發(fā)布時(shí)間：2021-12-16所屬分類：建筑師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： [摘要] 隨著改革開放 40 年國內(nèi)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展以及城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速，我國高層建筑和超高層建筑呈現(xiàn)出雨后春筍般的發(fā)展，我國已成為全球超高層建筑發(fā)展的中心，在該領(lǐng)域總體上已達(dá)到國際先進(jìn)水平。首先以時(shí)間為維度，概括回顧了我國高層建筑從 20 世紀(jì)二三十年代起源，七
[摘要] 隨著改革開放 40 年國內(nèi)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展以及城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速，我國高層建筑和超高層建筑呈現(xiàn)出雨后春筍般的發(fā)展，我國已成為全球超高層建筑發(fā)展的中心，在該領(lǐng)域總體上已達(dá)到國際先進(jìn)水平。首先以時(shí)間為維度，概括回顧了我國高層建筑從 20 世紀(jì)二三十年代起源，七八十年代局部發(fā)展，到改革開放之后飛躍發(fā)展的歷程。其次重點(diǎn)介紹 21 世紀(jì)以來近 20 年我國超高層建筑結(jié)構(gòu)的新發(fā)展: 不斷攀升的建筑高度和綜合建筑功能衍生出的結(jié)構(gòu)效率、延性和可建性更佳的結(jié)構(gòu)體系，所采用的抗風(fēng)設(shè)計(jì)手段和各種減振措施，基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法和消能減震技術(shù)的廣泛應(yīng)用。精確的計(jì)算分析手段和方法驗(yàn)證了超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可行性，部分影響結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性的整體結(jié)構(gòu)控制指標(biāo)需要進(jìn)一步探討。大量的試驗(yàn)研究和專項(xiàng)技術(shù)研究為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新提供了依據(jù)，同時(shí)也提升了其關(guān)鍵技術(shù)。最后，基于目前超高層建筑發(fā)展現(xiàn)狀、存在的問題和面臨的挑戰(zhàn)，對今后超高層建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展，包括若干重點(diǎn)技術(shù)的研發(fā)和突破等方面進(jìn)行展望，也期待我國早日從超高層建筑的大國成為超高層建筑的強(qiáng)國。
[關(guān)鍵詞] 超高層建筑結(jié)構(gòu); 結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系; 結(jié)構(gòu)抗風(fēng); 性能化抗震設(shè)計(jì); 消能減震; 結(jié)構(gòu)分析與試驗(yàn)
0 概述
1949 年 10 月 1 日中華人民共和國的成立，是 20 世紀(jì)世界上最為重大的歷史事件之一。偉大的中華民族從此粉碎三座大山的桎梏，走上民族振興之路。70 年滄桑巨變，中國發(fā)生了翻天覆地的變化，尤其是改革開放 40 年，中國插上了騰飛的翅膀，一舉發(fā)展壯大成為世界第二大經(jīng)濟(jì)體。這個(gè)過程中，建設(shè)行業(yè)做出了巨大的貢獻(xiàn)，同時(shí)建設(shè)行業(yè)自身也上升到了一個(gè)新的水平，總體實(shí)力和科技水平進(jìn)入了世界前列。城鄉(xiāng)面貌和人民生活發(fā)生了巨大的變化，而其中令人印象深刻的成就之一，是全國各地聳立的大量高層和超高層建筑。
