張 弛

(上海建工二建集團(tuán)，上海 200080)

0 引 言

一個(gè)優(yōu)秀的超高層建筑，不僅需要滿足審美的要求，與周邊環(huán)境和諧，也需要在功能、空間、使用和體型等諸多要素上統(tǒng)一[1]。

目前，超高層建筑的結(jié)構(gòu)材料仍主要是鋼筋-混凝土，但建筑的功能從單一體趨向于綜合體。高度在250 m以上的超高層建筑主要有四種結(jié)構(gòu)體系：框架-核心筒、框筒-核心筒、巨型框架-核心筒，以及巨型框架-核心筒-巨型支撐。高度在250～400 m的超高層建筑主要有兩種結(jié)構(gòu)體系：框架-核心筒和框筒核心筒。而高度超過400 m的超高層建筑的結(jié)構(gòu)體系主要有巨型框架-核心筒和巨型框架-核心筒-巨型支撐。

我國在超高層建筑領(lǐng)域取得了舉世矚目的成就，但過快的發(fā)展與科技創(chuàng)新，也暴露了一些創(chuàng)新管理過程中的問題：首先是成本過高；其次是后期維護(hù)、消防以及電梯的使用上問題較多，安全隱患多，費(fèi)用高，風(fēng)險(xiǎn)高；再次，過于復(fù)雜的截面設(shè)計(jì)和過高的樓層給以后的拆除增加難度。因此，我國已于2020年9月頒布了限高令。中國建筑科學(xué)院報(bào)告顯示，未來五年(“十四五”期間)甚至更長時(shí)間內(nèi)，暫時(shí)沒有超過500 m的超高層建造申報(bào)。諸多原設(shè)計(jì)500 m以上的超高層建筑因被限高而降低了設(shè)計(jì)高度。未來，超高層建造領(lǐng)域?qū)⒏P(guān)注既有建筑的改造更新和功能的提升，比如減隔震技術(shù)在超高層建筑改造中的應(yīng)用，以及拆樓機(jī)在超高層建筑降高中的應(yīng)用等。

因此，400 m級(jí)的內(nèi)核心筒外框架超高層的研究，將很可能更關(guān)注于合理高寬比的確定、剪力的合理分配，以及核心筒的優(yōu)化設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化等。具體的技術(shù)研究方向有：氣動(dòng)化技術(shù)研究、風(fēng)振控制技術(shù)研究[2]、耗能減震技術(shù)研究、高性能材料的應(yīng)用研究，以及數(shù)字化建造技術(shù)的應(yīng)用研究[3]。以氣動(dòng)化技術(shù)研究和數(shù)字化建造技術(shù)研究為例：氣動(dòng)的優(yōu)化主要包括平面外形優(yōu)化(輪廓優(yōu)化、角部修正)[1]、建筑物外形優(yōu)化(錐形化立面、階梯縮進(jìn)平面、隨高度漸變)、局部形態(tài)修正(附加開洞、附加擾流翼、塔冠形狀)等；數(shù)字化建造研究包括建筑造型與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、復(fù)雜設(shè)備層的協(xié)同設(shè)計(jì)、鋼構(gòu)件的設(shè)計(jì)與深化加工等。

目前，高度級(jí)別上的超高層建筑的破壞主要還是在核心筒部分，外鋼框架結(jié)構(gòu)表現(xiàn)良好。外鋼框架是建筑工業(yè)化的典型成果，連接形式多樣穩(wěn)定，輕質(zhì)高強(qiáng)，是建筑裝配式的典范。相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)與特殊節(jié)的安裝也可以通過提前設(shè)計(jì)與制作達(dá)到很好地協(xié)同工作的效果[4]。

1 工程概況

本工程主樓高400 m，外立面為玻璃幕墻裝飾，平面的截面形式為矩形，結(jié)構(gòu)形式采用內(nèi)核心筒外鋼框架，核心筒采用框架-剪力墻鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，豎向支撐采用內(nèi)嵌勁性H型鋼骨柱的柱-墻體系，橫向鋼梁樓層板，采用樁筏基礎(chǔ)，分區(qū)施工。

