超高层摩天楼的结构体系这些案例集锦带你过把瘾

超高层摩天楼的结构体系，这些案例集锦带你过把瘾!

本篇文章献给不断探求应用自然法则而不盲从现行规范的结构工

程师们！

因为工作以来接触的项目主要是以超高层结构为主，所以今天想

跟大家聊一聊超高层的结构体系。超高层建筑的结构体系的话题很大,

因为超高层建筑的结构体系多种多样，很难完全包括进去，这里主要

以小编所了解到的结构体系进行介绍。

1超高层建筑的定义

对于超高层建筑的界定，不同国家有不同标准。联合国教科文组

织所属的世界建筑委员会1972年召开的国际高层建筑会议，将9层及

以上的建筑定义为高层建筑，40层以上（高度在100米以上）定义为

超高层建筑。根据我国《民用建筑设计通则》和《高层民用建筑设计

防火规范》规定，建筑高度超过24m即为高层建筑，超过100m的均

称为超高层建筑。

Megatall

(>600m/1f968ft)

600m

1,968ft

Supertall

(2300m/984ft)

OneCentralPark432ParkAvenueShanghaiTower

Sydney,AustraliaNewYorkCity,USAShanghai,China

图1高层、超高层以及超级高层建筑的分类(@CTBUH)

世界高层建筑与都市人居协会(CTBUH)则将300米以上的建筑定

位为超高层建筑(supertali),将600m以上的建筑定位超级高层建

筑(megatall)。截止目前为止，全球共有115个竣工的超高层建筑,

而竣工的超级高层建筑只有三个，这三个分别是迪拜塔(828m)、上

海中心(632m)及麦家皇家钟楼(601m)。

828m

2,717ft

BurjShanghaiMakkahRoyalPingAnLotteWorldOneWorldGuangzhouTianjinCITICTAIPEI

KhalifaTowerClockTowerHotelFinanceTowerTradeCenterCTFFinanceCTFFinance一To火101

图2已竣工的超高层建筑排名(@CTBUH)

800m

700m

600m

SOOm

400m

300m

200m

100m

图3世界最高建筑的竣工时间(@CTBUH)

小编认为，一栋建筑当它的高度造成在设计、施工以及使用上明

显区别于同类较低的建筑时，那么就可以被定义为高层建筑。

2超高层建筑的设计特点

超高层建筑与中低层建筑相比，结构不仅要承受重力荷载，而且要负

担较大的水平荷载(如风荷载、地震作用等)。随着房屋高度的增

加，水平荷载往往成为设计的控制因素。

简单来看，超高层建筑可以视为固定在地面上的一根悬臂杆件，

在侧向荷载为倒三角荷载时，荷载效应与建筑高度的关系中，轴向力

N与建筑高度H大致成正比，而结构弯矩和位移与建筑高度H呈指数

关系。

p

图4超高层结构内力及位移与高度的关系

根据CTBUH对历年全球最高的100座超高层建筑统计的结果，

可以发现，在二十世纪之前，超高层建筑采用的材料均是以全钢结构

为主。到了近年来，主要的超高层结构都是采用的是钢结构外框+混凝

土核心筒的混合结构，以充分发挥两种材料的优势。

100tallestbuildingsbymaterial

|All-Steel■Concrete■Composite

图4历年全球前100超高层结构采用的材料占比(@CTBUH)

