超高層建筑的案例
OptiStruct在超高層建筑結構優化中的應用
在復雜超高層結構設計中，利用OptiStruct的優化功能，可針對設計的不同需求對結構構件尺寸進行優化，并根據靈敏度分析的結果評估各設計變量對目標函數的敏感度。本文以兩個超高層項目的結構優化為例，分別介紹了OptiStruct在結構剛度優化，造價優化和周期優化上的應用。
曹倩_OptiStruct在超高層建筑結構優化中的應用.pdf
18m深基坑對臨近超高層建筑物的影響有限元模擬
1 工程概況
某深基坑距離98m高層建筑物僅18.6m，如圖1所示。該深基坑長度91.25m，寬25.75~32m，開挖深度18m，支護樁樁徑1.2m，樁長40m。支護結構采用3道內支撐，標高分別為-0.5m、-6.5m、-12.5m。臨近高層建筑物高98m，采用樁箱基礎，距該深基坑18.6m。使用ABAQUS分析該深基坑開挖對臨近超高層建筑物的影響。
圖1 工程概況
2 有限元分析模型
分析模型有限元網格劃分如圖2所示，共劃分54余萬網格單元。
圖2 網格劃分
初始地應力平衡如圖3所示。
圖3 初始地應力平衡情況
3 結果及分析
基坑開挖18m后，高層建筑側向位移如圖4所示，最大側向變形為1.93mm。
圖4 高層建筑側向變形
基坑開挖18m后，高層建筑的彎矩如圖5所示，最大彎矩為378.8kN.m，位于首層中部區域柱中。
圖5 高層建筑結構彎矩
基坑開挖18m后，高層建筑結構應力如圖6所示，最大應力為31.9MPa，位于首層中間位置柱與底板交接處。
圖6 高層建筑結構應力云圖
基坑開挖18m后，支護結構側向位移如圖7所示，最大側向位移為8.9mm。
圖7 基坑支護結構側向位移
基坑開挖18m后，內支撐結構的彎矩如圖8所示，最大彎矩為1438kN.m。
圖8 內支撐結構彎矩
展開 中國華潤大廈超高層創新技術詳解
典型梁柱全偏心節點設計，在中國高震區的超高層建筑上首次采用
在高達68.4米的建筑塔冠設計上采用了輕質空間結構，以適應建筑斜肋構架的體量，在頂層天際大廳實現最大化的開放空間。
建造中的“春筍”錐頂，攝于2017年6月
公共辦公區和休憩區沒有立柱遮擋，室內可以沿玻璃幕墻盡享360度自然采光，室外則一覽海、湖、公園和高爾夫球場四重景觀，提升空間環境的舒適度。
核心筒斜墻過渡設計
由于“春筍”頂端逐漸收窄，核心筒需要在高層收進。除了減少核心墻壁厚度外，在建筑高層區域定制了錐形過渡的核心筒。
考慮到上部結構重量已經較小，結構設計采用四面斜墻過渡的解決方案，將核心筒統一收進，以確保建筑和結構效益，并且增加了凈建筑面積。這一解決方案現已廣泛應用于國內其他超高層建筑設計。
高層核心筒局部變化示意圖
提升用戶舒適度（Outrigger damper to reduce wind vibration）
臺風地區的高層建筑設計必須考慮風的因素。為華潤總部進行風工程相關設計和研究，大廈的高度、形狀、塔尖和外觀都經過精細調整，以改善在不同風荷載下的性能。
同時，也重視強風作用下大樓用戶的舒適度，風致振動會引起用戶不適，為了確保中國華潤大廈的高品質要求，我們采用粘滯阻尼裝置減輕風致振動，為用戶營造更舒適安心的工作環境。
展開 高層建筑抗風設計的幾個問題
建議超高層、臨海密集區高層建筑、異型建筑應進行風洞試驗。
控制隱框玻璃幕墻的使用高度。建議高度超過100m的玻璃幕墻采用明框、半隱框的做法。
控制板塊的尺寸。建議隱框幕墻板塊的面積不宜超過4m2，開啟扇板塊面積不大于1.5m2。現在許多工程的隱框板塊，尺寸非常大，甚至超過6m2，這些板塊承受的風力使得膠縫寬度達到無法接受的程度，只能使用超高強度結構膠才能過關。
玻璃品種。有脫落風險部位應采用夾層玻璃，明確玻璃材料選用要求。高層玻璃幕墻優先選用超白玻璃和均質鋼化玻璃，降低玻璃內部缺陷率。
