是一项必不可少的工作。
影响结构技术经济指标的因素众多，单从建筑的
几何方面考虑就有层高、结构跨度、高宽比、平面形
状及其规则程度、竖向体型及其规则程度等因素，只
要其中任何一项建筑造型或尺度变化都会影响着技术
超高层钢结构体系适用高度
体系大类 共同作用结构体系 部分整体作用结构体系
整体作用结构体系
体系类型
框架-支撑 带伸臂桁架框架-支撑
结构体系选型应根据建筑高度、基本风压、抗震 设防类别、抗震设防烈度、抗震性能目标、建筑平面 形状与体型、地基条件、结构材料和施工方法等因素， 经过技术经济和使用条件综合比较后确定。超高层建 筑结构体系应符合下列三方面的基本要求：1）应具有 明确的计算简图和合理的风荷载及地震作用传递途 径；2）应具备必要的承载力、刚度、稳定性、良好的
框筒-内柱 对角支撑筒体-内柱
脊骨-框架 巨形支撑外筒、无内柱
成束筒 空间桁架 脊骨-桁架
表3
适用范围
30～45 层 30～60 层 40～80 层 40～90 层 40～90 层 50～150 层 50～110 层 50～150 层 50～150 层
钢筋混凝土结构体系适用高度与高宽比
表4
体系大类 共同作用结
整体作用等三大类别，并结合其它的参考文献，提供
钢结构、混凝土结构各种体系类型的建议适用高度分
别见表 3 和表 4。超高层结构体系的发展历程应为由 初始低效能的共同作用体系迈步到中途中等效能的部
分整体作用体系，再进步到最终高效能的整体作用体
系。文[8]提供钢管混凝土结构各种体系类型的适用高 度，见表 5。表 3～5 可供超出现有国家规范[9,10]或高 度的超高层建筑结构体系选型时参考。不过值得提醒
第 40 卷 增刊
建筑结构
超高层建筑结构体系方案优选
2010 年 6 月
陈孝堂
（深圳市科之谷投资有限公司，深圳 518035）
[摘要] 分析了结构材料、结构体系适用范围、经济性、施工方法、抗震性能目标、建筑美观、科研创新等方面对 超高层结构体系选型的影响，指出超高层结构体系方案不能仅依靠上述 1 个或几个方面的因素进行选型，而应通 盘考虑上述各方面的因素后进行综合优选。 [关键词] 混合结构；用钢量；施工方法；建筑美观；抗震性能水准；创新
的钢结构常用结构体系的房屋适用高度，这些规定都
是我国历年大量工程设计实践与研究成果的成熟经验
总结，常规高层建筑结构工程设计应遵守。
通过对国内外更广泛的工程设计实践或研究新旧
成果的总结，文[4]，[2]分别列举钢结构、混凝土结构 各类结构体系的适用高度。在利用这些成果的基础上，
将超高层建筑结构体系分为共同作用、部分整体作用、
混凝土结构的优点是可塑性强、用钢量小、取材 方便、施工简便、价格便宜、维护成本低，加上有抗 震墙组合的各种高效结构抗力体系的应用，混凝土和 钢筋强度等级不断提高，促使混凝土结构在超高层建 筑建造中得到迅速应用。混凝土结构的缺点是自重大、
结构的延性较差、施工速度较慢、结构构件占用的面
积与空间较ห้องสมุดไป่ตู้。
钢-混凝土混合结构是指钢构件、钢与混凝土组合
Optimization program of ultra-high-rise building structural system Chen Xiaotang
(Shenzhen Kezhigu Investment Co.,Ltd. , Shenzhen 518035, China) Abstract: From the structural material, structural system, the scope of application, economy, construction methods, seismic performance objectives, research and innovation in high-rise structural system analysis of the impact of selection, pointed out that the super high-rise structure system programs can not just rely on a single or a few aspects of the above-mentioned factors that selection，but should take into consideration all aspects of the above-mentioned factors and make a comprehensive optimization. Keywords: hybrid structure; steel capacity; construction method; architectural aesthetics; seismic performance level; innovation
