肖 宇 航

(廣州大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，廣東 廣州 511400)

0 引言

超高層建筑存在的意義，在于其地標性和節(jié)地性，但建成后的能耗及維護費用，則是依賴于建筑出租所獲得的租金。超高層建筑標準層的租賃面積，決定了建筑運營的走向。建筑師作為超高層建筑的主導(dǎo)者，結(jié)構(gòu)發(fā)展過快與建筑發(fā)展緩慢的差異導(dǎo)致建筑師對結(jié)構(gòu)尺寸誤讀的現(xiàn)象，這使得建筑師錯誤的估計標準層的租賃面積，設(shè)計方案和建成后的差別。這不利于后期的運營及投資人的利益。本文通過對建筑標準層面積、建筑結(jié)構(gòu)及租賃面積占比的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，研究超高層的建筑與結(jié)構(gòu)的關(guān)系及其變化規(guī)律。

1 超高層建筑的結(jié)構(gòu)特點

本文選擇的超高層研究對象為上海中心大廈(2016，結(jié)構(gòu)高度580 m，118層)、廣州電視塔(2009，結(jié)構(gòu)高度454 m，112層)、天津高銀117大廈(2016，結(jié)構(gòu)高度597 m，117層)、平安國際金融中心(2015，結(jié)構(gòu)高度592 m，118層)、上海環(huán)球金融中心(2014，結(jié)構(gòu)高度492 m，100層)、廣州西塔(2009年，結(jié)構(gòu)高度440 m，103層)、金茂大廈(1999，結(jié)構(gòu)高度420 m，93層)，建成時間橫跨1999年—2016年，建筑結(jié)構(gòu)高度為420 m～597 m。這些案例在國內(nèi)一線城市，且均為地標建筑，具有代表意義。

超高層的結(jié)構(gòu)體系主要分為四種類型：框筒結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)、巨型框架核心筒結(jié)構(gòu)以及巨型支撐框筒結(jié)構(gòu)?？蛲步Y(jié)構(gòu)理論上可達220 m的結(jié)構(gòu)高度；筒中筒結(jié)構(gòu)理論上可達300 m的結(jié)構(gòu)高度；巨型框架核心筒結(jié)構(gòu)以及巨型支撐框筒結(jié)構(gòu)理論上可達400 m以上高度，且結(jié)構(gòu)上更為靈活。

本文所統(tǒng)計的七個案例的結(jié)構(gòu)體系分別為：1)上海中心大廈為巨型框架核心筒結(jié)構(gòu)，結(jié)合伸臂桁架抵抗側(cè)面剪力的體系；2)廣州電視塔為鋼筒—鋼筋混凝土核心筒的筒中筒結(jié)構(gòu)，水平方向連接組合樓板結(jié)構(gòu)的體系；3)天津高銀117大廈為巨型柱—巨型支撐的組合外框與鋼筋混凝土核心筒的結(jié)構(gòu)體系；4)平安金融中心大廈為鋼斜撐、帶狀鋼桁架和鋼包混凝土柱外框，鋼筋混凝土核心筒的結(jié)構(gòu)體系；5)上海環(huán)球金融中心為巨型鋼斜撐、巨型鋼柱和鋼桁架，鋼筋混凝土核心筒的結(jié)構(gòu)體系；6)廣州西塔為斜狀鋼包混凝土巨柱和斜交鋼框架，鋼筋混凝土核心筒的結(jié)構(gòu)體系；7)金茂大廈為復(fù)合型巨型鋼柱和鋼伸臂桁架，鋼筋混凝土核心筒的結(jié)構(gòu)體系。

2 超高層標準層數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析

本文所有數(shù)據(jù)根據(jù)高度變化分為7段數(shù)據(jù)，每段數(shù)值按照數(shù)據(jù)的平均值進行統(tǒng)計，數(shù)據(jù)來源于各個超高層建筑的CAD平面圖測量得到。