中國是世界第一人口大國，雖然疆域遼闊，但可供建設(shè)的土地面積有限。在城市化進(jìn)程中，上億農(nóng)村人口涌入城市，更加重了建設(shè)用地的緊缺性。因此，在我國適度發(fā)展高層與超高層建筑，是一種不可替代的選擇。而改革開放帶來的經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，以及由此而形成的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和技術(shù)積累，是高層建筑發(fā)展的基礎(chǔ)。正是在這種條件下，出現(xiàn)了中國高層建筑飛躍發(fā)展，這也引起了全世界同行的矚目。世界高層建筑與城市人居協(xié)會(huì)( CTBUH) 的統(tǒng)計(jì)資料中有詳實(shí)的數(shù)據(jù)表明中國在這個(gè)領(lǐng)域中的地位。 2018 年全世界范圍竣工的高度 200m 以上的 143 座高層建筑中，中國有 88 座，占 61. 5%，連續(xù) 23 年位居世界之 首。根據(jù)已經(jīng)建成和在建項(xiàng)目推測的 2020 年全球最高的 20 棟超高層建筑中，中國共有 11 棟，中國已經(jīng)當(dāng)之無愧地成為世界高層建筑第一大國( 圖 1) 。圖 1 2020 年全球最高 20 棟超高層建筑( CTBUH 提供)
1 高層建筑發(fā)展進(jìn)程的回顧
中國高層建筑的發(fā)展，始于 20 世紀(jì)二三十年代。中國發(fā)展商利用了兩次世界大戰(zhàn)之間的有利時(shí)機(jī)，在上海、廣州等沿海城市建設(shè)了一定數(shù)量的高層建筑，形成了上海外灘等高層建筑群，其中最具代表性的當(dāng)屬上海國際飯店。這座 24 層、高 83. 8m 的鋼結(jié)構(gòu)高層建筑在技術(shù)上屬國際第二代高層建筑，雄踞中國第一高樓位置近 50 年。與上海國際飯店同期建造的還有上海大廈、廣州愛群大廈等一批知名高層建筑。然而這一趨勢由于抗日戰(zhàn)爭的爆發(fā)而中止。
新中國成立以后，迅速轉(zhuǎn)入大規(guī)模工業(yè)建設(shè)，這一時(shí)期基本沒有高層民用建筑。直至 20 世紀(jì) 60 年代末、70 年代初，由于外事工作的需要，在北京、廣州等城市建設(shè)了少量高層民用建筑，代表性的建筑有 27 層的廣州賓館、17 層的北京飯店新樓以及高度突破百米的廣州白云賓館。這些高層建筑均為鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。值得一提的是 80 年代中后期，在北京、上海等地建設(shè)了一批高度在 20 層以下、鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的高層住宅，采取了預(yù)制與現(xiàn)澆相結(jié)合的結(jié)構(gòu)方案。北京稱為“內(nèi)澆外掛”，上海稱為“一模三板”，屬高層裝配式住宅的早期嘗試，代表性工程有北京前三門大街住宅及上海漕溪北路住宅。
1978 年黨的十一屆三中全會(huì)確定的改革開放方針，極大地推動(dòng)了經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，也帶來了高層建筑的春天。80 年代初在深圳等經(jīng)濟(jì)特區(qū)及沿海主要城市建成了一批標(biāo)準(zhǔn)較高的高層建筑，其中代表性的有深圳國貿(mào)大廈、廣州白天鵝賓館、上海華亭賓館、聯(lián)誼大廈等，這些項(xiàng)目的設(shè)計(jì)基本由國內(nèi)設(shè)計(jì)師主導(dǎo)。
在此期間我國頒布了《鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)定》( JZ 102-79) ，適時(shí)地為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了技術(shù)支撐和引導(dǎo)。也是在此期間建工部組織了國內(nèi)部分主要設(shè)計(jì)院協(xié)作編制結(jié)構(gòu)分析用的系列軟件，形成 SPS 軟件庫，其中包括排架、框架、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)等的專用軟件，對結(jié)構(gòu)分析電算化的逐步普及起到了積極的作用。為了滿足廣大結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員學(xué)習(xí)與交流的需要，始自 1975 年的高層建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)交流會(huì)在全國各地輪流舉行，延續(xù)至今且影響逐步擴(kuò)大，對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展起到了積極推動(dòng)的作用。