五、增加減震裝置
▲風阻尼器（TMD、質量調節阻尼器）
減小風力對超高層建筑的影響，最新的技術是在超高層建筑設置一種風阻尼器（TMD、質量調節阻尼器）的裝置，能有效地減小強風力對超高層建筑產生的搖晃。
上海環球金融中心，安裝了兩臺用來抑制建筑物由于強風引起搖晃的風阻尼器。當遭遇6級以上強風時，建筑內的人會有輕微搖晃感。考慮到上海時常遭遇臺風襲擊，設計時，特別安裝了這樣的風阻尼器。
▲臺北101
建筑高度508米。采用新式的“巨型結構”，在大樓的四個外側分別各有兩根巨柱，共八根巨柱，每根截面長3米、寬2.4米，自地下5層貫通至地上90層，柱內灌入高密度混凝土，外以鋼板包覆。大樓的外形設計成鋸齒狀，經由風洞測試，能減少30-40%由風所產生的搖晃。為減少風荷載下的側移，每隔8層設一道剛桁架加強層。
為了因應高空強風及臺風吹拂造成的搖晃，大樓內設置了風阻尼器（質量調節阻尼器），即在88至92樓掛置一個重達680噸的巨大鋼球，利用擺動來減緩建筑物的晃動幅度。
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史詩級大片"山竹"登陸我國，那些高層建筑還安好嗎？
外維護結構損壞主要由下列原因造成：（1）由于風力太大，高層建筑，特別是高層鋼結構建筑層間側移過大；（2）群樓的狹管效應引起；（3）風致效應引起；（4）面板強度不夠引起；（4）設計不合理引起（包括：造型奇特、迎風面太大、玻璃沒有夾膠等）。
▲ 提升高層建筑抗風能力的措施
1、控制建筑物的造型：最好的建筑平面就是最沒有特色的圓柱體或者正多棱柱。若是正方形，角部宜切掉了一小部分，使平面形狀沒有直角或者銳角。建筑外表面也要盡量的光滑，各種裝飾性的突起要盡量避免。仔細觀察一下全球400米以上的超高層建筑，絕大多數也都是這個造型。
2、優化結構構件：高層建筑一般是結構柔度大，自振頻率比較低，如果與風振頻率接近，在風的作用下振幅就會很大（共振）。改變自振頻率有很多辦法，最直接的辦法就是通過優化結構構件（梁、柱、剪力墻、支撐）的尺寸和布置，把結構的自振頻率控制在合理的范圍內，使得建筑在風的作用下保持較好的舒適性。
3、增加減振裝置：超高層建筑，因為高寬比太大，結構太柔，僅通過結構設計調節，難于有效改變結構的自振頻率。特別是鋼結構建筑，阻尼比較小，需要在一些特殊的部位設置風阻尼器（TMD、質量調節阻尼器），或設置阻尼墻、偏心支撐、屈曲約束支撐等耗能構件，達到減少風致效應、提高舒適度的目的。
一、控制建筑物的造型
風是紊亂和隨機的，風對建筑物的作用十分復雜，規范中關于風荷載值的確定，適用于大多數體型較規則、高度不太大的單幢高層建筑。對風敏感的高層鋼結構建筑，及高層鋼結構建筑群，其體型宜做專項設計：
單體建筑的體型系數應盡量小。其體型應有利于建筑物減少受風面積，從而減少風荷載對建筑物的影響。
展開 拓撲優化技術助力尋找高層建筑支撐體系最優布置方案
結構體系的高度限制
高層及超高層建筑發展趨勢之一是支撐大型化，建筑外圈的大型立體支撐結構體系為大型角柱、橫跨整個建筑面寬的水平桁架梁及X型或人字形斜向支撐組成，形成高層建筑有效抗側力體系，如1979年建成的美國芝加哥John Hancock中心大廈，1989年建成的香港中國銀行大樓，2005年建成的英國倫敦Broadgate Tower等均采用大型化支撐抗側力體系。
John Hancock中心大廈，美國芝加哥
中國銀行大樓，中國香港
Broadgate Tower，英國倫敦
在多高層建筑設計中，什么樣的巨型支撐才是最合理最高效的布置方式呢？工程師們圍繞這個問題展開了思考。
