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本文作者林樹枝博士簡介：
廈門市建設局巡視員、副局長、教授級高工林樹枝 博士
演講主題《高層建筑結構抗風設計》
林樹枝博士簡介：
中國城市科學研究會理事，中國建筑節能協會常務理事，中國綠色建筑與節能委員會成員，全國超限高層建筑抗震設防審查專家委員會成員，全國綠色建筑評價標識專家委員會成員，多年來先后在國內外學術刊物上發表論文100多篇、出版著作5部。曾獲國家教委科技進步二等獎，國家測繪科技進步二等獎，國家華夏科學技術獎三等獎，福建省青年科技獎等多項獎勵。作為全國超限高層建筑抗震設防審查專家，共參加全國80多幢超高層建筑的抗震審查。
正文：
隨著城市的發展，原有城市建筑特點無法滿足人口聚集的需要，所以城市建筑向空間、縱向發展已成為必然。高層建筑的發展已有100多年的歷史，其根本原因主要有：經濟發展、城市人口密集、土地資源減少、科技進步等。隨著鋼結構技術的發展和多種高性能建筑材料的產生，對于高層建筑的要求已不僅限于滿足使用，建筑形式和審美要求也越來越重要。
具統計結果顯示，廈門目前已建成的最高大樓有：
1.廈門國際中心 61層 339米
2.世茂海峽大廈B棟 67層 300米
3.世茂海峽大廈A棟 59層 300米
4.杏林灣營運中心12號樓 56層 261.9米
5.帝景苑 62層 258米
6.海峽明珠廣場50層 232米
7.建發國際大廈 49層 219.55米
8.特房波特曼大廈 48層 215米
9.會展國際商務大廈 48層 215米
10.監管大樓 49層 212.65米
11.鷺城廣場 59層 197米
12.云頂至尊二期1-2號樓49層 195.77米
13.云頂至尊二期3號樓49層 195.77米
14.財富中心 43層 192.45米
15.源昌凱賓斯基大酒店 47層 185.2米
16.中航紫金廣場 41層 181.7米
17.星海灣和諧天下1號樓 45層 181.4米
18.萬科湖心島五期 180米
19.益中花園1號樓 50層 177.85米
20.建設銀行大廈 43層 176.68米
21.航空港大廈 45層 169.3米
22.中閩大廈 44層 168.1米
23.國貿大廈 45層 168米
24.世茂湖濱首府B2-3樓 52層 160米
25.世茂湖濱首府C-1樓52層 160米
26.世茂湖濱首府C-2樓52層 160米
27.世茂湖濱首府D2-2樓 52層 160米
28.東海火炬科技園1號樓 34層 159米
29.東海火炬科技園6號樓 34層 159米
30.銀聚祥邸 38層 158米
31.閩南大廈 39層 151.2米
32.當代天境 42層 149.95米
33.觀音山啟動區11號樓 35層149.85米
34.國際銀行大廈 37層 145.2米
35.國際廣場 44層 144.69米
36.禹洲世貿國際B棟 43層 143米
37.港務大廈 33層 139.8米
38.銀行中心 35層 139.66米
基于對高層建筑結構設計的一些思考，本文主要針對部分設計難點進行案例分析。
案例一：廈門國際銀行大廈
建筑設計要求300度全海景，將核 心筒偏移北側，結構扭轉變形較 大，屬平面扭轉不規則結構。
優化時將筒體北側弱化，墻厚取? 250，筒體南側最厚處為600。
平面圖
實景圖
案例二：廈門福隆大廈