隨著改革開放的深入，設(shè)計(jì)市場也開始對外開放，一批國外設(shè)計(jì)事務(wù)所進(jìn)入中國，他們帶來了新的設(shè)計(jì)理念和技術(shù)。本土設(shè)計(jì)師在與境外同行合作設(shè)計(jì)過程中開闊了視野，也得到了提高。這個(gè)時(shí)期建筑高度進(jìn)一步提升，結(jié)構(gòu)形式更為多樣，出現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)和鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)的高層建筑，代表性建筑有上海新錦江大酒店、希爾頓大酒店、北京京廣中心，京城大廈、深圳發(fā)展中心、南京金陵飯店等一批有影響的高層建筑。
1990 年國家宣布上海浦東開發(fā)，使浦東陸家嘴成為高層建筑建設(shè)的熱土。東方明珠廣播電視塔的建設(shè)是浦東新區(qū)第一個(gè)標(biāo)志性項(xiàng)目。這個(gè)完全由中國工程技術(shù)人員設(shè)計(jì)建造的工程采用“大珠小珠落玉盤”的建筑形態(tài)和空間巨型框架結(jié)構(gòu)體系，以及先進(jìn)的施工方法，成為世界塔桅建筑中的一顆明珠。隨后大量金融辦公建筑同時(shí)開始建設(shè)，這些項(xiàng)目體量大、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高、空間變化復(fù)雜、結(jié)構(gòu)體系多樣，吸引了大量國際知名設(shè)計(jì)事務(wù)所參與其設(shè)計(jì)。在短短的 10 年左右時(shí)間，建筑高度跨越了 400，500m 兩個(gè)臺階。我國工程技術(shù)人員在參與建設(shè)的過程中其設(shè)計(jì)水平得到了很大提高。浦東陸家嘴 CBD 代表性建筑有金茂大廈、交銀金融大廈、環(huán)球金融中心、森茂大廈、信息樞紐大廈等( 圖 2) ; 結(jié)構(gòu)體系中包含了加強(qiáng)層、巨型空間支撐框架、弱聯(lián)系雙塔樓、懸掛結(jié)構(gòu)及部分預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)當(dāng)時(shí)國際水平的先進(jìn)結(jié)構(gòu)體系和技術(shù)得到比較廣泛的應(yīng)用。
進(jìn)入 21 世紀(jì)以來，改革開放的進(jìn)一步深入和國力的增強(qiáng)使我國高層建筑的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段。地域分布進(jìn)一步拓展，除一線城市及環(huán)渤海、長三角、珠三角地區(qū)之外，在很多二、三線城市也開始大量建造高層與超高層建筑，數(shù)量比較集中的有武圖 2 浦東陸家嘴 CBD 超高層建筑群漢、合肥、重慶、成都、西安、沈陽等城市。建筑高度進(jìn)一步增加，建成了一批 600m 級的超高層建筑。結(jié)構(gòu)體系多樣化，當(dāng)今世界上所有的超高層建筑結(jié)構(gòu)形式，在我國均有建造。混合結(jié)構(gòu)因其比較符合我國國情，繼續(xù)成為應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式。鋼結(jié)構(gòu)也得到大力推廣，尤其是在高層住宅建筑方面勢頭良好，出現(xiàn)了一些有中國特色的鋼結(jié)構(gòu)體系。性能化設(shè)計(jì)逐步應(yīng)用于設(shè)計(jì)，消能減震技術(shù)和振動(dòng)控制技術(shù)也在很多重要工程中得到應(yīng)用。近 20 年的發(fā)展反映了我國在高層結(jié)構(gòu)領(lǐng)域總體上已達(dá)到國際先進(jìn)水平。近幾年我國連續(xù)有一些項(xiàng)目( CCTV 新臺址、深圳平安金融大廈、上 海 中 心 大 廈 等) 被 CTBUH 評為世界最佳高層建筑雄辯地說明了這一點(diǎn)。
