厦门市建设局巡视员、副局长、教授级高工林树枝博士
演讲主题《高层建筑结构抗风设计》
林树枝博士简介：
中国城市科学研究会理事，中国建筑节能协会常务理事，中国绿色建筑与节能委员会成员，全国超限高层建筑抗震设防审查专家委员会成员，全国绿色建筑评价标识专家委员会成员，多年来先后在国内外学术刊物上发表论文100多篇、出版著作5部。曾获国家教委科技进步二等奖，国家测绘科技进步二等奖，国家华夏科学技术奖三等奖，福建省青年科技奖等多项奖励。作为全国超限高层建筑抗震设防审查专家，共参加全国80多幢超高层建筑的抗震审查。
正文：
随着城市的发展，原有城市建筑特点无法满足人口聚集的需要，所以城市建筑向空间、纵向发展已成为必然。高层建筑的发展已有100多年的历史，其根本原因主要有：经济发展、城市人口密集、土地资源减少、科技进步等。随着钢结构技术的发展和多种高性能建筑材料的产生，对于高层建筑的要求已不仅限于满足使用，建筑形式和审美要求也越来越重要。
具统计结果显示，厦门目前已建成的最高大楼有：
1.厦门国际中心61层339米
2.世茂海峡大厦B栋67层300米
3.世茂海峡大厦A栋59层300米
4.杏林湾营运中心12号楼56层261.9米
5.帝景苑62层258米
6.海峡明珠广场50层232米
7.建发国际大厦49层219.55米
8.特房波特曼大厦48层215米
9.会展国际商务大厦48层215米
10.监管大楼49层212.65米
11.鹭城广场59层197米
12.云顶至尊二期1-2号楼49层195.77米
13.云顶至尊二期3号楼49层195.77米
14.财富中心43层192.45米
15.源昌凯宾斯基大酒店47层185.2米
16.中航紫金广场41层181.7米
17.星海湾和谐天下1号楼45层181.4米
18.万科湖心岛五期180米
19.益中花园1号楼50层177.85米
20.建设银行大厦43层176.68米
21.航空港大厦45层169.3米
22.中闽大厦44层168.1米
23.国贸大厦45层168米
24.世茂湖滨首府B2-3楼52层160米
25.世茂湖滨首府C-1楼52层160米
26.世茂湖滨首府C-2楼52层160米
27.世茂湖滨首府D2-2楼52层160米
28.东海火炬科技园1号楼34层159米
29.东海火炬科技园6号楼34层159米
30.银聚祥邸38层158米
31.闽南大厦39层151.2米
32.当代天境42层149.95米
33.观音山启动区11号楼35层149.85米
34.国际银行大厦37层145.2米
35.国际广场44层144.69米
36.禹洲世贸国际B栋43层143米
37.港务大厦33层139.8米
38.银行中心35层139.66米
基于对高层建筑结构设计的一些思考，本文主要针对部分设计难点进行案例分析。
案例一：厦门国际银行大厦
建筑设计要求300度全海景，将核心筒偏移北侧，结构扭转变形较大，属平面扭转不规则结构。
优化时将筒体北侧弱化，墙厚取250，筒体南侧最厚处为600。
平面图
实景图
案例二：厦门福隆大厦
采用钢管混凝土柱提高外框架的抗震承载力及延性。
钢管混凝土柱延伸至屋顶，以提高结构整体的抗震性能。采用的钢管混凝土柱直径为1300mm～1000mm，钢板壁厚25～20mm。
钢管混凝土柱与混凝土梁节点做法示意图(环梁与环形牛腿梁柱连接)
效果图
采用钢管混凝土柱提高外框架的抗震承载力及延性。钢管混凝土柱延伸至屋顶，以提高结构整体的抗震性能。
穿层柱采用劲性混凝土柱
为了增加二层~四层楼板大开洞处穿层柱的刚度、延性，改善结构的抗震性能，对穿层柱按照中震弹性进行强度设计并采取针对性的抗震措施。
穿层柱的抗震等级提高一级，按照一级控制，轴压比控制不大于0.7。
在穿层柱子内设置双向工字型钢骨，按照《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ138-2001)，含钢量大致控制在4%左右;并且按柱全长箍筋加密。