采用鋼管混凝土柱提高外框架的抗 震承載力及延性。
鋼管混凝土柱延伸至屋頂，以提高? 結構整體的抗震性能。采用的鋼管 混凝土柱直徑為1300mm～1000mm， 鋼板壁厚25～20mm。
鋼管混凝土柱與混凝土梁節點做法示意圖(環梁與環形牛腿梁柱連接)
效果圖
采用鋼管混凝土柱提高外框架的抗 震承載力及延性。鋼管混凝土柱延伸至 屋頂，以提高結構整體的抗震性能。
穿層柱采用勁性混凝土柱
為了增加二層~四層樓板大開洞處穿層柱的剛度、延性，改 善結構的抗震性能，對穿層柱按照中震彈性進行強度設計并采取針對性的抗震措施。
穿層柱的抗 震等級提高一級，按照一級控制，軸壓比控制不大于0.7。
在穿層 柱子內設置雙向工字型鋼骨，按 照《型鋼混凝土組合結構技術規 程》(JGJ138-2001)，含鋼量大 致控制在4%左右;并且按柱全長箍筋加密。
效果圖
案例三：廈門禹州國際大酒店
效果圖
兩座塔樓間距25米，跨度較大，連廊結構采用空間鋼桁架形式;鋼桁架連廊與1#塔樓一側為固定連接;1#塔樓承受連廊豎向荷載，水平地震荷載和水平風荷載;鋼桁架連廊在3#塔樓一側為滑動支座(即弱連接的形式)，3#樓僅承受連廊的豎向荷載;在3#樓屋頂設置滑動支座的目的在于，放開3#樓對連廊水平方向的約束。
從而使1、3#塔樓的地震反應沒有關聯作用，避免1#樓在水平力作用下對3#樓產生的影響，避免1、3#樓位移的不同步對連廊的影響。
鋼結構布置圖
案例四：廈門東方時代廣場空中花園
懸挑長度達到12米，且作為空中綠化和休閑活動場所，荷載較大。
剖面圖
立面圖
案例五：廈門國際海岸
連接體及與連接體相連的結構構件在連接部位及其上、下層，抗震等級提高一級。
與連接體相連的框架柱在連接體高度范圍及其上、下層，箍筋全高加密。
連接體樓板厚度150mm，結構計算模型中考慮樓板的彈性變形(采用彈性板)，雙層雙向配筋率不小于0.3%。
連接體結構的框架梁按抗剪中震彈性，抗彎中震不屈服要求設計。
與連接體相連的框架柱按中震彈性進行截面設計。
效果圖
案例六：廈門融信幸福海岸
效果圖
平面層層退臺
平面圖
案例七：廈門中航紫金廣場
塔樓A、塔樓B均為寫字樓，地面以上總層數41層，屋面 高度為180.7m，采用鋼管混凝土框架—鋼筋混凝土（詞條“鋼筋混凝土”由行業大百科提供）核心 筒結構體系。
效果圖
酒店地面以上總層數21層， 屋面高度78.9m，采用鋼筋 混凝土框架核心筒體系。
塔樓B與酒店及其商業裙房? 三部分設縫分開。
塔樓B與酒店在16~18層設? 置連廊相連，連廊采用可 轉動可滑動式支座，整體計算時，將作為荷載作用 在塔樓B及酒店相關部位上。
連廊結構分析
塔樓B與酒店在酒店15~17層設置連廊相連，連廊跨度約26~33m，連廊總高度10.5m。
連廊在16層與酒店連通作為行政酒廊，連廊頂與酒店18層小屋面連通作為屋頂花園 。
連廊結構分析
連廊采用鋼桁架結構形式，桁架高度5.5m，處于酒店16~17層，桁架其 下一層采用鋼結構吊掛體系。
連廊鋼結構順連廊方向采用桁架形式，在靠近塔樓B和酒店垂直連廊方向采用人字撐。
桁架與酒店連接方案順桁架方向采 用滑動連接，垂直桁架方向為鉸接，支座采用可轉動可滑動式支座。
桁架與塔樓B連接方案順桁架方向采用滑動連接+縱向粘滯阻尼器，垂直桁架方向為 鉸接，支座采用可轉動可滑動式支座。
連廊結構分析
案例八：廈門明豐中心
參考現有國內的工程實例，本項目連體結構 具備可行性。