我國已經(jīng)形成了比較完善的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)體系，對保證工程質(zhì)量起了巨大的作用。
2 超高層建筑結(jié)構(gòu)的新進(jìn)展
近 20 年來中國超高層建筑和結(jié)構(gòu)的發(fā)展主要呈現(xiàn)出以下趨勢[1-2]:
( 1) 建筑高度不斷被突破，在上海、深圳、天津、武漢立項(xiàng)了 4 棟 600m 級的超高層建筑，目前均已建成或基本建成( 其中個(gè)別項(xiàng)目因非結(jié)構(gòu)原因建筑高度有調(diào)整) 。擬建的蘇州中南中心建筑高度達(dá)到 729m。
( 2) 建筑的功能呈現(xiàn)出多樣化和綜合化發(fā)展，通常以辦公、住宅、公寓及酒店為主要使用功能。
( 3) 結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系以框架-核心筒為主并呈現(xiàn)出多樣性，如連體結(jié)構(gòu)、斜交網(wǎng)格筒、桁架筒以及鋼板剪力墻等更高效的結(jié)構(gòu)體系逐漸增多。
( 4) 基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法逐步普及，消能減震( 振) 技術(shù)在超高層建筑結(jié)構(gòu)抗震或抗風(fēng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用日益廣泛，結(jié)構(gòu)材料更加注重高強(qiáng)和延性。
( 5) 由本土結(jié)構(gòu)工程師自主設(shè)計(jì)的超高層建筑的數(shù)量和高度在不斷增加，原創(chuàng)最高建筑高度已突破 500m; 本土工程師和國外事務(wù)所發(fā)揮各自優(yōu)勢，共同推動(dòng)我國超高層建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展。
( 6) 開發(fā)商對超高層建筑結(jié)構(gòu)的安全、結(jié)構(gòu)造價(jià)和可持續(xù)性發(fā)展日益關(guān)注，并引入了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第三方同業(yè)審核制度。
2. 1 超高層建筑結(jié)構(gòu)體系
超高層建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系是決定超高層建筑結(jié)構(gòu)是否合理和經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵。此外，隨著建筑高度的不斷增加，建筑功能越來越復(fù)雜，對結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系的效率要求也越來越高，對結(jié)構(gòu)體系的創(chuàng)新也越來越迫切。超高層建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系的發(fā)展除了從傳統(tǒng)的框架、剪力墻、框架-剪力墻、框架-核心筒、框筒結(jié)構(gòu)逐步向框架-核心筒-伸臂、巨型框架、桁架支撐筒、筒中筒、束筒等結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)變外，還衍生出交叉網(wǎng)格筒、米歇爾( Michell) 桁架筒以及鋼板剪力墻等新型結(jié)構(gòu)體系，并進(jìn)化出了多種體系雜交混合使用[3]。結(jié)構(gòu)材料也從純混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)向鋼混凝土混合結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。
結(jié)構(gòu)體系呈現(xiàn)主要抗側(cè)力構(gòu)件周邊化、支撐化、巨型化和立體化的特點(diǎn)。建筑業(yè)態(tài)綜合化、高度不斷突破、消防疏散等因素也促使其由單幢超高層建筑朝若干超高層建筑塔樓組成的“空中城市”以及連體結(jié)構(gòu)發(fā)展。
2. 1. 1 混合結(jié)構(gòu)和組合構(gòu)件迅速發(fā)展成為主流
