抗水平荷载就形成了剪力墙结构体系，如果在把剪力墙以筒的形式进行布置就成为了筒体结构体系。

1.4 筒中筒结构体系和多筒结构体系

由多个框架筒组成的筒状结构被成为筒中筒结构。这种结构通常利用框架筒体为柱，使筒和筒之间采用巨型梁进行连接，这样就形成了巨型框架，这种筒状结构可以有效发挥结构空间的作用，使刚度和强度得到很大程度上的提高，使建筑的层高可以逐渐提高，形成巨大高层建筑。目前常用的巨型筒体和巨型框架组成了高层建筑的结构体系，这种结构可以形成巨大的刚度和整体性，使结构受力更加明确，布置更加灵活，并且满足建筑的特殊结构形式和建筑功能，使大型复杂的高层建筑成为了可能，近年来筒中筒建筑结构在超高层建筑设计中发挥了很大的优势，深受广大建筑设计师的好评。

2 工程实例

2.1 兰州国芳大酒店

兰州国芳大酒店地处市中心商业区，建筑主体功能为商务办公楼和商场，建筑总面积为9万m2。建筑基础层为裙楼，共3层，标准层为39层。建筑总高154m。建筑整体采用平面布置，为正方形，采用钢结构和现浇混凝土结构的筒中筒结构。主体内筒为剪力墙，平均尺寸为21m×12.6m。外筒柱由高裙梁组合而成，平均尺寸为45m×36.6m。在建筑主体结构外围的四角处设置寄到剪力墙，以提高结构的抗扭刚度和外筒抗弯能力，内筒的建筑面积是整个楼层面积的17%。标准层的空洞率达到39%，建筑整体抗震能力为8。

2.2 温州世贸中心大厦

温州世贸中心大厦分为地上和地下两个部分，地上建筑67层，地下为4层。建筑高度为264m，建筑上层有塔冠，总高度为330m。建筑占地3万m2，建筑居住面积为18万m2。并且根据建筑使用功能需求实现高位转换，使建筑受力十分均匀，采用了分支柱过渡形式，过渡层自10层开始至15层完成全部的结构转换。结构标准层平面尺寸43.2m×43.2m，内筒尺寸21m×21m，外筒高宽比6：1；内筒高宽比12：6。

3 实力模型计算

为了使筒中筒结构体系在很多建筑高度下进行量化处理，本文假设500m和600m的建筑进行模型的简化计算。结构外筒为框架型支撑筒，并采用方形钢管和大型支撑柱配合混凝土梁。内筒采用混凝土剪力墙，核心部位使用核心筒和剪力交接钢柱，由于考虑建筑侧刚度荷载已经减少剪力，可以在建筑外框筒设计环形桁架并配合伸臂桁架。这些系统设置都可以配合楼板系统的加强性。

3.1 风荷载

基本风压为0.6kN/m2（按100a一遇重现期），场地地面粗糙度类别C类，风压高度变化系数、风振系数和体型系数参见相关规范。地震作用：抗震设防类别为乙类建筑，抗震设防烈度7度（0.1g），多遇水平地震影响系数最大值0.08m/s2，场地类别第Ⅳ类，设计地震分组为第1组，特征周期为0.9s，塔楼结构阻尼比抗震取0.04（弹性）、抗风取0.02，周期折减系数0.95。

3.2 约500m及600m的模型计算

约500m高层建筑层数为120层，单层高度4.0m，建筑的总结构高度为480m。建筑的结构标准层为50m×50m。内筒的设计尺寸为27m×27m外筒高宽比10：2；内筒高宽比20：3。在塔楼外框筒的第24～26，49～50，74～75，99～100，120～121层设置环形桁架并使用五道伸臂桁架以辅助，外筒标准层立面开洞率约为48%。

约600m高层建筑层数为145层，层高4.1m，结构总高度594.5m。底层平面尺寸65m×65m，建筑采取逐层缩进，至第25层平面尺寸为50m×50m；内筒平面尺寸为25m×25m，内筒高宽比22.4。在第12～13，25～26，45～46，65～66，85～86，105～106，125～126，145～146层设置七道伸臂桁架和环形桁架，25层平面以上的开洞率约为37%。

3.3 计算结果分析

通过对500m和600m高层建筑结构设计分析，发现主要的设计参数为刚重比、剪重比、层间受剪、周期比、层间位移角、舒适度等。本文在对建筑平面尺寸和承重构件进行布置、使以上的多项指标满足建筑条件。

4 结语

超高层建筑随着城市发展的需要不断被建立，增强了城市的现代化和数字化，我国正在研究一系列以超高层钢结构为代表的建筑，将城市的现代化水平朝着深度和广度两个方面同时发展。钢结构建筑的材料质量较轻，施工周期很长。所以采用筒中筒结构体系可以有效的提高建设速度和质量，在未来超高层建筑的发展将会主要依靠筒中筒结构体系。

参考文献

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