3超高层建筑主要的结构体系

超高层建筑结构的受力特点决定了结构抗侧力体系选择合理成为

结构经济性的关键因素。当结构到达一定高度后，每增加一层抵抗侧

向荷载所需的结构材料要比中低层建筑要多得多。因此，超高层建筑

结构体系主要采用抗侧更为高效的筒体结构及其衍生的结构形式，主

要有筒体结构、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。

3.1筒体结构

筒体结构可以定义为全部利用建筑的周边构件来抵抗侧向荷载的

全三维结构体系。筒体概念的最早是由SOM的法兹勒・坎恩(Fazlur

Khan)提出的。利用筒体结构来抵抗侧向荷载是超高层建筑设计的一

场革命。本质上这种体系是力求在建筑的外围形成一种三维的墙体结

构。

图6FazlurKhan和其代表作西尔斯大厦

根据外框结构的布置形式，筒体结构可分为框筒，斜交网格筒，

支撑筒

3.1.2框筒

框筒结构是由布置在建筑周边的小柱距、高梁截面的密柱深梁组

成，在概念上可以认为等效于一个连续的三维墙体。框筒结构在形式

上是由建筑四周的密柱、深梁组成，其受力特点是一个地面上的悬臂

多孔筒体，不同于一般的框架结构。

(1)框筒的受力性能为了更加清楚的说明框筒的受力性能，我

们以下图所示的一个50层的由密柱、深梁组成的建筑为例。假设内柱

设计只承担重力荷载，而忽略其抵抗侧向荷载的能力。其抗侧力体系

主要是由密柱、深梁在空间上形成的筒体，如下图所示。

图7框筒结构示意图

框架是平面结构，它主要抵抗与框架方向平行的水平力产生的层

剪力和倾覆力矩。而框筒的受力却是空间的，在水平力作用下，层剪

力主要由与水平力方向平行的腹板框架来承担，而层倾覆力矩则由腹

板框架与垂直于水平力方向的翼缘框架共同承担。

平行于侧向荷载的框架起着多孔筒体的"腹板"作用，而垂直于

侧向荷载的框架则起着"翼缘"的作用。竖向重力部分由外框架承担，

部分由内柱或内筒承担。

当承受由于侧向荷载作用产生的弯曲时，受力的主要形式为一通

常的竖向悬臂筒，在中和轴两边的柱承受拉力和压力。而平行于侧向

荷载作用方向的框架承受平面内弯曲。

其他形状的框筒结构如圆形、矩形、三角形筒体的轴向应力分布

规则也是相似的，如下图所示。这种利用建筑外围形成一个完全三维

的结构体系以抵抗侧向荷载的原理，使得在进行建筑平面设计时，获

得了很大的自由度。它对结构唯一的要求是结构构件能够围绕建筑外

周连续布置形成三维空间作用，并成为封闭的盒式形状以抵抗扭转效

用。

IB柱形根传

图9不同形状筒体结构在侧向荷载作用下应力分布

下图是自由式(free-form)筒体结构的几个例子。虽然简单的说,

筒体与空心悬臂结构类似，实际上其对侧向荷载的反应是弯曲型与剪

切型的组合。筒体的总弯曲是由于柱的轴向压缩与拉伸，而剪切变形

是由于各个柱与梁的弯曲。一个有效能设计的基本原则是消除或者尽

量减小剪切变形，这样筒体结构基本上就像悬臂构件一样做整体弯曲

了。

