0. 概述
在城市发展的趋势中，超高层项目已不再是简单的建筑结构要求，而是真正意义上的多功能建筑，是城市商业化、工业化的趋势。科技的发展为超高层建筑的发展提供了技术条件和物质基础。国民经济的持续稳定发展为超高层建筑的发展提供了经济保障。
世界高层建筑和城市人居委员会（CTBUH）发布的数据显示，2020年全球共有106座200米以上的建筑竣工，较2019年的133座下降20%。同时，CTBUH预测2021年竣工的高层建筑数量将增加125至150座，其中大部分位于中国。
从总体数量来看，2011年至2020年的10年间，高层建筑数量大幅上升，全球共有1123座200米以上高层建筑竣工。截至2020年，全球高层建筑数量已达1733座。CTBUH预测，2021年，全球高层建筑数量将达到1858-1883座左右。
我国超高层建筑的发展始于20世纪90年代，经过20多年的发展建设，我国超高层建筑也获得了快速的发展。我国已形成了比较完善的超高层建筑结构设计、施工规范标准体系，对保证工程质量起到了巨大的作用。200m+的超高层建筑在全国各地如雨后春笋般涌现，成为标志性建筑。
图片来自网络
世茂紧跟我国超高层建筑的发展步伐，凭借世茂多元化业务的整合能力，为城市贡献了近30座200米以上地标建筑，以突破性的技术构筑了超级项目，为城市打造了独特的名片。
我们来看看世茂300米超高层建筑的结构是如何设计的，限于篇幅，我们仅以以下项目为例。
1.长沙世茂环球金融中心（348米）
结构体系：钢管混凝土框架—核心管—伸臂桁架—环桁架
该项目主塔地上75层、地下4层，建筑总高度348.3米，结构高度335.3米，是世茂集团目前在建的最高超高层建筑。
主塔采用钢管混凝土框架+钢筋混凝土核心筒+伸臂桁架+环桁架的混合双抗侧力结构体系。钢筋混凝土核心筒为第一道防线，钢管混凝土框架、伸臂桁架、环桁架组成第二道防线，共同抵抗风、地震的水平作用。伸臂桁架和环桁架结合建筑的设备层和避难层设置。
框架柱采用钢管混凝土柱，由于与伸臂架连接的角部8根钢管混凝土柱承受巨大的垂直力，且有一定的抗侧刚度要求，因此在角部设置巨柱，以最大限度提高伸臂架的工作效率，并大大提高塔的抗侧刚度。中间8根柱设计为普通柱。
核心筒采用方筒组成，方筒平面基本呈正方形，位置居中，质心与刚度中心基本一致。核心筒采用钢骨架钢筋混凝土剪力墙结构，核心筒混凝土等级以C60为主（底部为C70），在提高构件抗压、抗剪承载力的同时，可有效减轻结构自重和抗震质量。伸臂钢构件贯穿翼墙。
结合建筑避难层及机电层，本工程采用三座伸臂桁架，并在核心筒壁面设置钢桁架，形成整体传力体系，优化结构效率。三座环形桁架也分别位于F22、F38、F52层。顶层屋面受建筑立面及使用功能影响，不作为计算需要，因此无需在外框四周设置环形桁架。
加固层三维轴测图
加强层布局
已完成的真实场景
2.上海世茂广场(333m)
结构体系：巨型框架-核心筒
上海世茂广场主楼地上60层、地下3层，建筑高度333米，屋顶高度约246米。1至6层为商场，7至60层为酒店，是世茂集团最早建造的超高层建筑。
主楼采用巨型框架-核心筒结构体系，平面形状为直角等腰三角形，中间为核心筒，三边为巨型框架。1至11层为钢筋混凝土框架筒，12层以上外围为巨型框架结构。11、28、47层的设备层用于配置周边巨型桁架，其余角部巨型柱组成巨型框架结构体系。为进一步增加结构刚度，减少楼层侧向位移，在周边桁架对应楼层还设置伸臂桁架。周边桁架之间设置钢框架作为次要结构。这样不仅增加了巨型结构的刚度，也方便楼层梁的布置。 采用巨型结构体系，不仅解决了上下竖向荷载的传递问题，还降低了周边柱间的竖向变形差异。由于12层以上角部巨柱向外移动1.5m，设计采用了斜柱折算的方法。