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自重較大導(dǎo)致可使用樓面效率低，純鋼結(jié)構(gòu)剛度偏弱導(dǎo)致用鋼量高、結(jié)構(gòu)造價(jià)昂貴。兩種結(jié)構(gòu)體系各自存在的不足限制了其在超高層建筑中的應(yīng)用。除了超高層住宅或公寓外，當(dāng)建筑高度超過 250m 時(shí)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)的超高層建筑相對較少。20 世紀(jì) 90 年代初設(shè)計(jì)的廣州中信大廈為國內(nèi)大陸建成最高的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)[4]，建筑高度 391m( 含屋頂 60m 高避雷塔) ，采用鋼筋混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系，底層剪力墻厚度 1 600mm，結(jié)構(gòu)自重達(dá) 3. 01×106 kN。目前國內(nèi)已建成最高 的 純 鋼 結(jié) 構(gòu) 為 深 圳 漢 京 中 心，建 筑 高 度 350m，采用核心筒完全偏置的鋼框架支撐結(jié)構(gòu)，其用鋼量達(dá)到 300kg /m2 。可有效發(fā)揮鋼與混凝土自身優(yōu)點(diǎn)、適合我國國情的鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)逐漸增多。據(jù)中國建筑科學(xué)研究院( CABR) 統(tǒng)計(jì)[1]，已建成的 150m 以上的高層建筑中，混合、組合結(jié)構(gòu)約占 22. 3%; 200m 以上的高層建筑，混合、組合結(jié)構(gòu)約占 43. 8%; 300m 以上的高層建筑，混合、組合結(jié)構(gòu)約占 66. 7%。近年來混合結(jié)構(gòu)發(fā)展更為迅速，2014 年同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院( 集團(tuán)) 有限公司對 258 幢建筑高度 250m 以上超高層建筑的結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)[5]，其中鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)占 98. 4%。國內(nèi)500m 以上高度的在建或已建的超高層建筑結(jié)構(gòu)全部采用鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)體系( 表 1) 。
盡管如此，目前建成的鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)尚未經(jīng)受實(shí)際地震的考驗(yàn)，結(jié)構(gòu)阻尼比取值、整體結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)工作性能以及高性能結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用等仍需進(jìn)行更深入和系統(tǒng)的研究[1]。
2. 1. 2 結(jié)構(gòu)體系多樣化及結(jié)構(gòu)效率提升
常用的超高層建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系如圖 3 所示。每種結(jié)構(gòu)體系都有其受力特點(diǎn)、合理的適用高度以及適用的建筑功能。工程實(shí)踐表明，框架-核心筒( 伸臂加強(qiáng)層) 一般適用于建筑高度 150 ～ 300m 的超高層建筑，巨型結(jié)構(gòu)以及斜交網(wǎng)格筒等適用于 300m 及以上高度的超高層建筑。除了單位面積材料用量這一直接指標(biāo)外，頂點(diǎn)位移、彎曲變形占結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移的比例以及可使用樓面面積的效率等也是評價(jià)抗側(cè)力體系效率高低的重要指標(biāo)。華東建筑設(shè)計(jì)研究總院( ECADI) 對近 80 棟建筑高度在 250m 以上的混合結(jié)構(gòu)的分析和統(tǒng)計(jì)表明[6]，結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件( 外框柱+核心筒剪力墻) 的截面總面積占底層建筑面積的 6% ～ 10%。