图10自由式筒体结构平面图

框筒的概念可以用在围绕建筑周边对梁柱作任何合理的布置来实

现。但是，不紧凑的平面和带有阴角的平面会大大降低框筒的空间作

用。

对于框筒结构，一个紧凑的平面可以定义为其长宽比不大于1.5左

右。具有较大长宽比的平面，要发挥其三维空间作用，则需要采取一

定的加强措施。这是由于：Q）风荷载控制设计时，较大长宽比的建筑

立面承受的风荷载更大；⑵而由此引起的剪力经常要求平行于风向的

柱距更密，或者平行于风向的柱与裙梁的尺寸更大；⑶剪力滞后现象

更加显著，尤其是垂直于风向的柱列。

同样的，筒体形状的突变也会造成框筒的空间作用的减弱，因为

剪力流只有通过柱的轴向缩短以绕过角部。同时，在这些部位的次框

架作用改变框筒柱的荷载分配。

图11错位筒体平面图

如上图所示，在南北向的风荷载作用下，背风柱A、B受压，迎风

柱C、D受拉。除主要作用外，框架AB和CD还围绕其本身的局部轴

线1-1和2-2转动。在A、B柱中分别产生局部的拉力和压力。由于框

筒结构的柱距较小，通常在建筑底部需要增大柱距以满足建筑大空间

的功能要求。当抽掉的柱子数量不多时，一般来说立面框架的空腹作

用也足以传递荷载。但是，如果抽掉的柱子数量较多时，则需要设置

1~2层的转换层。一般还需要设置临时支柱来承受竖向荷载和施工荷

载，直到上部框架可以形成足够强的空腹作用时才可以拆除。

裙梁

图12错位筒体平面图

一般来说，在一个转换体系中，有一个空腹桁架、钢桁架、钢结

构大梁或混凝土大梁，由它们将筒体柱中的竖向荷载传递到下面的立

柱上。如果取消的框柱数量太多，则需要设置额外的抗侧力体系（如

混凝土核心筒或钢结构支撑筒）来承受水平剪力，我们将在后面的案

例中进行介绍。

图13框筒与中间核心筒力的转换

上部框筒的剪力则是通过楼板的隔板作用，从框架柱传递到核心

筒中。外框的倾覆力矩转换为底层立柱的轴向的拉压力。

(2)剪力滞后现象(ShearLagEffect)框筒虽然有筒体状的形

式，但是其受力性能远远要比实腹筒复杂，与实腹筒最大的不同是，

框筒要承受剪力滞后的作用。

在水平荷载作用下，框筒结构截面变形不再符合初等梁理论的平

截面假定，腹板框架和翼缘框架的正应力不再是直线分布而是曲线分

布，这个现象就是框筒结构中的剪力滞后效应(

ShearLagEffect)o

图14框筒的剪力滞后现象

即使是由实心墙体构成的实腹筒体，其迎风面于背风面墙体的轴

向应力分布也不是均匀的，也存在剪力滞后效应。这是由于平面尺寸

与墙厚的比值通常很大，使得其剪切变形不可忽略，平截面假定不再

适用。

图15框筒的剪力滞后现象如上图所示,在侧向荷载作用下，大的

剪切应变使得受弯平面发生变形。翼缘面单元E在剪应力作用下发生

变形，所有这种单元变形累积效应最后的结果是翼缘截面由原来的平

直面变为上图中曲面。这时，翼缘框架的弯曲应力不再与截面到中和

轴的距离成比例关系。

由于翼缘截面的抗剪刚度不足，翼缘中心的应力"滞后（lag）"