2.1 標準層面積統(tǒng)計分析

分析的七個案例中,超高層標準層面積隨建筑立面形態(tài)的縮小方式而變化，標準層底層面積較大，面積根據(jù)超高層使用性質(zhì)不同在1 900 m2～4 000 m2不等，中間段標準層面積隨高度變化趨于穩(wěn)定，到頂部標準層面積隨抵抗風(fēng)阻和外形原因而急劇縮小，面積基本維持在1 500 m2以上，廣州電視塔例外，見表1。

2.2 核心筒面積統(tǒng)計分析

超高層的核心筒面積只發(fā)生剪力墻厚度變化，其涵蓋電梯、管井、服務(wù)用房等面積從底層到高層基本不變，因此核心筒面積基本不變，400 m以上高層建筑核心筒大小在750 m2～900 m2范圍，見表2。

表1 超高層相對層數(shù)標準層面積 m2

表2 超高層核心筒面積 m2

2.3 柱子截面面積及占比分析

根據(jù)超高層結(jié)構(gòu)的不同，巨柱體系的結(jié)構(gòu)平面柱子面積占比從底層到頂層基本不變，在4%～5%范圍，如廣州電視塔的結(jié)構(gòu)體系；其他結(jié)構(gòu)體系的平面柱子面積占比則從底層的2.5%～5.6%范圍到頂層的0.9%～2.2%呈縮小趨勢。柱子截面總面積則從底部的75 m2～180 m2到頂部的20 m2～50 m2，總體截面面積均隨高度變化呈下降趨勢，見表3。

表3 柱子截面面積及其占比

2.4 租賃面積占比分析

超高層建筑的底部租賃面積占比，除了廣州塔的結(jié)構(gòu)特殊之外，基本是在63%～72%的范圍內(nèi)，頂部租賃面積占比，除了廣州塔及上海中心大廈形體特殊之外，基本是在47%～60%的范圍內(nèi)。

上海中心大廈的租賃面積占比變化急劇，是由于其形態(tài)向上的收縮扭曲形變巨大，導(dǎo)致中上部的租賃面積占比從底部的70%縮小到頂部的37%；廣州電視塔的租賃面積維持在58%～84%之間，是由于其受力大都依賴于外部的巨型柱子，內(nèi)部建筑使用空間受到結(jié)構(gòu)的影響較小；天津高銀117大廈和金茂大廈屬于標準的方形平面，且形態(tài)無明顯變化，租賃面積基本從底部到頂部隨高度均勻變化，范圍在56%～66%之間；平安國際金融中心屬于方形平面向上曲線收縮，頂部租賃面積占比變化較大，從底部的72%到頂部的47%，中間段變化趨于穩(wěn)定，在60%左右的范圍內(nèi)；上海環(huán)球金融中心底部為方形平面，到頂部收縮為六邊形平面，其租賃面積占比從70%～58%；廣州西塔屬于弧邊三角形平面，向上呈曲線收縮，租賃面積占比從70%～53%，見圖1，表4。

表4 租賃面積占比 %

3 結(jié)語

400 m以上超高層核心筒面積基本維持在900 m2。巨柱型結(jié)構(gòu)柱子占比全高度維持在4.5%～5%，非巨柱型結(jié)構(gòu)從底部5%到頂部1.5%左右?；⌒蜗蛏鲜湛s形體租賃面積占比變化大，到頂部收縮為40%～45%左右。直線向上收縮形體租賃面積占比基本不變，基本保持在60%左右。結(jié)構(gòu)外置對租賃面積占比有利。

[1] 丁潔民,巢 斯,趙 昕,等.上海中心大廈結(jié)構(gòu)分析中若干關(guān)鍵問題[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報,2010(6):122-131.

[2] 何少寧.廣州新電視塔豎向地震作用分析[D].西安:西安建筑科技大學(xué),2006.

[3] 汪大綏,周建龍,袁興方.上海環(huán)球金融中心結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].建筑結(jié)構(gòu),2007(5):8-12.