我國超高層建筑大多采用以框架-核心筒結(jié)構(gòu)為主的雙重抗側(cè)力體系，也有懸掛結(jié)構(gòu)這樣的單重抗側(cè)力體系( 圖 4( a) ) 。以常用的框架-核心筒為例，無論外框架、核心筒還是斜撐、伸臂加強(qiáng)層等均有多種不同的組合和變化，體現(xiàn)出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的多樣性。
( 1) 外框架外
框架是形成建筑外輪廓的主要結(jié)構(gòu)，同時(shí)承擔(dān)在側(cè)向荷載作用下的較大傾覆力矩和部分剪力。外框柱常常隨著建筑體型變化而變化。外框柱通常采用斜柱、搭接柱或轉(zhuǎn)換柱的形式適應(yīng)建筑體型錐形化、退臺等的內(nèi)收，以滿足建筑功能綜合化帶來的不同建筑功能下的不同進(jìn)深需求。在扭轉(zhuǎn)建筑體型中，外框柱沿高度每層旋轉(zhuǎn)若干角度。
追求抗側(cè)力體系的高效率必然導(dǎo)致超高層建筑結(jié)構(gòu)周邊化布置。除了常規(guī)的稀柱框架外，外框架也有采 用 密 柱 深 梁 的 框 筒 結(jié) 構(gòu) ( 柱 網(wǎng) 間 距 小 于 4. 5m) 以及巨型框架結(jié)構(gòu)( 外框柱數(shù)量不大于 8 個(gè)) 。1) 密柱框筒結(jié)構(gòu)由美國 SOM 的 Fazlur Khan 在 20 世紀(jì) 60 年代率先提出。框筒結(jié)構(gòu)經(jīng)過一段時(shí)期的發(fā)展和冷落，近年來有復(fù)古回歸的跡象。深圳證券大廈、北京國貿(mào)三期等均采用密柱框筒結(jié)構(gòu)。在塔樓低區(qū)，密柱需要通過轉(zhuǎn)換加大開間以滿足建筑功能。深圳華潤總部密柱和裙梁采用偏心布置以突出建筑豎向線條效果( 圖 4( b) ) 。2) 巨型框架由巨柱和環(huán)帶桁架組成，外框巨柱通過伸臂桁架與核心筒連接，強(qiáng)化整體彎曲效應(yīng)。外框巨柱截面面積通常超過 10m2 ，通過最大程度集聚樓面豎向荷載，以平衡水平荷載作用下傾覆力矩引起的拉力。因此巨柱軸壓比相對較低，水平荷載作用下極少出現(xiàn)拉力，抗剪剛度小，其截面剛度需求高于承載力需求。環(huán)帶桁架作為巨型框架的重要組成部分，兼具轉(zhuǎn)換次框架的功能。南京江北綠地中心將拱結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的環(huán)帶桁架，進(jìn)一步提高環(huán)帶桁架的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換效率( 圖 4( c) ) 。圖 5 巨柱截面形式
外框柱通常采用 SRC 柱、CFT 柱以及 CFRT 柱 ( 矩形鋼管混凝土柱) 等截面形式( 圖 5) 。其 中 SRC 柱中鋼骨大多采用實(shí)腹式型鋼，含鋼率 4% ～ 6%，而早期建設(shè)的金茂大廈以及上海環(huán)球金融中心等巨柱采用分離式型鋼。武漢中心圓鋼管柱( CFT 柱) 直徑達(dá)到 3m，對梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了專門研究。廣州東塔和沈陽寶能金融城采用矩形鋼管混凝土柱( CFRT 柱) ，截面面積達(dá) 20m2 ; 天津高銀 117 大廈的多腔鋼管混凝土柱截面面積達(dá)到 45m2 ，對其承載力、柱腳節(jié)點(diǎn)構(gòu)造、抗火性能、焊縫構(gòu)造等均進(jìn)行了專項(xiàng)研究。
( 2) 核心筒
核心筒結(jié)構(gòu)貫穿建筑物全高，容納了主要垂直交通和機(jī)電設(shè)備管道，并承擔(dān)了大部分的豎向和水平荷載，通常作為超高層建筑的第一道抗震防線。隨著建筑高區(qū)電梯數(shù)量和機(jī)電設(shè)備用房的逐步減少，核心筒面積也逐漸收縮。
核心筒的布置除了傳統(tǒng)布置在平面正中基本對稱外，也有采用端部分離式筒體以及多個(gè)角筒組合而成( 圖 6( a) ) ，或者采用核心筒偏心布置的形式 ( 圖 6( b) ) [7]。