于靠近腹板的应力。这种现象就是众所周知的剪力滞后现象，它对筒

体高层结构的设计起着重要的作用。腹板中的弯曲应力也以相似的方

式受到影响。

效应更加明显。在侧向荷载作用下，框筒结构的主要抵抗力来自于腹

板框架。由于这些框架的变形，使得迎风面框架柱T受拉，背风面框

架柱C受压。

腹板框架与翼缘框架之间的主要相互作用是通过角柱的轴向位移

产生的。例如，当C柱受压时，将趋向于使相邻柱C1受压，但由于裙

梁的刚度不是无限大，所以C1的轴向变形小于角柱Co柱C1的变形

又引起下一个相邻柱C2的变形，其变形又更小一些。反应到应力上，

就是角柱的应力较大，中间柱的应力较小。

(3)设计要点剪力滞后效应使得框筒的空间作用不能充分发挥，

因此，框筒结构的布置应尽量减小其剪力滞后效应。

影响框筒结构剪力滞后的因素很多，主要有：柱距与裙梁高度

(裙梁的抗侧刚度)、角柱与中柱的面积比、结构高宽比、框筒结构

的平面形状、长宽比、内外筒刚度比、轴压比等。

为了提高框筒结构的空间作用，并减小剪力滞后效应，框筒结构

的平面外形宜选用圆形，正多边形、椭圆形或矩形。框筒结构的平面

尺寸一般不宜过大。只有在结构高宽比较大的情况，框筒结构才能象

箱形悬臂梁一样发挥整体弯曲的空间作用，因此框筒结构的高宽比宜

大于4O

对于框筒结构，柱距大小和梁截面高度是决定筒体空间作用的决

定性因素。框筒柱距一般不宜大于3m和层高，框筒柱的长边应沿筒

边方向布置；当结构高度较高，柱距可以适当放宽，一般也不宜大于

4.5m。裙梁的高度一般可以取裙梁的跨高比不应大于3,

裙梁的跨高比太大时，剪力滞后效应明显，无法有效发挥框筒的空间

作用。

(4)案例纽约世界贸易中心双子塔结构体系：框筒

图17纽约世界贸易中心双子塔

纽约世界贸易中心双子塔位于美国纽约的世界贸易中心，是著名

建筑师山崎实最重要的代表作之一，大厦耗资7亿美元，于1966年破

土动工，1972年完成最高层建筑（417米），超越纽约帝国大厦成为

世界第一摩天大厦。然而2001年双子大厦在“9口1”恐怖袭击事件中

倒塌。

图18纽约世界贸易中心双子塔

前纽约世界贸易中心双子塔，由两幢110层、高417m的钢框筒

结构组成。平面尺寸为63.5mx63.5m,标准层高3.66m，柱距

1.02m,裙梁高1.32m。每32层设置一道7m高的钢板圈梁用以减

小剪力滞后效应。

图19底部三根柱合并为一根

到了底部，为了实现大空间的建筑功能需求，每三根框架柱合并

为一根，底部柱距扩大为3.06m。

101CaliforniaBuilding结构体系：框筒

图20CaliforniaBuilding

美国旧金山加利福利亚大街101号大厦，采用框筒结构，地下2

层，地上48层，高201.2m,全钢结构。但是1〜7层在半个圆的范围

内，周边只有框架柱，柱高28m,没有裙梁，低区形不成框筒，如上

图所示。竖向抗侧力结构不连续，同时，由于没有裙梁，也极大的削

弱了1~7层的侧向刚度和抗扭刚度，成为潜在的薄弱层和软弱层。并

且在37层、42层和46层立面上存在三次收进。

H

图21CaliforniaBuilding的平面及立面

为保证侧向力的顺利传递，从1~12层在平面中央设置了钢结构

支撑筒体，两个方向各为3相4跨和3桶6跨。为使7层以上的框筒

和7层以下的钢结构支撑筒成为连续的竖向抗侧力结构，对8~12层

的楼板进行了加强，作为水平地震剪力的传递层，在传递地震剪力的

最大的8层和12层楼面，设置了水平钢桁架。

r—

图22CaliforniaBuilding

DeWitt-Chestnut公寓结构设计：SOM结构体系：混凝土框筒

