超高层项目结构体系选型浅析

超高层项目结构体系选型浅析

1 超高层住宅结构材料体系

目前超高层住宅主要使用的结构材料有钢筋混凝土和型钢，因此超高层结构按材料类型可以分为钢结构、钢筋混凝土结构和混合结构。

1)．钢结构

钢材强度高、质量轻（支撑同样重量下），特别适合作为超高层建筑的结构材料，世界最早一批超高层建筑大都为钢结构建筑。

钢结构主要包括钢框架和钢斜撑结构，由于钢结构轻柔，风荷载下水平位移大，舒适性较差，加上防锈、防火的因素，目前在我国很少用于超高层住宅。

但钢结构高强轻质，节约结构构件截面，在风荷载小、烈度高和软弱地基地区的超高层住宅采用钢结构还是有明显优势；加上钢板剪力墙、编织网筒等新的结构形式的应用和发展，侧向刚度问题得以解决；同时,钢结构具有工厂预制、现场安装的特点, 可实现建筑住宅产业化，大大减少项目建设周期，实现绿色环保，相信未来钢结构也可以在超高层住宅一个发展方向。

2)．钢筋混凝土结构

钢筋混凝土结构整体性好，刚度大，位移小，舒适性佳，在抗风设计方面有优势；钢筋混凝土结构耐腐蚀、耐火、维护方便，建造造价和维护成本均低于钢结构，因此，钢筋混凝土结构是目前超高层住宅（200m以内）的主流形式。

对于超高层住宅，宜采用高强混凝土，目前普遍用到C60。随着性能的不断改进，国内、外已有超高层公建项目开始使用C100强度等级的混凝土，预计未来会推广到超高层住宅。

3)．混合结构

随着建筑高度的攀升，钢筋混凝土结构墙、柱尺寸需要不断加大，一方面加大了基础的负担，另一方面，占用了建筑空间，影响使用和美观。因此，在混凝土构件里加入型钢，形成钢—混凝土组合构件；或部分构件直接采用钢构件，组合成钢—混凝土混合结构。混合结构兼有钢结构和混凝土结构的优点，已成为我国超高层公建的主流形式。对于超高层住宅，由于目前我国住宅高度不高（大多少于150m），结构形式单一（大多为剪力墙结构），混合结构应用不多。但随着我超住宅高度和结构形式的发展，混合结构是大势所趋，如北京财富中心二期公寓楼(198m)即采用了钢框架-钢筋混凝土核心筒的混合结构。

2 超高层住宅结构受力体系

高层建筑的受力特点是水平荷载的作用、特别是风荷载占主导地位。在低层结构中，水平荷载产生的内力很少，结构以抵抗垂直荷载产生的轴力为主；弯矩和剪力的影响较小、侧向位移很小，通常可以忽略。随着建筑高度的增加，水平荷载（风或地震力）产生的内力和位移迅速增加。

由于上述特点，选择经济而有效的结构体系是超高层住宅设计的

重要内容。对于超高层住宅，传统的框架结构体系已不能满足其对抗侧刚度的要求，必须布置足够的剪力墙，对于钢筋混凝土结构和混合结构，主要可选用以下几种结构类型：

1)．剪力墙结构体系

剪力墙结构是用实心的钢筋混凝土墙片作为结构单元，墙片既要承受楼板传来的全部竖向荷载，还承受风力或地震作用产生的水平力。剪力墙强度和刚度都比较大，在风荷载作用下的侧移量少，故能适用于超高层建筑。剪力墙传力直接均匀，整体性好，设计合理时结构具有较好的塑性变形能力，因此剪力墙结构抗震能力也较强，是一个多功能高强结构体系。

由于剪力墙可结合建筑的内、外墙来布置，对建筑的使用空间影响小，故特别适合于超高层住宅。世界上多数超高层住宅采用的是纯剪力墙结构体系，如我国内地曾经最高水景豪宅——世茂滨江花园（192m）就是采用剪力墙结构。