层建筑的主要结构材料，尤其是钢—混凝土混合结构
有增速的发展趋势。另外，文[7]也指出 90 年代上海
超高层建筑采用的结构材料已从采用钢结构、混凝土
结构转向采用钢-混凝土混合结构的发展趋势，这种发
展趋势是适合中国国情的。
钢-混凝土混合结构另一大优点可以发挥钢管混
凝土柱的强度高、刚度大与塑性变形大的优势。此外，
图 1 迪拜塔（哈利法塔）照片
还可以采用钢管混凝土叠合柱（简称叠合柱）与组合 柱。叠合柱与组合柱是指截面中部的钢管混凝土和钢 管外的钢筋混凝土叠合而成的柱，两者的区别在于前 者是先浇筑中部的钢管混凝土后浇筑钢管外的钢筋混 凝土的，而后者是同步浇筑钢管内外混凝土的。叠合 柱与组合柱除了具备钢管混凝土柱的优点外，还具备 更好的抗火、抗爆、抗冲撞性能以及方便施工等优点。 钢管混凝土结构体系是指采用了钢管混凝土柱的结 构。目前为止在广州和深圳两地的超高层建筑中应用 钢管混凝土结构的工程较多，如广州中华广场 （H=239m）、广州合银广场（H=213m）、深圳地王大 厦（H=384m）和深圳赛格广场（H=292m）等都采用 了钢管混凝土柱，其中地王大厦、赛格广场分别采用 了矩形截面和圆形截面的钢管混凝土柱。 2 结构体系适用范围
的是，根据广州、深圳等地使用钢管混凝土结构的实
践经验，当有可靠依据时，钢管混凝土结构房屋的最
大适用高度可以突破表 5 的相关规定。 3 经济性与施工方法
在评判一个结构体系的优劣时，人们会习惯采取
每平米的用钢量作为结构技术经济指标进行直观判
定。工程用钢量大小直接体现工程投资的节约程度， 因此，把工程用钢量作为结构技术经济指标进行分析
构体系
部分整体作 用结构体系
整体作用结 构体系
体系类型
框架-剪力墙 剪力墙
框架-核心筒 框架-核心筒-伸臂
框筒-内柱 填墙桁架外筒-内柱
脊骨-框架结构 筒中筒 成束筒 巨型框架
巨型柱-核心筒-伸臂
适用高度
30 层以下 120m 以下 30～40 层 120m 30～50 层 200m 50～100 层 400m 40～80 层 300m 50～100 层 400m 30～80 层 300m 50～100 层 400m 50～110 层 450m 30～150 层 500m 50～150 层 600m
从由表 1、2 可知，结构材料的发展情况如下： 20
世纪 90 年代以前是世界超高层建筑采用钢结构建造
的鼎盛时期；20 世纪 90 年代至 21 世纪初，混凝土结
构、钢-混凝土混合结构在超高层建筑中的应用得到迅
速发展趋势，它们在超高层建筑中的总量已超过钢结
构，混凝土结构、钢-混凝土混合结构已成为当代超高
世界 100 栋最高建筑结构材料统计
表1
结构材料 钢结构
混凝土结构
钢-混凝土混合结构
不确定
截至 1990 年 51 19 25 5
截至 2002 年 37 23 32 8
中国 100 栋最高建筑结构材料统计
表2
结构材料 钢结构
混凝土结构
钢-混凝土混合结构
截至 1987 年 5 91 4
截至 1998 年 3 79 18
高层建筑结构有如下的主要受力特点：随着房屋 高度的增加，除结构承受的竖向力与高度成正比外， 结构承受的弯矩与高度的二次方呈指数曲线上升，结 构的水平位移与高度的四次方呈指数曲线上升。对于 高层建筑结构尤其是超高层建筑结构，水平风力与地 震力将成为控制结构设计的主要因素。一般来讲，竖 向荷载所需结构材料的数量与层数成线性关系增加； 而抵抗水平荷载所需结构材料的数量与高度成指数关 系增加，需要使用更多的结构材料来抵抗水平荷载。 因此，一个好的结构体系方案其实质是一个比较高效 的抗侧力结构体系方案，选择最高效的抗侧力结构体 系方案成为了超高层建筑结构设计中首要的核心环 节。
0 前言 梁思成先生表达建筑的内涵是文化艺术、科学技
术和工业经济互相交集的综合产品。众所周知，近现 代高层建筑的迅速发展是与经济与科学技术的发展密 切相关，同时还反映出时代艺术的鲜明特色。当代高 层建筑的发展出现了两个趋势：一是世界高层建筑数 量在持续增加，世界最高建筑记录被迅速竞相突破； 二是在亚洲，中国已成为世界上高层建筑发展的主要 区域，目前世界上最高建筑的前 10 名大多集中在亚 洲。例如高度达 828m、160 层的世界第一高楼——迪 拜塔（现已更名为哈利法塔）更成了阿联酋经济和当 代技术成就的见证，见图 1。只要有值得建设的需要 和足够的经济实力，当前的建筑结构技术已完全能建 造 1000m 高的摩天大楼梦想成真。在超高层建筑设计 中，结构体系不仅对超高层建筑结构的安全性与经济 性影响巨大，而且对开拓建筑空间形式和使用功能的 帮助最大，是超高层建筑结构设计及建造中最关键的 核心技术体现，因此结构体系方案优选显得十分重要。 1 结构材料