對高層建筑風荷載分析時，其實就是對抗側力單元的分析。一般來說，建筑結構不僅要承擔垂直荷載和水平荷載，還要抵抗地震作用。對于低多層結構中，水平荷載對結構影響很小，不起主要控制作用，但在高層及超高層建筑中，水平荷載作用和地震作用將起主要控制作用，所以，高層及超高層建筑結構設計只有具有較大的承載能力和剛度，才能保證側向變形在允許范圍之內。一般地，將高層建筑簡化為一維豎向懸臂梁結構。
展開 一文讀懂數字技術在超高層鋼結構上海中心大廈中的運用
▲幕墻安裝實錄
因此，上海中心的幕墻參數化設計與BIM設計，在500米以上的超高層建筑幕墻設計中，具有廣泛的指導意義。
來源：鋼結構
高層建筑附著腳手架在爬升過程中的動力響應分析
腳手架是建筑結構施工或外墻裝飾作業中一種較為重要的輔助施工設施。超高層建筑腳手架架體構造部分由傳統的扣件式鋼管腳手架發展而來，然而與傳統腳手架不同的是，超高層建筑中的附著腳手架在作業中除了承受豎向荷載作用外，水平風荷載亦起主要作用。
為考察此類腳手架在風荷載作用下的動力響應，本文以某實際工程為例，選取典型的腳手架區間，采用ANSYS軟件進行有限元建模和動力響應分析。
單元架體跨度取5.3m，跨度內立桿縱距1.5m，橫距0.8m，步高1.9m，共9步半，支架離墻距離0.4m，腳手架總高度19m，樓層高度110m，寬度33.4m,項目所在地風壓是0.35kN/m2，地面粗糙度為D類。
拉桿采用link8單元；框架采用beam189單元,硬拉結約束采用彈簧單元combin14，其中彈簧剛度取10000N/mm，材料屬性:彈性模量2.1e5N/mm,泊松比0.3，密度7850kg/m3，結構有限元模型如下：
首先對該結構進行了常規的靜力分析，靜力分析時的主要荷載包括結構的自重，活荷載按作業水平投影面積0.5KN/m2考慮，風荷載按照荷載規范P58-59計算，荷載組合取1.2恒+1.4風+1.4*0.7活，最后得到的位移云圖如下，可見靜力分析情況時，結構最大位移大約34mm。
風荷載按照成分來分一般分為平均分和脈動風，在靜力計算時，脈動風按風振系數加到平均風壓上考慮，而在進行動力時程分析時，則應把脈動風按隨機荷載來考慮，利用諧波疊加法采用Matlab編制響應程序，即可得到迎風面不同標高處的風速時程曲線。
展開 論超高層電梯如何應對快節奏生活
時常會有人問起在超高層大樓內部辦公等電梯是不是要等很久的問題，我想在這里首先要弄明白一個高層建筑中電梯分區的事情。
首先高層建筑中的電梯組的數目是有明確嚴格要求的。其中辦公建筑一般來說按建筑面積5000㎡/臺來計算電梯數目，想要舒適點的話可以按4000㎡/臺來計算，辦公用電梯額定載重人數為15-20人左右，24人為上限。
當建筑物層數超過25層或建筑高度超過75m的時候電梯就會采用垂直分區的設計。比如一個建筑面積為10萬平方米的高層建筑一般會需要用到25-30臺電梯（包括消防電梯和服務電梯），那么電梯就會分成高低區兩組或者高中低區三組電梯組來運行。各區電梯組各司其職，如圖所示
那你就會奇怪比如說低區電梯去到高區的時候就干嘛了，這里我拿一個我曾經做過的項目來說明一下
這里我只截取核心筒部分出來解釋會看得更清楚一點，我分別用了一層，十二層和二十層的核心筒來說明問題，首先我們可以看到一層的所有電梯都是被使用的，也就是說所有電梯都會停在一層，他們此時是低區電梯。
展開 【實際項目】基于ANSYS某超高層大型深基坑支撐結構內力計算分析
深基坑支護體系包括土體、圍護結構以及支撐結構，是一個保護影響域內建筑物等的空間動態體系。其中支撐結構是基坑支護結構的重要組成部分，它由支撐桿件、環梁、立柱、吊桿等構件組成，是一個承受圍護結構所傳遞的土壓力、水壓力的結構體系。支撐結構必須穩定、結點連接構造必須可靠，支撐與豎向圍護結構共同作用為基坑施工提供一個可靠的結構空間。
一般來講，基坑支撐結構計算方法分為如下三種簡化算法：
1、不考慮共同作用的簡化算法
該方法將水平支撐結構視為不動鉸，計算簡圖如下所示，但這種處理方法過高地估計了水平支撐結構對豎向圍護結構變形的約束作用。