考慮跨度不大(凈跨17米)，并為更好滿足 建筑使用功能，采用“水平梁板”強連接方式。
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案例九：廈門五通佰翔酒店
地下1層，±0.00=6.40m，底板面標高-5.70 m。
地上22層，其中裙樓3層，4層以上為塔樓，3層4四層之間另有一層技術夾層;地面以上裙樓部分設一道伸縮縫兼抗震縫，分為帶塔樓部分及不帶塔樓部分;帶塔樓部分建筑總高度99.0米(到女兒墻頂)，不帶塔樓部分建筑總高度22.4米(至女兒 墻最高處)。
樓蓋采用現澆普通鋼筋混凝土梁板樓蓋，大跨度鋼桁架部分為了減少自重采用型鋼梁-混凝土板組合樓蓋。桁架桿件截面為矩形鋼管，鋼梁均為H型鋼。
豎向構件（詞條“構件”由行業大百科提供）：剪力墻厚度為400～200，連梁高度一般為700，寬度同墻厚;普通鋼筋混凝土柱截面為1200×1200、600×800~1800、600×600等，轉換柱為帶芯柱的鋼筋混凝土柱，截面為 1400×1400。
案例十：瑞華高科技研發中心大樓
大樓高99.7米，設計獨特，扭曲直上。
擰麻花大樓
抗震并沒有問題
因為整個平面的旋轉，部分位置的懸挑長度很大，可能需要驗算豎向地震作用，裂縫和撓度也要嚴格控制。比如下圖，底部幾層的角部，懸挑非常大。
結構設計與普通建筑比起來，并沒有很大差異。就是工作量有點大，因為沒有「標準 層」的概念了，每一層的樓面梁板可能都得單獨設計。
設計理念源自： 瑞典馬爾默旋轉大廈
歐洲最高的摩天住宅。
建筑 高度190米，54層，分成9個單元體，每個單元體有五層，每層約 400平方米，單元體與單元體之間用一個夾層分隔。
以中央主柱串接，單元體之間以微量的旋轉 角度差相接，整棟建物由下往上共旋轉了90度。
大樓外墻厚度隨高度遞減，靠近地面層的外墻厚 2米，到大樓頂層時，厚度僅剩 40cm。
案例十一：廈門財富中心
? 地上39層，186.50m(主屋面)
? 總高度192m，全鋼結構
? 高寬比5.4
? 首層層高9.0m。標準層層高4.2m， 避難層層高4.8m
? 加強層：14、24層
? 逆作法
? 深井灌注樁
效果圖
平面圖
項目特點：
全鋼構、逆作法
不用外腳手架及木模板
絕大部分建筑材料為可回收材料
工期短、建筑垃圾少
實景圖
案例十二：廈門世僑中心
主樓：
帶支撐的內鋼框架-蜂窩形鋼 網格外筒結構體系，23層，112米。
主樓平面：矩形，49.60×33.60m，高寬比2.93。
外圍蜂窩形鋼網格：方鋼管斜柱+框架梁。
內部框架：8根鋼管混凝土柱+X和Y 向各兩跨支撐。
外圍框架梁與外圍斜柱剛接，樓面框架梁與核心筒鋼管混凝土柱剛接，與外圍梁(或外圍斜柱)鉸接。
樓蓋：鋼梁-鋼筋桁架組合樓板結構。
效果圖
結構體系
結構計算模型
案例十三：廈門世茂海峽大廈
效果圖
效果圖
結構體系：
(1)外框設置6根巨柱(見右圖)，截面形式為圓鋼管混凝土柱或型鋼混凝土柱，最大柱 截面直徑為3.2m，混凝標號為C70。
(2)沿建筑高度，結合建筑的機電層設置三 道環形桁架，桁架高度為2層高，即6m+3.6m， 沿立面的分布詳見圖4.2，環形桁架上下弦所在樓層的樓板厚度調整為300mm，以更好的發揮 環形桁架與混凝土核心筒間的協同工作作用。
(3)巨柱與環形桁架間設置次框架，次框架 的立柱為600x600的箱型截面;次框架梁暫定為高度為1000mm的H型鋼梁，以方便與巨柱、次柱及樓面鋼梁的連接。