案例三：厦门禹州国际大酒店
两座塔楼间距25米，跨度较大，连廊结构采用空间钢桁架形式;钢桁架连廊与1#塔楼一侧为固定连接;1#塔楼承受连廊竖向荷载，水平地震荷载和水平风荷载;钢桁架连廊在3#塔楼一侧为滑动支座(即弱连接的形式)，3#楼仅承受连廊的竖向荷载;在3#楼屋顶设置滑动支座的目的在于，放开3#楼对连廊水平方向的约束。
从而使1、3#塔楼的地震反应没有关联作用，避免1#楼在水平力作用下对3#楼产生的影响，避免1、3#楼位移的不同步对连廊的影响。
钢结构布置图
案例四：厦门东方时代广场空中花园
悬挑长度达到12米，且作为空中绿化和休闲活动场所，荷载较大。
剖面图
立面图
案例五：厦门国际海岸
连接体及与连接体相连的结构构件在连接部位及其上、下层，抗震等级提高一级。
与连接体相连的框架柱在连接体高度范围及其上、下层，箍筋全高加密。
连接体楼板厚度150mm，结构计算模型中考虑楼板的弹性变形(采用弹性板)，双层双向配筋率不小于0.3%。
连接体结构的框架梁按抗剪中震弹性，抗弯中震不屈服要求设计。
与连接体相连的框架柱按中震弹性进行截面设计。
案例六：厦门融信幸福海岸
平面层层退台
案例七：厦门中航紫金广场
塔楼A、塔楼B均为写字楼，地面以上总层数41层，屋面高度为180.7m，采用钢管混凝土框架—钢筋混凝土（词条“钢筋混凝土”由行业大百科提供）核心筒结构体系。
酒店地面以上总层数21层，屋面高度78.9m，采用钢筋混凝土框架核心筒体系。
塔楼B与酒店及其商业裙房三部分设缝分开。
连廊结构分析
塔楼B与酒店在酒店15~17层设置连廊相连，连廊跨度约26~33m，连廊总高度10.5m。
连廊在16层与酒店连通作为行政酒廊，连廊顶与酒店18层小屋面连通作为屋顶花园。
连廊采用钢桁架结构形式，桁架高度5.5m，处于酒店16~17层，桁架其下一层采用钢结构吊挂体系。
连廊钢结构顺连廊方向采用桁架形式，在靠近塔楼B和酒店垂直连廊方向采用人字撑。
桁架与酒店连接方案顺桁架方向采用滑动连接，垂直桁架方向为铰接，支座采用可转动可滑动式支座。
桁架与塔楼B连接方案顺桁架方向采用滑动连接+纵向粘滞阻尼器，垂直桁架方向为铰接，支座采用可转动可滑动式支座。
案例八：厦门明丰中心
参考现有国内的工程实例，本项目连体结构具备可行性。
考虑跨度不大(净跨17米)，并为更好满足建筑使用功能，采用“水平梁板”强连接方式。
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案例九：厦门五通佰翔酒店
地下1层，±0.00=6.40m，底板面标高-5.70m。
地上22层，其中裙楼3层，4层以上为塔楼，3层4四层之间另有一层技术夹层;地面以上裙楼部分设一道伸缩缝兼抗震缝，分为带塔楼部分及不带塔楼部分;带塔楼部分建筑总高度99.0米(到女儿墙顶)，不带塔楼部分建筑总高度22.4米(至女儿墙最高处)。
楼盖采用现浇普通钢筋混凝土梁板楼盖，大跨度钢桁架部分为了减少自重采用型钢梁-混凝土板组合楼盖。桁架杆件截面为矩形钢管，钢梁均为H型钢。
竖向构件（词条“构件”由行业大百科提供）：剪力墙厚度为400～200，连梁高度一般为700，宽度同墙厚;普通钢筋混凝土柱截面为1200×1200、600×800~1800、600×600等，转换柱为带芯柱的钢筋混凝土柱，截面为1400×1400。
案例十：瑞华高科技研发中心大楼
大楼高99.7米，设计独特，扭曲直上。
拧麻花大楼
抗震并没有问题
因为整个平面的旋转，部分位置的悬挑长度很大，可能需要验算竖向地震作用，裂缝和挠度也要严格控制。比如下图，底部几层的角部，悬挑非常大。
结构设计与普通建筑比起来，并没有很大差异。就是工作量有点大，因为没有「标准层」的概念了，每一层的楼面梁板可能都得单独设计。