主楼立面
典型结构布局
主楼屋顶88m高的桅杆是另一项设计难题。设计采用圆形钢管截面，自下而上分为三段。为确定风荷载，进行了气弹模型风洞试验，结果显示高频抖振是决定等效静力风荷载的主导因素。在抗震计算中，将桅杆纳入整体结构模型，考虑鞭状效应的影响。根据上海市气象资料，对钢管在风作用下的疲劳强度进行分析，疲劳应力满足设计要求。对于柱脚的锚固，考虑将桅杆钢管置于下层巨柱外侧，向下插入至2层，同时加厚作为预埋端的屋面楼板，设置带SRC梁的巨柱。有限元分析结果证实，此设计可保证桅杆钢管的可靠锚固。 施工时采用自爬式提升系统，解决了高空吊装难题。
3.烟台世茂湾一期（323m）
结构体系：管中管
T1整体塔抗侧力体系为筒中筒结构，由内筒和外框筒组成。内筒由钢筋混凝土剪力墙组成，外框筒由钢框（型钢）混凝土柱和钢梁组成。外框筒底部通过斜柱、转换桁架等增加柱距。由于本工程竖向与水平方向刚度差别较大，为增加结构水平（Y向）刚度，在26层、46层（均为避难层）内筒两端沿Y向设置钢结构伸臂桁架，形成结构加强层。
外框筒柱位根据建筑图纸要求确定，外框筒相较于建筑外形局部内缩，这样可以通过改变楼板长度来满足建筑立面变化的需求。外框筒基本柱距为5.1m，由于本建筑高度及长宽比较大，分析其受力特性仍接近框筒，与框架有较大区别。为满足建筑功能要求，通过在底层建筑两端设置斜柱增加中间柱距，在上下两侧采用钢桁架作为转换构件，使L4及以下楼层柱距增加一倍。L54以上建筑两侧向内缩进1.4m，为避免竖向构件不连续，在L53、L54处采用斜柱方案。
由于本工程高度较大，超限较多，为满足抗震设防要求且经济合理，本工程框架筒柱主要采用钢框架（型钢）混凝土柱，框架筒梁主要采用钢梁，但在以下部分根据本工程特点作了一定改动：为使结构受力性能好且构造简单、施工方便，L5及以下框架柱采用钢管混凝土结构；为节省投资、施工方便，L41至L54框架筒柱采用钢筋混凝土结构（内设结构钢框架）；L55、L56、L57柱采用钢结构；
内筒平面形状为切角菱形，由于其高度较大，宽度方向长宽比过大，使得宽度方向侧向刚度较小。为提高宽度方向侧向刚度，结合建筑功能，在27层以下增加内筒宽度，并增加剪力墙厚度。由于本建筑外框筒侧向刚度较一般外框筒较小，计算表明本工程内筒承受的楼面剪力和倾覆弯矩仍较大，因此内筒仍为本工程最主要的侧向受力结构。为满足抗震设防要求，且经济合理，内筒在底部加固部位的剪力墙边缘构件内设置钢框架（型钢），在底部加固部位上方的剪力墙周边转角处及与楼面刚接钢梁连接处也设置钢框架（型钢）。
下区标准层平面图
转移平面图
变换后的桁架节点图
4.广州世茂汇金中心（320m）
结构体系：钢管混凝土框架—核心筒
该项目为集商业、办公功能于一体的超高层写字楼，地下4层，地上69层，屋面高度305.4m，建筑高度320m。
综合考虑建筑平面功能、立面造型、抗震（风）要求、建设工期及合理造价等因素，本项目塔楼结构受力体系采用外框架+伸臂桁架+腰桁架及核心筒组成多层防御结构体系，提供必要的重力承载能力和侧向刚度。
加固层示意图
框架部分采用圆形钢管混凝土柱+钢梁的结构形式。配合建筑体形需要，自B4层至55层沿建筑周边布置共17根钢管混凝土柱。因立面内缩，56层东北角AF轴柱取消，周边变为16柱。61层西南角AB轴柱取消，周边变为15柱。外框柱基本为斜柱，但倾斜角度较小，在0.1~2.9度之间。在倾斜角度或倾斜方向发生变化的楼层，水平分力按柱轴压力计算，直接传递到楼面钢梁，由框架梁平衡。