(4)芯筒墻體的厚度及布置同原設計，但墻體混凝土等級在60層以下為C60，以上為C50。
結構體系：
環形桁架與巨柱在一起形成巨型框架，且可以作為“虛擬伸臂”起到協調核心筒與外框的作用，一定程度上改善了結構的抗側剛度，改善了常規伸臂桁架的一些不足之處，如巨柱的位置要求、外筒與巨柱豎向變形的差異引起的附加內力等。
但限于桁架高度有限，且“虛擬伸臂”對樓板及環形桁架桿件的剛度要求很高，故結構 效率相對常規伸臂桁架略低。
次框架填充于巨柱與環形桁架間，主要起到傳遞豎向荷載的作用，故次柱截面尺寸可顯著減小，改善了建筑的立面及室 內效果，能較好的實現業主的要求。
案例十四：廈門國際中心
廈門國際中心總建筑面積18.56萬平方米，建筑高度339.88米，地下4層，地上61層，集超甲級寫字樓、單元式辦公、高檔會所、觀光等為一體，是福建省第一高樓。
主體結構采用鋼筋混凝土核心筒+ 鋼框架+鋼支撐體系。
效果圖
結構抗側力體系選型
? 抗側力體系：框架-核心筒-巨型支撐-伸臂桁架
結構布置-核心筒
混凝土：C60
翼墻厚度1300mm~800mm
腹墻厚度750mm~700mm
結構布置-框架柱
外框架柱
矩形鋼管混凝土柱
鋼材：Q345GJ
自密實混凝土：C70~C50
結構布置-巨型支撐
結構布置-標準層
框架梁
焊接H型鋼
鋼材：Q345
樓板 核心筒內130mm(現澆) 核心筒外120mm(組合) 加強層200mm(組合)
結構布置-加強層
案例十五：建發國際大廈
樓地面以上共48層，建筑高度 215m，采用鋼管混凝土-鋼梁-混凝土核心筒體系，利用設備層布置兩個加強層(15、31層)，樓面采用組合樓板。
核心筒外圍剪力墻厚度，底部為900mm，四層以上為700mm，鋼管混凝土柱外徑約為1300mm～ 1450mm，柱子的豎向傾斜隨建筑立面傾角約1 -6度。
外圍框架梁與柱剛接，內部徑向框架梁與墻鉸接、與柱剛接，伸臂桁架與墻剛接、與柱鉸接。
總層數：48層 加強層：15層，31層
案例十六：廈門東南國際航運中心
廈門東南國際航運中心--建筑模型
廈門東南國際航運中心--建筑剖面
廈門東南國際航運中心-- 26~40軸結構模型
廈門東南國際航運中心-- 40~26軸結構模型
廈門東南國際航運中心--二層結構布置圖
廈門東南國際航運中心—六層結構布置圖
廈門東南國際航運中心—十層結構布置圖
廈門東南國際航運中心—十五層結構布置圖
廈門東南國際航運中心—十七層結構布置圖
廈門東南國際航運中心—二十二層結構布置圖
案例十七：萬科金域華府
屈曲約束支撐
在受拉與受壓時均能 達到屈服而不發生屈 曲失穩的軸力構件。
小震下主要控制指標對比
在多遇地震作用下，采用屈曲約束支撐減震結構的Y方向最大層間位 移角較原結構方案減小了14%，滿足規范的層間位移角1/750的限值要 求，其他各項指標也均能夠滿足現行規范的控制要求。
案例十八：杏林灣商務營運中心
型鋼-砼框架-核心筒結構，
地下3層，地上50層，高度超限，總高度250m。
1、 勁性混凝土柱+鋼管混凝土柱。
2、深井灌注樁。
案例十九：廈門火車北站
廈門火車北站——整體鳥瞰圖
廈門火車北站
案例二十：廈門海峽明珠大廈
1、地上50層，總高度232m。
2、內部鋼筋混凝土核心筒。
3、外圍鋼管混凝土框架柱與 鋼梁組成的框架。
4、伸臂桁架，建筑16、32層，每個加強層X、Y向分別設置四道伸臂，伸臂采用高度等于層高的桁架連接核心筒和外圍框架柱。