图23DeWitt-Chestnut公寓

DeWitt-Chestnut公寓Q964年）是FazlurKhan的第一个重要作

品，也是采用筒体结构体系建造的第一幢超高层。大楼高120m,由

钢筋混凝土密柱和深梁构成外围筒体，抵御水平荷载。大厦内部没有

芯筒和剪力墙。采用筒体结构的建筑，对内部立柱的需求少，建筑内

部空间开阔。

图24结构底部两根柱合并为一根

到了结构底部，为实现建筑的大开间需求，框筒的立柱通过大梁

转换，两根立柱合并为一根立柱。

388MarketSt结构体系：框筒

图25MarketSt

美国旧金山市场街388号大楼，27层，钢结构。为了充分利用一

块面积不大的三角形场地，该建筑的平面一端圆，一端尖，像一个水

滴。根据建筑平面形状，采用了一个圆弧形和一个三角形组合的框筒

抗侧力结构体系。两个框筒公用的框架采用截面较高的梁和箱形截面

柱。在第3层、18层、19层、20层、25层和26层，共用框架中间

跨的两根柱之间附加一个斜撑。

图26MarketSt的平面及空间振型图

3.2斜交网格筒体

在筒体表面增加斜向支撑可以有效的翼缘及腹板框架的剪力滞后

效应。框筒即使是密柱布置，其裙梁的刚度也是有限刚度，因而平行

于风向的框架的高剪应力在围绕框筒角部位置不能有效的传递。要使

它的效能最高，筒体应该如一个完美的悬臂梁构件一样，在迎风面和

背风面均匀的受压和受拉。然而，框筒的性能却像一个带孔洞的薄壁

筒体。当轴向力绕过筒角时趋向于减小，使得迎风面和背风面中部的

柱不能均匀的承担分配给它们的拉力和压力。这种效应即前文提到的

剪力滞后效应。它限制了框筒通常只能用于50层或60层以下的建筑,

109层的纽约世界贸易中心双子塔是采用了非常小的柱距（1.02m）。

而对于普通柱距（3~4.5m）的更高的框筒结构，其梁柱的设计是

由其弯曲作用控制而不是由轴力作用控制。并且在总的侧移中，仅有

大约25%是由作为悬臂构件的弯曲分量组成，其余均为框架的剪切分

量构成。正是由于这种剪切变形，引起了剪力滞后现象，使得框筒不

能充分发挥其空间作用。

图27密布斜柱的筒体结构

如上图所示，这种密布斜杆的筒体也被称为斜交网格筒体，可以

有效的发挥筒体的空间作用。斜交网格筒是一种没有一般意义上的

"柱"，而以网状相交的斜杆作为同时承受垂直和水平荷载构件的结

构体系。

非节点层

图28斜交网格筒体的三角单元

体系中斜柱以轴向拉压内力为主，能有效利用构件材料力学性能

提供很大的侧向刚度，为减小内筒或内框架的刚度要求提供了可能，

从而为建筑内部的布置提供了更大的自由度。斜交网格筒的抗侧刚度

受网格角度的影响较大，在网格角度为60。至70。之间，斜交网格筒的

抗侧效率最高。斜交网格筒平面形状愈趋近圆形，斜柱、环梁的内力分

布愈均匀，因此筒体平面形状宜采用圆形或接近圆形的凸多边形，多

边形平面的角部宜采用圆弧过渡。

案例瑞士再保险大厦结构体系：斜交网格筒

图28瑞士再保险大厦

2004年建成的瑞士再保险总部大楼，位于英国伦敦"金融城"圣

玛丽斧街30号，共40层，180m高，它是一幢集办公建筑。大楼采

用圆形周边放射平面，外形像一颗子弹，为螺旋型，每层的直径随大

厦的曲度而改变，直径由50m至56m（17楼）之后续渐收窄。

图29瑞士再保险大厦

广州西塔结构设计：ARUP&华南理工设计院结构体系：钢管混

凝土柱斜交网格外筒+钢筋混凝土内筒的筒中筒体系

S

祥

图30广州西塔

广州西塔地下4层（局部5层），地面以上103层，主塔楼高432m,

采用巨型钢管混凝土柱斜交网格外筒+钢筋混凝土内筒的筒中筒结构O