核心筒由周边墙构件和中墙构件组成上海世茂国际广场钢结构技术，为提高墙体的抗倾覆能力，周边墙构件较厚，中墙构件较薄，以减轻结构自重。核心筒剪力墙在第39层、第54层、第67层均有不同程度的回缩。
低层结构平面图
高区结构平面图
5.深圳前海世茂大厦（300m）
结构体系：钢管混凝土斜柱框架—核心筒
该项目为集商业、办公功能于一体的超高层综合体，办公塔楼地上63层，建筑高度294.3m，结构主屋面高度285.72m，顶部为塔冠，塔冠中部开槽形成双坡屋面。
塔楼建筑自下而上均匀旋转上升，并逐渐收拢，立面为向建筑内倾的扭曲面。为配合建筑造型及满足幕墙要求，结构外框柱需随立面向内旋转。为方便结构计算，外框柱简化为若干直线段，其中底部第一段与地面夹角为4.1度，中间各段夹角约为179.25度。塔楼首层平面尺寸为52.5m×52.5m，自下而上旋转的同时逐渐收拢，屋面层平面尺寸约为46.5m×46.5m。本项目为国内最高的扭曲建筑。
框架图
根据建筑设计理念及建筑特点，结合结构性能要求、经济合理性及施工因素，经分析比较多种结构方案后，塔楼采用钢管混凝土斜柱框架+核心筒混合结构。四周均布16根钢管混凝土柱，钢管混凝土柱内混凝土为C70。核心筒外壁厚度由低到高逐渐减小。
结构体系
核心管典型布置
扭转框架的水平分力通过梁柱节点传递给楼板，在传递过程中，力首先转化为外框架梁的轴力，再通过梁上的螺栓传递给楼板。在力的传递过程中，靠近节点的楼板受力较大，向远离节点的区域扩散，逐渐减小。因此，需要对节点区域的楼板进行加固。另外，在外框架梁上设置加强板带，与混凝土共同分担外框架梁传递的力。
垂直载荷分解图
外框架梁柱节点与楼板间的力传递
节点区域力的扩散与加固措施
根据本工程抗震性能目标要求，节点在竖向荷载、风荷载及小震组合下满足弹性设计要求，在中震组合下满足弹性设计要求，在大震组合下满足不屈设计要求。有限元分析中选取最不利的弹性设计工况与不屈设计工况组合，对角柱节点及边柱节点进行分析。角柱计算结果如下图所示。
弹性设计组合下，钢筋最大应力小于钢筋设计强度；混凝土压应力小于C70混凝土抗压强度设计值；非屈服设计组合下，钢筋最大应力小于钢筋强度标准值；混凝土压应力小于C70混凝土抗压强度标准值。
角柱节点弹性设计组合应力云图
角柱节点非屈服设计组合应力云图
6.南京世茂国际中心（双塔）（300米）
结构体系：办公塔楼采用框架-核心筒结构，公寓塔楼采用框架-剪力墙结构
南京世茂国际中心为集商业、酒店、办公、公寓为一体的超高层建筑，其中办公/酒店塔楼地上64层，总高约300米（含20米塔冠），公寓塔楼地上66层，总高约260米（含10米塔冠）。
办公塔楼采用框架核心筒结构体系，周边均布16根框架柱，办公区域柱距12.6m，酒店区域柱距11m。
办公区域典型平面图（下层及中层）
酒店区域典型楼层平面图（高区）
核心管典型布置
办公塔楼冠部东西两侧为“内凹式”顶部幕墙，采用斜柱+斜支撑结构。为配合建筑冠部造型，在冠部周边设置钢柱，顶部设置弧形空间钢框架，共同支撑幕墙并抵抗风荷载。
公寓塔楼采用框架剪力墙结构体系，主要抗侧力体系由中心矩形钢筋混凝土剪力墙及周边钢筋混凝土框架组成，周边均布框架柱16根，柱距分别为10.8m、9m，柱截面为矩形。
低面积平面图
高区平面图
7.深圳坪山世茂大厦（300m）