2、平面框架計算模型
該方法是先對平面框架進行平面分析，分析得到產生單位法向變形值，美每延米的支撐力及支撐的等效剛度。再將支撐等效剛度作用于每層支撐結構處，并對圍護體系進行平面分析，力學分析模型如下所示。此種方法建模簡單有效，但一般適用于平面比較規則的支撐體系，且需要足夠豐富的工程經驗。
3、空間桿系分析方法
該方法假定豎向圍護樁余其后土體構成一個平面共同工作體系，每層水平支撐結構將豎向圍護樁連接起來，組成空間結構體系。該方法考慮了水平支撐結構形成的支撐樁間作用，受力明確，但此種方法建模工作量較大。力學模型如下：
本次分享的實際項目為某地超高層建筑深基坑支撐結構體系的計算，該超高層主樓地上51層，副樓地上32層，裙房地上8層，整體設置四層地下室，基坑開挖范圍約為84mX111m,主樓區域挖深23.6m，裙樓區域挖深21.6m，周圍布置地下連續墻，并設置兩道支撐。
基坑東側、南側為高層居民住宅區，樁基礎，一層地下室，基坑北側、西側為市政道路，人行道與道路下埋設有雨水管道、給水管道、通訊管道、污水管道、電力管道。
展開 世界最長中高壓懸垂電纜在中國尊完成安裝
遠東電纜擁有自主知識產權的超高層建筑用垂吊敷設電纜在中國尊等項目的應用，改善了超高層建筑受電端的供電品質，推動著超高層建筑的智能化發展，創新引領著超高層供電方式的重大變革，也是遠東智慧能源研發綠色建筑供配電系統高端產品、打造智慧產業鏈的實踐之一，將推動遠東智慧能源在綠色建筑發展、智慧城市建設浪潮中占領制高點、引領新風向。
中國鋼結構金獎——大連東港D10、D13地塊超高層結構設計分享
項目信息
建設地點：大連市東港區
結構類型：超高層辦公及住宅
結構高度：最高塔樓249.35m
建筑面積：556377㎡
所獲榮譽：中國鋼結構金獎
近日由四院擔當設計的大連東港D10、D13地塊項目順利竣工，該項目位于東港商務區核心地段，由兩棟高250m塔樓（D10地塊）及兩棟高200m塔樓（D13地塊）組成超高層建筑群組，是恒力地產在大連未來的城市新核和價值高地打造的高端綜合體項目。項目建成后已成為大連東港的新地標和大連高端住宅的標桿。
該項目整合了國際國內一流團隊鼎力打造，方案由美國MG2公司與同濟設計集團聯合呈現，設計四院承擔初步設計至施工圖階段的具體設計工作。本期“構思”我們將分別對這兩個地塊的超高層結構設計進行介紹。
D10地塊概況
業主：恒力地產
建筑性質：辦公及公建式公寓
建設地點：大連市東港區
結構高度：最高塔樓249.35米
層數：地下3層，地上68層
抗震設防烈度：7度（0.1g），并按安評報告提高
結構難點與挑戰
1.結構整體高寬比較大——以幕墻頂算，整體高寬比達到7.7，而國內一般200~250米的建筑合理高寬比為4.5~6左右，過大的高寬比使抗側力體系的設計成為挑戰。
展開 這類建筑，不得新建！國家最新發話
近期，國家發改委再提限高令，不得新建500米以上的建筑。今天，有關話題沖上熱搜榜一。
近期，國家發改委發布了《“十四五”新型城鎮化實施方案》，明確提出，要嚴格限制新建超高層建筑，不得新建500米以上的建筑。而且在方案中對新建250米以上的建筑，也提出要進行嚴格限制。
值得注意的是，全球超500米以上的高樓目前有10座。美國、韓國、沙特阿拉伯、阿拉伯聯合酋長國各有一座超500米高樓，剩余6均來自中國，分別為上海中心大廈、平安金融中心、廣州周大福金融中心，天津周大福金融中心和中信大廈。
發改委重提限高令
超高建筑曾受到熱捧，曾一度被認為是評判經濟發展的主要標志之一，但超高建筑同樣存在著維護成本高昂等問題。
今年7月12日，發改委公開了《國家發展改革委關于印發“十四五”新型城鎮化實施方案的通知》，通知中明確指出，嚴格限制新建超高層建筑，不得新建500米以上建筑，嚴格限制新建250米以上建筑。