2 主體結(jié)構(gòu)

該超高層建筑采用鋼管混凝土柱外框-混凝土核心筒體系。外框柱采用型鋼混凝土柱，外框柱距為2.9～3.8 m，外框柱與核心筒距離為10.0～13.5 m，外框梁采用型鋼梁，樓板采用桁架板-混凝土組合樓板。核心筒面積為866.6 m2。該超高層建筑主體結(jié)構(gòu)信息見表1。

表1 該超高層建筑主體結(jié)構(gòu)信息

地上塔樓標(biāo)準(zhǔn)層層高為4.4 m，如圖1～圖4所示，外框架采用密集柱形式，異型截面，共48根鋼柱，84根鋼梁，核心筒內(nèi)共56根鋼骨柱。

圖1 外框鋼柱分布圖

圖2 幕墻分段系統(tǒng)

圖3 辦公塔樓標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)軸測(cè)圖

圖4 核心筒鋼骨柱分布示意圖

3 基坑與圍護(hù)

如圖5～圖8所示，主樓工程樁采用φ1 200抗壓工程樁，一部分樁端進(jìn)入中風(fēng)化泥巖9 m, 一部分樁端進(jìn)入中風(fēng)化細(xì)砂巖3.5 m，總樁數(shù)為331根。裙樓工程樁采用φ700鉆孔灌注樁(其中含部分樁端后注漿)，樁長不小于25 m ，樁端持力層到5-3層細(xì)砂層，總樁數(shù)為4 770根。采用樁筏基礎(chǔ)，承臺(tái)厚度1.8～3.4 m。

圖5 分界支撐

圖6 圍護(hù)與地連墻

圖7 圍護(hù)支撐與棧橋

圖8 基坑支護(hù)

4 總結(jié)與展望

4.1 總結(jié)

采用矩形截面的400 m級(jí)的超高層建筑的結(jié)構(gòu)合理，高寬比適中，內(nèi)部空間利用率高，結(jié)構(gòu)高度適中。自下而上，質(zhì)量、剛度、強(qiáng)度分布均勻。內(nèi)核心筒外鋼框架的形式，通過核心筒內(nèi)嵌勁性鋼骨柱增加整體性與穩(wěn)定性。樁筏基礎(chǔ)設(shè)計(jì)形式靈活，可將主樓與裙樓樁基有效區(qū)分，承臺(tái)統(tǒng)一，設(shè)計(jì)合理且經(jīng)濟(jì)效果好。

4.2 展望

未來，隨著超高層建筑領(lǐng)域的新政的推行，相關(guān)超高層的研究，勢(shì)必將更注重于使用率、功能性、空間利用和體型的研究。未來超高層建筑研究的創(chuàng)新點(diǎn)可能在于：設(shè)計(jì)業(yè)主需求的合適建筑層高、環(huán)帶桁架體系的創(chuàng)新、鋼板混凝土組合剪力墻、樁與筏板基礎(chǔ)、高強(qiáng)材料、柔性懸掛幕墻，以及電渦流的TMD的應(yīng)用等領(lǐng)域。目前超高層建筑發(fā)展的特點(diǎn)是建筑功能多樣化、結(jié)構(gòu)體系更為完善、結(jié)構(gòu)材料更為豐富。

近些年，數(shù)字化進(jìn)程加深了包括PKPM-BIM自主平臺(tái)在內(nèi)的適用于超高層建造設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)受力分析的軟件和平臺(tái)的發(fā)展。智能化技術(shù)(BIM技術(shù))也已應(yīng)用到圖紙審查中，首先在湖南省試點(diǎn)。此外，碳纖維等新材料、結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)技術(shù)以及建筑節(jié)能技術(shù)等，將仍為發(fā)展的熱點(diǎn)與方向。