结构体系：框架-核心筒
塔楼主要为办公用途，地上57层，地下4层。建筑高度302m，大结构屋盖高度263m，塔顶高度39m。为满足建筑设计和使用功能的要求，以安全性、适用性、经济性为原则，综合考虑结构抗侧刚度、抗震性能、自重、施工可行性等要求。结合本工程特点，塔楼可采用的结构抗侧体系有：悬臂巨型框架-核心筒（混合结构）、悬臂疏柱框架-核心筒（混合结构）、疏柱框架-核心筒（混凝土结构）等结构体系。
本项目位于深圳，风荷载起控制作用，基础采用承载力较高的嵌岩桩形式，对结构自重敏感度较小，经费效果分析，混凝土结构具有一定优势。加之本项目建筑高宽比不大，悬挑桁架的设置对建筑使用功能及施工进度影响较大。经综合评估，采用混凝土框架-核心筒结构体系。
塔楼采用框架核心筒结构体系，四周均匀分布12根框架柱。框架柱根据建筑外形变化采用分段折柱形式，按建筑分区分为6段。角柱折角大于边柱折角，各分区及相邻分区框架柱折角控制不大于1°。
芯管回缩示意图
8.厦门世茂海峡大厦 (300米)
结构体系：框架-核心筒
该项目为商业综合体，包含A、B两栋超高层及裙楼。A塔楼功能包含SOHO及办公，B塔楼包含办公及五星级商务酒店，裙楼为商业、影院及酒店配套餐饮。A塔楼共64层，屋顶主体高度249米，屋顶钢架顶高300米。B塔楼共55层，屋顶主体高度249.9米，屋顶钢架顶高300米。
本项目A、B塔结构体系基本相似，均采用刚接混凝土柱、钢-混凝土组合梁、钢筋混凝土核心筒组成的框架-核心筒混合结构体系。为提高建筑整体刚度，利用建筑避难层沿高度方向设置两道腰桁，并适当增大各层外框环梁尺寸，以增加外框整体刚度。外框与中心筒共同抵抗水平风力和地震力引起的倾覆力矩，并承受水平地震剪力。
外框柱采用刚度混凝土框架柱，柱截面沿建筑高度逐级减小。因建筑立面造型的需要，A、B塔一侧的外框柱为斜度较小的斜柱。
A、B塔核心筒平面形状近似三角形，A塔29层核心筒一侧内收，B塔37层核心筒一侧内收。
标准楼面结构布置
加固层结构布置
9.绍兴世茂天空中心(288m)
结构体系：钢混凝土框架-核心筒
本项目主楼地上54层，屋面标高218.85m，总高280m。218.85m至280m无使用功能，仅为建筑外观要求。建筑立面为对称阶梯式内收式，顶部23m处为针状。
主楼主要抗侧力体系由内部钢筋混凝土核心筒、周边框架（钢混凝土柱和钢梁）以及连接钢筋混凝土核心筒与周边框架的伸臂桁架组成。核心筒外壁封闭，提供建筑大部分扭转刚度。钢混凝土柱截面为圆形混凝土加十字形钢框架，通过布置在16、37层设备层的伸臂钢桁架与核心筒连接。外侧钢混凝土柱通过上述两层各设一条带状桁架与外围连接，使柱受力更加均匀，增强了结构的整体性，提高了结构的冗余度。
标准楼面结构布置
由于主楼Y方向较薄，在风荷载作用下水平位移较大，采用三层设备层设置伸臂桁架和外围条形桁架是一种有效的方法。但加固层施工难度较大，用钢量较大，影响建筑使用空间。因此，对比了4个方案：
可以看出，方案三整体刚度较为合适，与方案一、二相比，对水平位移的控制更为有效；与方案四相比，减少了一层加固层，用钢量减少，施工难度也降低，位移控制也在可以接受的范围内，因此，采用方案三的加固层设置方案。
加固层结构布置
10、杭州世茂智慧门（双塔）（279米）
结构体系：斜撑巨型框架-核心筒
本项目为城市综合体，由两栋63层塔楼（A、B栋）、一栋19层塔楼（C栋）、一栋独立3层裙楼（D栋）、一栋独立2层裙楼（E栋）及三层地下室组成。A、B栋为5A级写字楼，建筑高度279.160m（檐口）。