斜交网格筒侧向刚度、抗扭刚度大，以斜柱轴力抵抗水平荷载引起的

结构楼层水平剪力和倾覆力矩，充分发挥了高强钢管混凝土柱的优势，

是超高层建筑的优良结构形式。西塔外周边共30根钢管混凝土斜柱

于空间相贯，共16个节点层，节点层间距27m。

图31广州西塔平面图

广州西塔斜交网格外筒的组成包括：（1）竖向构件以一定角度

相交的斜柱；（2）水平构件沿外周边布置、连接网格节点的环梁及

沿外周边布置、支承于斜柱的楼面梁。斜交网格筒体的几何构成决定

了它抵抗水平力的独特优点，侧向刚度和扭转刚度也远优于框筒，但竖

向刚度比框筒稍差。水平力由斜柱的轴向力平衡，倾覆力矩引起的竖

向力也由交于节点的斜柱的轴力平衡。

西塔的层高为3.375~4.500m,斜柱的交角为13.63°~34.09°,

自重引起的弯矩不大；对各节点层施加了体外预应力，阻止了竖向荷

载作用下网格节点的向外水平位移，大大减少了斜柱的柱端弯矩和剪

力，提高了结构的竖向刚度。不论是受竖向还是水平荷载作用，斜柱

的主要内力是轴力，剪力和弯矩均很小。

北京保利国际广场结构设计：SOM&BIAD结构体系：交叉网格

筒中筒体系

DESIGNINSPIRATION-CHINESEPAPERLANTERNFOLDING

图32北京保利国际广场

北京保利国际广场主塔楼高161.2m,32层，采用独特的钻石型

折叠网格造型。结构体系依据建筑体型，采用交叉网格筒中筒体系，

外筒为钢管混凝土斜柱构成的交叉网格结构，无竖直柱子，内筒为钢

筋混凝土剪力墙核心筒。交叉网格外筒的组成包括:1）斜向构件，以一

定角度（约45。）倾斜相交的斜柱，斜柱每根跨两层;2）水平构件，由外

环梁和径向梁构成，外环梁沿外周边每两层设置一圈，连接网格柱节

点，径向梁支承于交叉网格节点和核心筒之间。作为一种新颖的框筒

体系，交叉网格筒体的受力性能与一般框筒有很大差别，主要体现在

以下几点。（1）交叉网格的几何构成决定了它抵抗水平力的独特优

点，外筒的巨大刚度使其能够承受很大的水平荷载，为减小内筒的刚

度提供了可能，从而为建筑内部的布置提供了更大的自由度，可取得

更好的建筑效果和综合效益。（2）侧向力主要由斜柱的轴向力平衡,

倾覆力矩引起的竖向力也由交于节点的斜柱的轴力平衡，因此柱内的

剪力和弯矩比较小。（3）斜交网格在水平和竖向荷载作用下，表现出

明显的空间受力特征，结构的高宽比、斜柱的倾斜角度、斜柱的截面

面积、斜柱与环梁的相对刚度比等等，均对交叉网格筒体的受力性能

有较大影响。（4）交叉网格外筒的抗侧刚度往往超过混凝土核心筒的

抗侧刚度，同时延性逊于常规框架体系，体系的屈服机制明显不同于

传统结构，抗震防线的分布也将发生较大变化

图33交叉网格的尺寸及竖向荷载下的轴力图

网格构件尺寸不完全是按楼层分布，而是根据构件的内力分布，

呈空间变化，在竖向荷载作用下，外网格柱的轴力分布如图所示，自

底层的最大轴力27500kN,逐渐过渡到顶部的500kN。

中信金融中心结构设计：SOM&华阳国际结构体系：交叉网格+

混凝土核心筒

图34中信金融中信（原设计）

中信金融中心原设计包含两栋塔楼，分别为一栋311.4m的办公

塔楼和一栋211.25m的多功能塔楼。

图35中信金融中信的结构体系（原设计）

两栋塔楼的结构体系采用的均是外围交叉网格+混凝土核心筒体系。

其外框支撑筒体的斜杆布置可通过拓扑优化得到，俗称米歇尔桁架，

如下图所示。

图36米歇尔悬臂

这时的立面的斜杆布置与水平荷载下的应力路径相同，理论上是

最优的一种斜杆布置方法。

深圳农村商业银行

图37深圳农村商业银行

3.3支撑筒