核心筒結(jié)構(gòu)除了少量全鋼結(jié)構(gòu)采用框架支撐筒外，大多采用鋼筋混凝土核心筒。核心筒剪力墻通過雙翼墻、斜墻以及減少墻肢數(shù)量或墻肢長度、核心筒開洞等方式相應(yīng)收進(jìn)，以適應(yīng)高區(qū)核心筒面積不斷縮小的需求。為了滿足墻肢軸壓比、減薄墻厚等要求以及提高抗剪承載力，在超高層建筑低區(qū)采用鋼板組合剪力墻、鋼管剪力墻或型鋼混凝土剪力墻等。核心筒結(jié)構(gòu)也有采用鋼板剪力墻，如天津津塔[8]( 圖 6( c) ) 利用鋼板屈曲后強(qiáng)度產(chǎn)生的張力場效應(yīng)來抵抗水平荷載。為了提高施工速度，外包鋼板剪力墻也在珠海十字門等工程中嘗試應(yīng)用。為了減輕塔樓結(jié)構(gòu)自重，核心筒結(jié)構(gòu)也有沿建筑高度采用混合結(jié)構(gòu)體系，如上海環(huán)球金融中心( IFC) 和廣州西塔等工程在中低區(qū)核心筒采用鋼筋混凝土剪力墻，高區(qū)核心筒則采用鋼-框架斜撐結(jié)構(gòu)。
( 3) 斜撐
外框支撐主要以軸向受力抵抗水平荷載，充分發(fā)揮截面材料的效率。其布置形式也有多種變化，通常采用跨越若干樓層的巨型斜撐，既有上海環(huán)球金融中心的單斜桿巨型斜撐，也有香港中國銀行和北京中信大廈的交叉斜撐。天津高銀 117 巨型斜撐與豎向承重結(jié)構(gòu)分離的形式[9]，一方面可使巨型斜撐僅承擔(dān)軸向力，以最大效率抵抗水平荷載，另一方面也可弱化斜撐的建筑立面效果。集承重體系與抗側(cè)力體系于一體的斜交網(wǎng)格筒結(jié)構(gòu)也在超高層建筑工程中有所應(yīng)用( 圖 7( a) ) 。
除了傳統(tǒng)的框架中心支撐，也在嘗試應(yīng)用高腰桁架筒( 圖 7( b) ) 或米歇爾桁架筒( 圖 7( c) ) ，進(jìn)一步提升了支撐結(jié)構(gòu)的效率。但結(jié)構(gòu)材料的高效與對建筑立面效果的影響以及節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜程度需要進(jìn)一步平衡。偏心支撐不僅能通過耗能梁段提高抗震延性，又便于核心筒建筑門洞開設(shè)，在鋼結(jié)構(gòu)核心筒體系中扮演了重要的角色。
( 4) 結(jié)構(gòu)加強(qiáng)層
伸臂桁架充分利用外框柱的軸向剛度，極大提高了框架-核心筒結(jié)構(gòu)的整體抗傾覆能力，在 250m 以上高度的超高層建筑中得到了廣泛應(yīng)用。
伸臂桁架加強(qiáng)層的設(shè)置有效提高了塔樓結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，同時(shí)也引起了結(jié)構(gòu)剛度的突變，而且對建筑空間以及施工周期都產(chǎn)生一定影響。因此，伸臂桁架加強(qiáng)層也是一把“雙刃劍”。目前設(shè)計(jì)界有“效率優(yōu)先”和“均勻剛度”兩種觀點(diǎn)，前者更注重伸臂桁架優(yōu)化布置，如樓層位置、數(shù)量以及桁架的形式，后者更注重抗震延性，避免結(jié)構(gòu)剛度突變。現(xiàn)行規(guī)范建議的伸臂桁架最優(yōu)布置與建筑高度的關(guān)系是基于結(jié)構(gòu)體型和剛度沿高度均勻變化且伸臂桁架剛度無限剛的假設(shè)。實(shí)際工程建筑體型和豎向剛度變化很多，因此應(yīng)通過如頂點(diǎn)位移與基本周期( 包含風(fēng)荷載作用下對結(jié)構(gòu)舒適度的控制) 、層間位移角、核心筒承擔(dān)傾覆力矩的比例及拉力等控制目標(biāo)，對加強(qiáng)層的設(shè)置位置進(jìn)行有效性( 或稱敏感性) 分析，并結(jié)合建筑功能需求從而選擇伸臂加強(qiáng)層的最優(yōu)位置[10]。
環(huán)帶桁架作為虛擬伸臂，可通過樓板的變形協(xié)調(diào)核心筒帶動(dòng)外框架承擔(dān)更多的傾覆力矩。相對伸臂桁架來說，環(huán)帶桁架抗側(cè)效率次之，卻也克服了上述伸臂桁架加強(qiáng)層存在的問題，在超高層建筑中也有較多應(yīng)用。核心筒與外框架之間的樓板面內(nèi)剪切剛度的加強(qiáng)和準(zhǔn)確模擬是提高環(huán)帶桁架抗側(cè)剛度的關(guān)鍵所在。——論文作者：汪大綏， 包聯(lián)進(jìn)