设计理念源自：瑞典马尔默旋转大厦
欧洲最高的摩天住宅。
建筑高度190米，54层，分成9个单元体，每个单元体有五层，每层约400平方米，单元体与单元体之间用一个夹层分隔。
以中央主柱串接，单元体之间以微量的旋转角度差相接，整栋建物由下往上共旋转了90度。
大楼外墙厚度随高度递减，靠近地面层的外墙厚2米，到大楼顶层时，厚度仅剩40cm。
案例十一：厦门财富中心
地上39层，186.50m(主屋面)
总高度192m，全钢结构
高宽比5.4
首层层高9.0m。标准层层高4.2m，避难层层高4.8m
加强层：14、24层
逆作法
深井灌注桩
项目特点：
全钢构、逆作法
不用外脚手架及木模板
绝大部分建筑材料为可回收材料
工期短、建筑垃圾少
案例十二：厦门世侨中心
主楼：
带支撑的内钢框架-蜂窝形钢网格外筒结构体系，23层，112米。
主楼平面：矩形，49.60×33.60m，高宽比2.93。
外围蜂窝形钢网格：方钢管斜柱+框架梁。
内部框架：8根钢管混凝土柱+X和Y向各两跨支撑。
外围框架梁与外围斜柱刚接，楼面框架梁与核心筒钢管混凝土柱刚接，与外围梁(或外围斜柱)铰接。
楼盖：钢梁-钢筋桁架组合楼板结构。
结构体系
结构计算模型
案例十三：厦门世茂海峡大厦
结构体系：
(1)外框设置6根巨柱(见右图)，截面形式为圆钢管混凝土柱或型钢混凝土柱，最大柱截面直径为3.2m，混凝标号为C70。
(2)沿建筑高度，结合建筑的机电层设置三道环形桁架，桁架高度为2层高，即6m+3.6m，沿立面的分布详见图4.2，环形桁架上下弦所在楼层的楼板厚度调整为300mm，以更好的发挥环形桁架与混凝土核心筒间的协同工作作用。
(3)巨柱与环形桁架间设置次框架，次框架的立柱为600x600的箱型截面;次框架梁暂定为高度为1000mm的H型钢梁，以方便与巨柱、次柱及楼面钢梁的连接。
(4)芯筒墙体的厚度及布置同原设计，但墙体混凝土等级在60层以下为C60，以上为C50。
环形桁架与巨柱在一起形成巨型框架，且可以作为“虚拟伸臂”起到协调核心筒与外框的作用，一定程度上改善了结构的抗侧刚度，改善了常规伸臂桁架的一些不足之处，如巨柱的位置要求、外筒与巨柱竖向变形的差异引起的附加内力等。
但限于桁架高度有限，且“虚拟伸臂”对楼板及环形桁架杆件的刚度要求很高，故结构效率相对常规伸臂桁架略低。
次框架填充于巨柱与环形桁架间，主要起到传递竖向荷载的作用，故次柱截面尺寸可显著减小，改善了建筑的立面及室内效果，能较好的实现业主的要求。
案例十四：厦门国际中心
厦门国际中心总建筑面积18.56万平方米，建筑高度339.88米，地下4层，地上61层，集超甲级写字楼、单元式办公、高档会所、观光等为一体，是福建省第一高楼。
主体结构采用钢筋混凝土核心筒+钢框架+钢支撑体系。
结构抗侧力体系选型
抗侧力体系：框架-核心筒-巨型支撑-伸臂桁架
结构布置-核心筒
混凝土：C60
翼墙厚度1300mm~800mm
腹墙厚度750mm~700mm
结构布置-框架柱
外框架柱
矩形钢管混凝土柱
钢材：Q345GJ
自密实混凝土：C70~C50
结构布置-巨型支撑
结构布置-标准层
框架梁
焊接H型钢
钢材：Q345
楼板核心筒内130mm(现浇)核心筒外120mm(组合)加强层200mm(组合)
结构布置-加强层
案例十五：建发国际大厦
楼地面以上共48层，建筑高度215m，采用钢管混凝土-钢梁-混凝土核心筒体系，利用设备层布置两个加强层(15、31层)，楼面采用组合楼板。
核心筒外围剪力墙厚度，底部为900mm，四层以上为700mm，钢管混凝土柱外径约为1300mm～1450mm，柱子的竖向倾斜随建筑立面倾角约1-6度。
外围框架梁与柱刚接，内部径向框架梁与墙铰接、与柱刚接，伸臂桁架与墙刚接、与柱铰接。
总层数：48层加强层：15层，31层
案例十六：厦门东南国际航运中心
