高层建筑结构体系分析（超高层建筑结构设计复盘）
高层建筑结构体系分析（超高层建筑结构设计复盘）500m以上250m以上新建超高层建筑高度要求城区常住人口150m以上
作者简介
土木吧
文章来源：DCStructure，唐波，同济大学结构工程硕士研究生，高级工程师，一级注册结构工程师，注册岩土工程师，现任世茂集团产品研发中心结构负责人。
2021年10月，住房和城乡建设部、应急管理部分布关于《关于加强超高层建筑规划建设管理的通知》，各地要严格控制新建超高层建筑，一般不得新建超高层住宅。
新建超高层建筑高度要求
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城区常住人口 |
150m以上 |
250m以上 |
500m以上 |
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300万以下 |
严格限制 |
不得新建 |
不得新建 |
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300万以上 |
- |
严格限制 |
不得新建 |
各地相关部门审批80米以上住宅建筑、100米以上公共建筑建设项目时，应征求同级消防救援机构意见，以确保与当地消防救援能力相匹配。
新建超高层建筑审批层级
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城区 常住人口 |
新建 |
省级住房和城乡 建设主管部门 |
住房和城乡 建设部 |
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300万以下 |
150米以上 |
审查 |
备案 |
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300万以上 |
250米以上 |
严格论证审查 |
备案复核 |
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设计复盘。
超高层建筑结构的受力特点决定了结构抗侧力体系选择，而抗侧力体系的合理性是结构经济性的关键因素。超高层建筑主要采用抗侧力更为高效的筒体结构及其衍生的结构形式，主要有框架核心筒结构、筒体结构、束筒结构、筒中筒结构、巨型结构、连体结构和其他一些新型结构。每一种结构形式均有其合适的适用高度，200~300m超高层建筑常见的结构形式为框架核心筒，包含稀柱框架-核心筒、巨型框架-核心筒。
200~300m超高层建筑，大部分采用稀柱框架-核心筒结构，较少采用巨型框架-核心筒结构。
楼盖是承受竖向荷载和作为横隔板保证抗侧力构件变形协调、分配与平衡水平力，并作为竖向构件和支撑的弹性约束的主要横向构件，超高层建筑中必须保证楼盖具备足够的刚度和整体性。楼盖的主要形式有混凝土楼盖和钢-混凝土组合楼盖两大类，钢-混凝土组合楼盖体系主要由混凝土与压型钢板或钢筋桁架楼承板两部分组成，称为组合楼板。
楼盖体系选型需综合考虑功能、平面、使用净高、造价、施工、气候地理等因素，合理的楼盖选型是建筑、结构、机电专业有机结合的结果，200~300m超高层采用钢筋混凝土楼板体系较多。
1.3加强层超高层的环带桁架如同框架梁一样，约束外框架的弯曲变形，形成具有较大抗侧刚度的巨型框架。此外，环带桁架和上下弦的楼板与核心筒组成“虚拟伸臂”，协调框架和核心筒变形，提高整体结构的抗侧刚度，从竖向传力角度，环带桁架起到转换桁架的作用。
为更有效发挥超高层框架的抗侧作用，超高层框架核心筒结构一般利用设备层和避难层空间设置伸臂桁架，加强核心筒与周边框架的联系，形成刚臂，调动框架柱的轴力形成抵抗倾覆力矩的力偶。
组合楼盖体系项目中，总体刚度偏弱，采用加强层的项目占比较高；钢筋混凝土楼板体系项目中，总体刚度较好，采用加强层的项目占比较少；
建议300m以内超高层，采用稀柱框架-核心筒结构体系，楼盖采用钢筋混凝土楼板体系，一般情况下可不设置加强层。
二、外框柱
2.1外框柱布置外框柱承受梁和板传来的荷载，并将荷载传给基础，是主要的竖向支撑结构。外框柱的布置应满足建筑使用要求的同时，考虑结构的合理性与经济性。
200~300m超高层建筑：
采用稀柱框架-核心筒结构体系时，以12~18柱为主；
采用巨型框架-核心筒结构体系时，以8柱为主；
采用密柱框架-核心筒结构体系时，外框柱数量较多。
典型项目案例外框柱布置如下：
外框柱按材料类型可以分为：钢筋混凝土柱、型钢混凝土柱、钢管混凝土柱等，型钢混凝土柱能有效减小框架柱截面尺寸，钢管混凝土柱具有良好的承载能力及延性，在超高层外框柱中均有较好的应用。
200~300m超高层建筑外框柱常规采用型钢混凝土柱，尤其250m以上防火要求提高后，钢管防火措施成本较高。
2.3外框柱截面1）外框柱总截面面积
底部楼层，外框柱总截面面积如下所示：
采用钢管混凝土柱时，总柱截面约为35~40m2；
采用型钢混凝土柱时，总柱截面约为43~48m2；
型钢混凝土柱较钢管混凝土柱总柱截面大约20%；
2）外框柱总截面面积占比
底部楼层，外框柱总截面面积占比如下所示：
采用钢管混凝土柱时，总柱截面占楼层面积约为1.5%~2.0%；
采用型钢混凝土柱时，总柱截面占楼层面积约为2.0%~2.5%；
采用组合楼盖体系时，总柱截面占楼层面积约为1.5%~2.0%；
采用钢筋混凝土梁板体系时，总柱截面占楼层面积约为2.0%~2.5%；
3）单柱截面面积
底部楼层，单柱截面面积如下所示：
采用钢管混凝土柱时，单柱截面约为2.0~2.5m2，相当于方柱1400~1600mm，圆柱直径1600~1800mm；
采用型钢混凝土柱时，单柱截面约为2.5~3.0m2，相当于方柱1600~1800mm，圆柱直径1800~2000mm；
高度越高、柱数量越少，单柱截面越大，单柱截面与柱数量密切相关。
三、平均重量单位面积平均重量如下所示：
钢梁 组合楼盖体系，单位面积平均重量约为16~17kN/ m2；
钢筋混凝土梁板体系，单位面积平均重量约为18~19kN/ m2；
钢筋混凝土梁板体系比钢梁 组合楼盖体系，单位面积平均重量重约13%。
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）常规采用稀柱框架-核心筒结构体系；
2）楼盖体系一般采用钢筋混凝土楼板体系；
3）一般情况下可不设置加强层；
4）外框柱以12~18柱为主；
5）外框柱一般采用型钢混凝土柱，总柱截面约为43~48m2，单柱截面约为2.5~3.0m2；
6）采用钢筋混凝土梁板体系，单位面积平均重量约为18~19kN/ m2。