上海世茂滨江花园2号楼

2)．框架-剪力墙结构（简称框剪结构）体系

剪力墙结构将房屋分割成各个单独的空间，但剪力墙间距不能太大，故建筑开间受到一定的限制，有时剪力墙结构体系也不能满足建筑对大空间的需求。为了满足建筑需求，可在大空间部分布置框架柱，来支撑竖向荷载，从而形成框架－剪力墙体系。

这种体系由框架和剪力墙共同承受荷载，剪力墙可以单片分散布置，也可以集中布置，建筑平面布置比较灵活，所以，框架－剪力墙体系适合有大开空的超高层住宅，如广州江景豪宅——金海湾花园。

金海湾花园

3).框架一核心筒结构体系

利用建筑平面上的电梯间、楼梯间或管道井，将框架－剪力墙结构的剪力墙全部集中布置，围成空间封闭式的薄壁核心筒，便成框架一核心筒结构体系。在结构受力性质与变形方面，框架-核心筒结构与框架-剪力墙结构基本上是一致的，可视为一种特殊的框架－剪力墙结构体系。该结构体系特点是剪力墙集中而获得较大的自由分割空

间，多用于超高层写字楼建筑，但对于商住合一或者高度很高的超高层住宅，也经常采用。如北京财富中心二期公寓楼(198m)采用了框架一核心筒结构体系。

北京财富中心二期公寓楼

4)．板柱-剪力墙结构（或板柱-核心筒结构）体系

板柱体系即无梁楼盖，可提高建筑使用净高，且板底平整，内部空间分隔不受梁的影响，从而提高建筑使用品质。对于超高层住宅，板柱体系要与剪力墙配合使用，依靠剪力墙来抵抗绝大部水平力，形成板柱-剪力墙结构体系。

由于国内关于板柱-剪力墙体系研究成果和工程经验尚不足，规范推荐高度非抗震不高于110m，7度区不高于70m。但从结构受力角度来说，板柱只是框架的弱化，其抗侧力体系核心——剪力墙仍在，而且，在国外已有不少板柱-剪力墙结构住宅的案例。因此，板柱-剪力墙结构体系可应用到超高层住宅，但还有很多理论分析和试验研究要做。

板柱-剪力墙结构体系既继承框架-剪力墙结构体系便于建筑获得平面大空间和景观视野的优点，自身又能获得高而干净的建筑净空，故特别适合用于追求空间和景观品质的豪宅项目。例如，深圳海景豪宅——红树西岸就采用了改良的板柱-剪力墙结构体系。

3 影响超高层住宅结构选型的要素

建筑功能要求：优秀的建筑设计方案，依赖于合理的结构设计；而建筑设计造型和使用空间的要求，又制约着结构构件的布置。现在许多建筑设计师，越来越重视建筑个性化的体现，使超高层建筑的平面、立面均极其特殊，这样的设计会给结构带来很大的难度和挑战。

建筑高度及高宽比：不同的结构体系承载力和刚度是不同的，因此他们使用的高度范围也不一样。以上几种超高层住宅结构体系中，板柱-剪力墙结构承载力和刚度最弱，适应的高度最低；框架-剪力墙、框架一核心筒结构刚度次之，但已能适合各种不同高度的住宅。剪力墙结构最刚，但结构质量重、刚度大、吸引的地震力也大。

风载：对于一般高层建筑，风荷载起主导作用，拟建项目所在地的风荷载大小往往决定了结构需要的抗侧刚度，从而决定结构体系的选择。另一方面，风荷载大小也与建筑外形有关，好的建筑外形能减少风荷载效益，从而影响结构体系的选择。

地震力：对于地震地区，特别在高烈度区的内陆，地震作用可能会超过风荷载效应。地震力影响结构体系选择的另一个原因是地震力的不可预测性。目前人类几乎无法预测何时何地会发生地震。地震的