此前，2021年6月19日，發改委就曾發布《國家發展改革委關于加強基礎設施建設項目管理，確保工程安全質量的通知》。通知第三條指出，對100米以上建筑應嚴格執行超限高層建筑工程抗震設防審批制度，與城市規模、空間尺度相適宜，與消防救援能力相匹配；嚴格限制新建250米以上建筑，確需建設的，要結合消防等專題論證進行建筑方案審查，并報住房城鄉建設部備案；不得新建500米以上超高層建筑。
實際上，中國住建部官網于2020年就曾提出“一般不得興建超500米建筑”的要求。
國內超500米建筑：共6座
目前，中國境內超過500米的的高樓共有6座，其中有1座雖然已經封頂，但多年未建成。
展開 繼636米后，綠地再造406米“光谷第一高樓”
▲406米光谷綠地中心鳥瞰圖
地標建筑本身不重要，
重要的是建筑帶給城市的改變。
它應該是融合于城市之中，
并能夠影響城市發展進程的，
與時尚潮流相融合，
并能引領潮流的。
光谷綠地中心位于光谷五路的光谷中心城核心區，總占地22.33萬平方米，總建筑面積110萬平方米，共由3座建筑物構成，其中最高的一座為400米的辦公樓，計劃將于2022年完工。施工方介紹，這一高度在成為光谷第一高樓的同時，也成為了全市在建的第5高樓。目前，武漢市在建高樓中的前4座分別為：武漢綠地中心(636米)、武漢天地天地匯(460米)、武漢中心大廈(438米)、武漢中信泰富(438米)。
▲規劃圖
A地塊將建設光谷片區規劃的是
“光谷第一高樓”406米的綠地光谷中心，
由綠地集團擬投資50億打造，
建筑共83層，
填補光谷中心城總部經濟、
金融辦公、頂級人居等高端板塊，
這是綠地集團在漢投資的第二座超高層建筑。
投資160億元的高樓將成為光谷新地標。
光谷綠地中心城，
這是繼武昌濱江綠地中心636之后，
綠地在武漢的又一超高層之作，
建成后的光谷綠地中心將是光谷第一高樓。
展開 世界最大的風阻尼器，大樓擺蕩可達1米，絕對的鎮樓神器！
高層的阻尼器有很多種實現方式，但大多都是隱藏起來的，像臺北101大廈這樣把它公開展示于公眾面前的很少有，于是它也引起了巨大的興趣。
風阻尼器可以把風勢造成的大樓搖擺降低至少三分之一，風阻尼器是24小時運轉工作，同時地震儀記錄了每次大樓的搖擺。
2015年8月8日，臺風"蘇迪羅"帶來強風暴雨，不僅使臺北101大廈以及觀景臺罕見暫停營業一天，臺北101大樓內的防震阻尼器擺動幅度達100公分之大，擺動幅度創史上最大。
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上海環球金融中心
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2008年8月建成的我國大陸第一高樓——上海環球金融中心，就是安裝了兩臺用來抑制建筑物由于強風引起搖晃的風阻尼器。專家稱，超高層建筑遭遇6級以上強風時，建筑內的人會有輕微搖晃感。考慮到上海時常遭遇臺風襲擊，因此特別安裝了這樣的風阻尼器。
上海環球金融中心風阻尼器的主要部分是由鋼索懸吊的兩個各重約150噸的配重物體，懸掛在90層（395米處）。當強風來襲時，該裝置使用傳感器來探測風力大小和建筑物的搖晃程度，并通過計算機經由彈簧、液壓裝置來控制配重物體向反方向運動，從而降低建筑物的搖晃程度。
使用了這一裝置之后，能把強風加在建筑物上的加速度降低40%左右，這樣一來，即使遭受強風襲擊，建筑內的人也基本感覺不到建筑物的搖晃。另外，風阻尼器也可以降低強震對建筑物、尤其是建筑物頂部的沖擊。
由于上海環球金融中心為超高層大樓，除依循國內風力設計規范外，還委托加拿大RWDI風洞試驗室研究大樓之風力設計載重。
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