5、頂部采用鋼管混凝土斜柱來實現建筑要求的外立面傾斜。
效果圖
斜柱結構選型
廈門海峽明珠大廈主塔結構
案例二十一：廈門帝景苑
廈門首個超高層住宅項目，5 幢62層，258米高，全鋼結構精品住宅。
效果圖
結構體系及基礎形式
鋼框架+鋼支撐+鋼板剪力墻(約束屈曲支撐、阻尼器)
矩形鋼管柱最大尺寸 2500*2500
鋼管柱最大鋼板厚度 80mm
灌芯混凝土強度 C70~C50
鋼板厚度小于35mm時Q235B、Q345B
鋼板厚度大于35mm時 Q345GJ、Q390GJ
基礎形式： 大直徑深井灌注樁、樁端持力層為中風化花崗巖
最大樁徑4.50米 最大樁長50.0米 平均樁長30.0米
鋼筋混凝土剪力墻結構戶型與鋼結構戶型結構面積比較
經過比較，鋼筋混凝土剪力墻結構戶型的戶內豎向構件面積明顯高于鋼結構戶型，兩者相差約戶型面積的14%。這就意味著客戶每買100㎡的鋼結構戶型，就會多得到14㎡，扣除25%的公攤后也可多的10.50㎡。
案例二十二：特房波特曼大廈
由兩座主樓組成，均為48層，高度220m，地下室共三層，采用鋼管混凝土柱框架-筒體結構。各擬建物對差異沉降敏感，建筑結構安全等級為二級，地基基礎設計等級為甲級。
效果圖
場地風化槽斷面示意圖
地基基礎優化
? 原設計：持力層中微風化巖。沖鉆孔（詞條“鉆孔”由行業大百科提供）樁，樁徑1200，樁長約90米。
? 問題1、施工難度大，澆搗困難。
? 問題2、樁身混凝土難密實。
? 問題3、樁太長，垂直度難控制。
? 問題4、造價太高。
方案一 (樁端持力層為碎裂狀強風化巖)
沖鉆孔灌注樁樁-筏-土協同作用計算分析：
土體地基承載力修正后為 fa=458.73kpa, 單樁持力層為(碎裂狀)強風化。
樁混凝 土強度等級為C40，框架柱下樁長為57.0米 ~64.0米，采用每柱下3樁，共60根;核心筒下樁長為60.0米~75.0米，梅花型布置， 共94根，單樁豎向承載力特征值12000KN。 核心筒下筏板厚為4.5米，其余板厚為3.0 米，考慮水浮力的有利影響時，取其水浮 力為75 KPa，土體彈簧剛度取為6.0MPa。
方案二 (樁端持力層為散體狀強風化巖)
沖鉆孔灌注樁樁-筏-土協同作用計算分析：
土體地基承載力修正后為 fa=458.73kpa,單 樁持力層為(散體狀)強風化。
樁混凝土強度等級為C40，框架柱下樁長為43.0米 ~50.0米，采用每柱下3樁，共60根;框架柱下單樁豎向承載力特征值8200KN.核心筒下 樁長為53.0米~64.0米，梅花型布置，共94 根。
核心筒下單樁豎向承載力特征值 11000KN。核心筒下筏板厚為4.5米，其余板 厚為3.0米，考慮水浮力的有利影響時，取 其水浮力為75 KPa，土體彈簧剛度取為 4.0MPa。
樁平面布置同方案一。
方案對比
方案一 ：樁長為61～75m，比較長，施工較為困難，但是整個樁反力呈內大外小，整個沉降變形減少，整個承臺的彎矩和核心筒沖切力減小。
樁所承擔總荷載的73.46%，水承載總荷載的8.98%，土體所承擔總荷載的17.56%。
方案二 ：樁長為43～64m，有所減少，但是整個樁反力呈內小外大，整個沉降變形加大，整個承臺的彎矩和核心筒沖切力增大。
樁所承擔總荷載的59.63%，水承載總荷載的 8.98%，土體所承擔總荷載的31.4%。
案例二十三：廈門高崎國際機場T4航站樓
廈門高崎國際機場T4航站樓