通常为了减小对建筑立面及使用功能的影响，如下图所示的大的

斜向支撑形成支撑筒更为常见。这个方法是在每个立面上用最小的斜

杆相交在角柱的同一点处。这种体系之所以成为筒体，是由于筒面斜

杆与垂直面的桁架相互作用形成了三维的空间作用。

ft

2

巨型斜杆

巨型柱

图38支撑筒体示意图

这种大的斜杆形成的支撑筒，在每一个交点处都立柱相连接，有

效地消除了翼缘框架与腹板框架的剪力滞后效应。支撑筒在水平荷载

作用下发生整体弯曲时，本应该由腹板框架与翼缘框架中裙梁承担的

竖向剪力主要由斜杆来承担；由于斜杆的轴向刚度大，所以支撑筒结

构基本消除了框筒结构剪力滞后效应，从而更充分地发挥了筒体的空

间作用，适用于建造更高的建筑。

案例

约翰.汉考克中心结构设计：SOM结构体系：钢结构支撑筒

图39约翰.汉考克中心

这种体系最著名的例子要数由SOM公司的BruceGraham和

FazlurKhan设计的汉考克中心了。建筑为100层，总高度343.7m,

加天线高度达457.2m。建筑的底层平面尺寸为50x80m,从中心核心

筒到夕M则的净跨约为18m,建筑平面随着高度上升不断减小，到了顶

部平面尺寸为30x49m,净跨缩小为9m。底层最大柱距达到13.2m,

远大于框筒结构要求的

4.5mo

立面支撑施工图

每一斜杆呈45。角布置，在每一面形成巨大的X型支撑。斜杆具有

多重功能，既与斜柱一样受力以抵抗部分重力荷载，又承担了大部分

水平荷载作用下剪力。斜杆与框架柱、横梁形成了具有较大刚度的支

撑筒。

图41约翰.汉考克中心

汉考克的45。斜杆与外框形成的支撑筒，极大的消除了筒体的剪力

滞后效用，其空间作用远远高与框筒。100层的汉考克中心用钢量约

而层的帝国大厦的用钢量是其约为

150kg/m2,102205kg/m2o

上海环球金融中心结构设计：LERA&ECADI&株式会社构造计

画研究所结构体系：核心筒一巨型支撑筒体一伸臂桁架

图42上海环球金融中心

上海环球金融中心，主楼地上101层，地下3层，地面以上高度

为492m,裙房为地上4层，高度约为15.8m。

88层

78I

66&

54&

42层

30层

18£

I欣

图43上海环球金融中心的结构体系示意图

上部结构同时采用以下三重抗侧力结构体系：1）由巨型柱，巨型

斜撑（主要的斜撑）和周边带状桁架构成的巨型结构框架；2）钢筋混

凝土核心筒；3）联系核心筒和巨型结构柱之间的外伸臂桁架。

三层楼高

的外伸桁，巨型柱

工巨型斜

带状桁

架

巨型柱a

图44上海环球金融中心的结构体系示意图

高银117大厦结构设计：ARUP&ECADI结构体系：混凝土核心

筒+巨型柱框架+巨型支撑

图45高银117大厦

高银117大厦，建筑高度597m，共117层，塔楼外形随高度变

化，楼层平面为正方形，楼层平面随高度逐渐变小。首层平面尺寸为

渐变至顶层的

65x65m,45x45mo

图46高银117大厦结构体系组成及平面图

结构外框采用巨型柱+巨型支撑+水平横梁组成的巨型支撑筒体。

巨型支撑筒体承担了主要的抗侧力作用。

图47高银117大厦的外框支撑筒的组成

天津周大福结构设计：SOM&ECADI结构体系：带陡斜撑和带

状桁架的钢管（型钢）混凝土框架+钢筋混凝土核心筒

图48天津周大福

天津周大福，共94层，建筑高度530m,大屋面高度443m,集

办公、公寓、酒店等多功能于T本。

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图49结构体系组成结构体系为带陡斜撑和带状桁架的钢管(型