A、B塔结构体系基本相似，均采用带斜撑的巨型框筒结构。周边组合框架带斜撑与核心筒共同抵抗侧向力，两塔均设置两座环桁。周边斜撑框架由钢斜撑、钢混凝土巨柱及环桁组成，核心筒采用混凝土结构。
结构体系图
此结构体系周边框架由两根两侧为箱型钢的钢筋混凝土组合柱（SRC柱）及单向钢斜撑组成，在立面上形成竖向桁架，抵抗侧向力。两侧两根巨柱布置在远离转角的位置，使转角窗空间充分打开，实现了建筑所要求的无柱开窗。
同时，塔周围的对角线的框架可提供相当大的侧向刚度，并具有很大的侧面力，使核心管变得很小，并且墙壁非常薄，对角度的支撑也可以在垂直柱上的大部分柱子上均可通过较大的柱子上的小柱子，从而使垂直力的大部分柱子上的大部分柱子都具有较大的柱子。 S可能很小。
在外部，除了对角线外，A和B塔使用避难所空间来设置两个环形桁架，并且还加强了避难所地板板。
由于周围的巨型框架在塔周围提供了更大的侧向刚度，因此塔可以使用较小的核心管来满足结构设计要求。
塔标准地板结构布局
塔B的标准地板结构布局
完成后的真实场景
11. Fuzhou Shimao Tiancheng (270m)
结构系统：充满混凝土的钢管框架核管 - 扳机桁架桁架
该项目由四个功能零件组成：酒店，办公室上海世茂国际广场钢结构技术，公寓风格的办公室和商业商业。
主建筑物的主要横向电阻系统由内部加固的核心管组成，外部钢管组成的钢板和钢梁系统位于主建筑物的中心，并包括电梯，升降机和疏散楼梯的壁架。建筑物的刚性是由钢管混凝土柱组成的，并通过在19.0米高的设备上排列在19.0米高的设备地板上的巨型核心管，外部钢管柱上是在钢制的范围内连接的。位于建筑物外围的钢架。 从建筑物的顶部到底部，外部钢梁紧密地连接到每个楼层的外部钢管混凝土柱，以形成第二个侧向力阻力系统。
建筑高程
标准地板结构布局
由于主建筑物的高度和Fuzhou中特别大的风负载，以控制风和地震载荷下主建筑物的横向位移，因此在整体计算中增加了桁架和皮带桁架，这使得很大的实践效果，但在下面造成了不规则的垂直距离和4架位置。 。
为了最大程度地减少风和地震下的建筑物的位移，使用建筑设备层在整个建筑物高度中建立了两组9.0米高的钢制式桁架，将周围的钢管混凝土柱与内部加固的核心核心层连接起来。柱和核心管一起增加了结构的力臂以抵抗倾覆的力矩，由于风载或水平地震效应，外围柱将受到更大的轴向力。
增强层结构布局
12.长沙希马中心（241m）
结构系统：充满混凝土的钢管框架核管
该项目的主要塔楼在地面上方有51层，地下有3楼。
主塔采用钢管混凝土框架 +钢筋混凝土核心管结构系统。
框架柱是钢管混凝土柱，在三角形平面的三个侧面均匀排列，共18列与建筑物的平面功能结合使用。
标准地板结构布局
参考：
[1] Changsha Shimao Plaza Tower结构设计[J]。
[2] Shimao International Plaza的主要建筑物的结构设计[J]，2007年。
[3] Yantai的Shimao T1综合塔的结构设计[J]。
[4]深圳市塔的结构设计和分析[J]。
[5]关于Xiamen Shimao海峡塔的结构设计[J]。
[6] Shaoxing Shimao Sky Center的高层建筑的建筑技术[J]。
[7]讨论Hangzhou Shimao Smart Gate的结构设计问题[J]。
[8] Changsha Shimao Tower结构设计[C] //第23届全国高层建筑结构会议论文集，2014年。