問題：風荷載取值出現較大偏差。主樓錐形圓鋼柱，原設計斷面 Ф2100～800×40，經優化后，設計斷面減為Ф1800～800×40。斷面積 減少約30%。
案例二十四：廈門國際會議中心
新建A區大會議廳。
新建東西主入口長廊雨棚和門廳。
AB連接區，在8m標高新加25.2m跨鋼樓蓋結構。
AB連接區，原開放通廊，改為大會議室，增加吊掛荷載。
廈門國際會議中心效果圖
AB連接區，原設計為A區與B區之間通廊的屋蓋，為室外開敞建筑，采用輕型大跨度鋼桁架 結構。
在8m標高設置整層樓板，新加大跨度樓蓋采用25.2m跨鋼結構梁，梁高1.2m。
鋼桁架改造后，作為大型會議室，立面封閉，增加裝飾吊頂和燈具，以及隔聲材料，新增加構件與原桁架通過抱箍連接。
節點設計
AB連接區增設大跨度樓蓋
鋼柱與原混凝土柱通過抱箍和錨栓連接，鋼梁下設置鋼柱，作為鋼梁支座節點處的安全儲備。
25.2米大跨度鋼梁與矩形混凝土 柱側面連接節點。
案例二十五：廈航總部大廈
廈航總部大廈由一棟辦公樓和一幢高級酒店及裙房等附屬用房組成，總建筑面積為17.32萬m2。其中辦公 樓高度185米，結構高度167.25米，建筑面積為5.495萬m2,地上34層， 地下3層。酒店高度140米，結構高 度127.65米，建筑面積為6.477萬m2，地上33層，地下3層。主體結構采用 鋼框架+支撐體系。裙房結構高度23.75m，主要層高6m，并分為兩個部分，第一部分為獨立一塔，第二部分與酒店相連一體。
效果圖
--辦公樓主體結構特點
(1)樓層平面整體性不強。
(2)核心筒較小且偏置。
(3)附屬結構頂部變化較多。
(4)首層柱高度達18米，第二層結構高度為6米，穿層柱24米。
對于首層部分柱高度過長、剛度削弱達24米，設計中，與建筑師配合，在柱間設置約束屈曲支撐，提高結構的剛度，保證上下層剛度比（詞條“剛度比”由行業大百科提供）盡量合理。對于樓蓋結構，采用鋼筋桁架樓承板與樓面H型鋼梁形成組合樓板結構。
底層柱屈曲分析
結構底層中存在跨層中庭，該處柱子跨層高度較大，躍層柱子高度達24m。為了準確計算躍層柱子的承載力，對跨層柱進行了計算長度分析。
通過SAP2000建模，分析得出屈曲因子，從而得到臨界荷載Pcr。通過歐拉公式反推出構件的等效計算長度Le。
辦公樓約束屈曲支撐分析
首層高度為18米，第二層高度為6 米，且部分柱為越層柱，因此需要在首層和第2層設置屈曲約束支撐，提高結構抗震性能。
辦公樓樓板處理措施
地震作用下：第15層、25層、32層、37層樓板 S11和S22方向大部分樓板應力值在1.6Mpa以內。
局部樓板存在應力集中情況，S11應力最大值達到5.4Mpa，需對局部樓板進行加強。
S22方向樓 板應力最大值為4.6Mpa，應適當增加配筋。
風荷載作用下：第15層、25層、32層、37層樓 板S11和S22方向大部分樓板應力值在1.3Mpa以內。
局部樓板存在應力集中情況，S11應力最大值達到4.3Mpa，需對局部樓板進行加強。
S22方 向樓板應力最大值為5.4Mpa，應適當增加配筋。
對于上部結構的細脖子處，樓板應力增大并不明顯，可能是因為附屬電梯筒剛度較大的原因。 為安全起見，對細脖子處，增加設置了交叉支撐。
作者致謝：
本報告的圖片資料，來自：
(1)相關設計單位超限高層抗震設防審查的報審材料;
(2)相關設計單位的結構總工程師、項目設計師提供的珍貴文檔。
僅此，向各項目的原設計單位和設計人員表示衷心感謝。