钢)混凝土框架+钢筋混凝土核心筒结构。外框由角柱、陡斜撑(斜柱)

和普通边框柱组成。塔楼立面设置3道环带桁架，第一道设置在中部

L48M-L51层，下部框架柱为钢管混凝土柱(CFT),上部框架柱为劲

性混凝土柱(SRC)。其余两道环带桁架设置在L71-L73层和L88-L89

层设备层，在核心筒顶部设置一道帽桁架来缩小周边柱与核心筒之间

的变形差。底部加强区和中部加强区的核心筒采用设置钢板和型钢的

组合剪力墙以提高核心筒的延性。

图50施工中的天津周大福

结合建筑立面体型，沿建筑的立面脊线设置陡斜撑，不设伸臂桁

架，而结合带状桁架、帽桁架、抗弯框架组成一种特殊的支撑结构体

系——带陡斜撑（或斜柱）的框架-核心筒超高层组合结构体系。该

体系的特点是在外框中设置了陡斜撑（斜柱），陡斜撑（斜柱）介于

框架柱与常规支撑之间，角度比较陡，为70。〜80。左右，从底层角柱

开始倾斜向上，与普通边柱相交、合并、分开、或再相交，将外框角

柱、普通边柱联系起来，提高外框的抗侧刚度，使得外框承担的地震

剪力达到了底部总剪力的10%。

北京中信大厦

结构设计：ARUP&BIAD结构体系：巨型框架支撑外框筒+钢板

组合剪力墙核心筒

图51北京中信大厦

中国尊大厦是全球第一座在地震8度设防区超过500m的摩天大

楼。塔楼外形以中国传统宗教礼仪中用来盛酒的器具"樽"为意象。

图52北京中信大厦

建筑高度528m,地上112层，地下8层。平面为方形，底部尺

寸为78mx78m,中上部平面尺寸为54mx54m；同时顶部逐渐放大

为69mx69m,最终形成中部略有收分的建筑造型。

图53北京中信大厦的结构体系组成

结构体系为巨型框架支撑外框筒+钢板组合剪力墙核心筒组成的双

重抗侧力结构体系。外框筒由巨型柱、巨型斜撑、转换桁架以及次框

架组成。其侧向荷载主要外框的支撑筒与核心筒承担。

图54北京中信大厦的结构体系组成

中央电视台新台址结构设计：ARUP&ECADI结构体系：钢结构

支撑筒体

图55中央电视台新台址

CCTV主楼由塔1和塔2两座塔楼、裙房及基座组成，地下3层。

塔楼1,2均呈双向6。倾斜，分别为51层和44层，在层37以上部分用

14层高的L形悬臂结构连为T本。结构屋面高度234m,最大悬挑长

度75m。

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图56立面支撑布置

CCTV主楼采用钢支撑筒体结构体系。带斜撑的钢结构外筒体提

供结构的整体刚度，部分钢结构外筒体表面延续至筒体内部，以加强

塔楼角部及保持钢结构外筒体作用的连续性。大楼特殊的几何造型导

致外筒杆件受力不匀，故设计将斜向交叉的钢构件-斜交格构-在受力

较大或较小的区域增加或减小密度。如上图所示。

OnterieCenter结构设计：SOM结构体系：混凝土支撑筒

图57OnterieCenter

SOM公司的法兹勒・坎恩(FazlurKhan)早在1972年就设想,

用混凝土建造高层建筑是有可能与钢结构相匹敌的。他寻找一种可以

消除筒体剪力滞后的结构解决办法，最后他提出了支撑筒的概念。这

个概念在芝加哥的约翰・汉考克大厦的设计中得到了充分体现。

采用类似的原则，坎恩提出了一个采用混凝土支撑筒的想法。它

的组成是：布置间距约为3.04m柱，每一层堵住一个一些窗户，在外

立面形成斜的混凝土支撑。然后按承