厦门东南国际航运中心--建筑模型
厦门东南国际航运中心--建筑剖面
厦门东南国际航运中心--26~40轴结构模型
厦门东南国际航运中心--40~26轴结构模型
厦门东南国际航运中心--二层结构布置图
厦门东南国际航运中心—六层结构布置图
厦门东南国际航运中心—十层结构布置图
厦门东南国际航运中心—十五层结构布置图
厦门东南国际航运中心—十七层结构布置图
厦门东南国际航运中心—二十二层结构布置图
案例十七：万科金域华府
屈曲约束支撑
在受拉与受压时均能达到屈服而不发生屈曲失稳的轴力构件。
小震下主要控制指标对比
在多遇地震作用下，采用屈曲约束支撑减震结构的Y方向最大层间位移角较原结构方案减小了14%，满足规范的层间位移角1/750的限值要求，其他各项指标也均能够满足现行规范的控制要求。
案例十八：杏林湾商务营运中心
型钢-砼框架-核心筒结构，
地下3层，地上50层，高度超限，总高度250m。
1、劲性混凝土柱+钢管混凝土柱。
2、深井灌注桩。
案例十九：厦门火车北站
厦门火车北站——整体鸟瞰图
厦门火车北站
案例二十：厦门海峡明珠大厦
1、地上50层，总高度232m。
2、内部钢筋混凝土核心筒。
3、外围钢管混凝土框架柱与钢梁组成的框架。
4、伸臂桁架，建筑16、32层，每个加强层X、Y向分别设置四道伸臂，伸臂采用高度等于层高的桁架连接核心筒和外围框架柱。
5、顶部采用钢管混凝土斜柱来实现建筑要求的外立面倾斜。
斜柱结构选型
厦门海峡明珠大厦主塔结构
案例二十一：厦门帝景苑
厦门首个超高层住宅项目，5幢62层，258米高，全钢结构精品住宅。
结构体系及基础形式
钢框架+钢支撑+钢板剪力墙(约束屈曲支撑、阻尼器)
矩形钢管柱最大尺寸2500*2500
钢管柱最大钢板厚度80mm
灌芯混凝土强度C70~C50
钢板厚度小于35mm时Q235B、Q345B
钢板厚度大于35mm时Q345GJ、Q390GJ
基础形式：大直径深井灌注桩、桩端持力层为中风化花岗岩
最大桩径4.50米最大桩长50.0米平均桩长30.0米
钢筋混凝土剪力墙结构户型与钢结构户型结构面积比较
经过比较，钢筋混凝土剪力墙结构户型的户内竖向构件面积明显高于钢结构户型，两者相差约户型面积的14%。这就意味着客户每买100㎡的钢结构户型，就会多得到14㎡，扣除25%的公摊后也可多的10.50㎡。
案例二十二：特房波特曼大厦
由两座主楼组成，均为48层，高度220m，地下室共三层，采用钢管混凝土柱框架-筒体结构。各拟建物对差异沉降敏感，建筑结构安全等级为二级，地基基础设计等级为甲级。
场地风化槽断面示意图
地基基础优化
原设计：持力层中微风化岩。冲钻孔（词条“钻孔”由行业大百科提供）桩，桩径1200，桩长约90米。
问题1、施工难度大，浇捣困难。
问题2、桩身混凝土难密实。
问题3、桩太长，垂直度难控制。
问题4、造价太高。
方案一(桩端持力层为碎裂状强风化岩)
冲钻孔灌注桩桩-筏-土协同作用计算分析：
土体地基承载力修正后为fa=458.73kpa,单桩持力层为(碎裂状)强风化。
桩混凝土强度等级为C40，框架柱下桩长为57.0米~64.0米，采用每柱下3桩，共60根;核心筒下桩长为60.0米~75.0米，梅花型布置，共94根，单桩竖向承载力特征值12000KN。核心筒下筏板厚为4.5米，其余板厚为3.0米，考虑水浮力的有利影响时，取其水浮力为75KPa，土体弹簧刚度取为6.0MPa。
方案二(桩端持力层为散体状强风化岩)
土体地基承载力修正后为fa=458.73kpa,单桩持力层为(散体状)强风化。
桩混凝土强度等级为C40，框架柱下桩长为43.0米~50.0米，采用每柱下3桩，共60根;框架柱下单桩竖向承载力特征值8200KN.核心筒下桩长为53.0米~64.0米，梅花型布置，共94根。
核心筒下单桩竖向承载力特征值11000KN。核心筒下筏板厚为4.5米，其余板厚为3.0米，考虑水浮力的有利影响时，取其水浮力为75KPa，土体弹簧刚度取为4.0MPa。
桩平面布置同方案一。
方案对比
方案一：桩长为61～75m，比较长，施工较为困难，但是整个桩反力呈内大外小，整个沉降变形减少，整个承台的弯矩和核心筒冲切力减小。
桩所承担总荷载的73.46%，水承载总荷载的8.98%，土体所承担总荷载的17.56%。
方案二：桩长为43～64m，有所减少，但是整个桩反力呈内小外大，整个沉降变形加大，整个承台的弯矩和核心筒冲切力增大。
桩所承担总荷载的59.63%，水承载总荷载的8.98%，土体所承担总荷载的31.4%。
案例二十三：厦门高崎国际机场T4航站楼
厦门高崎国际机场T4航站楼
问题：风荷载取值出现较大偏差。主楼锥形圆钢柱，原设计断面Ф2100～800×40，经优化后，设计断面减为Ф1800～800×40。断面积减少约30%。
案例二十四：厦门国际会议中心
新建A区大会议厅。
新建东西主入口长廊雨棚和门厅。
AB连接区，在8m标高新加25.2m跨钢楼盖结构。
AB连接区，原开放通廊，改为大会议室，增加吊挂荷载。
厦门国际会议中心效果图
AB连接区，原设计为A区与B区之间通廊的屋盖，为室外开敞建筑，采用轻型大跨度钢桁架结构。
在8m标高设置整层楼板，新加大跨度楼盖采用25.2m跨钢结构梁，梁高1.2m。
钢桁架改造后，作为大型会议室，立面封闭，增加装饰吊顶和灯具，以及隔声材料，新增加构件与原桁架通过抱箍连接。
节点设计
AB连接区增设大跨度楼盖
钢柱与原混凝土柱通过抱箍和锚栓连接，钢梁下设置钢柱，作为钢梁支座节点处的安全储备。
25.2米大跨度钢梁与矩形混凝土柱侧面连接节点。
案例二十五：厦航总部大厦
厦航总部大厦由一栋办公楼和一幢高级酒店及裙房等附属用房组成，总建筑面积为17.32万m2。其中办公楼高度185米，结构高度167.25米，建筑面积为5.495万m2,地上34层，地下3层。酒店高度140米，结构高度127.65米，建筑面积为6.477万m2，地上33层，地下3层。主体结构采用钢框架+支撑体系。裙房结构高度23.75m，主要层高6m，并分为两个部分，第一部分为独立一塔，第二部分与酒店相连一体。
--办公楼主体结构特点
(1)楼层平面整体性不强。
(2)核心筒较小且偏置。
(3)附属结构顶部变化较多。
(4)首层柱高度达18米，第二层结构高度为6米，穿层柱24米。
对于首层部分柱高度过长、刚度削弱达24米，设计中，与建筑师配合，在柱间设置约束屈曲支撑，提高结构的刚度，保证上下层刚度比（词条“刚度比”由行业大百科提供）尽量合理。对于楼盖结构，采用钢筋桁架楼承板与楼面H型钢梁形成组合楼板结构。
底层柱屈曲分析
结构底层中存在跨层中庭，该处柱子跨层高度较大，跃层柱子高度达24m。为了准确计算跃层柱子的承载力，对跨层柱进行了计算长度分析。
通过SAP2000建模，分析得出屈曲因子，从而得到临界荷载Pcr。通过欧拉公式反推出构件的等效计算长度Le。
办公楼约束屈曲支撑分析
首层高度为18米，第二层高度为6米，且部分柱为越层柱，因此需要在首层和第2层设置屈曲约束支撑，提高结构抗震性能。
办公楼楼板处理措施
地震作用下：第15层、25层、32层、37层楼板S11和S22方向大部分楼板应力值在1.6Mpa以内。
局部楼板存在应力集中情况，S11应力最大值达到5.4Mpa，需对局部楼板进行加强。
S22方向楼板应力最大值为4.6Mpa，应适当增加配筋。
风荷载作用下：第15层、25层、32层、37层楼板S11和S22方向大部分楼板应力值在1.3Mpa以内。
局部楼板存在应力集中情况，S11应力最大值达到4.3Mpa，需对局部楼板进行加强。
S22方向楼板应力最大值为5.4Mpa，应适当增加配筋。
对于上部结构的细脖子处，楼板应力增大并不明显，可能是因为附属电梯筒刚度较大的原因。为安全起见，对细脖子处，增加设置了交叉支撑。