项目概况
2011年，远大集团因15天建起30层高楼登上各大媒体头条，此后，远大集团又实施了在湖南长沙市望城区建设838米高“天空城市”的计划，目标是超越迪拜哈利法塔（该项目总投资52.5亿元人民币），于2013年7月20日正式开工，后因种种原因中止。
沉寂十年之后，元大近日公布了最新的天空城市计划。
据介绍，新规划的天空城市为巨型钢管锥塔结构，塔内设置数十栋7至26层的“远达生活楼”，可用于安置住宅、公寓、酒店、写字楼、医院、学校、商店……天空城市采用自爬式起重机安装（起重机始终留在塔上，以方便日后增建或拆除建筑）。
该塔虽然极高，但由于其采用锥形力学结构，并采用了比传统建筑轻十倍的柔性建筑材料，钢材用量并不高：这座1314米高的塔的钢材用量，相当于不到100平方米的建筑重量，而建筑自重不到100公斤，适合建造任何高度为300至1500米的建筑，包括经济适用房。由于该建筑是在工厂预制的，因此施工周期极短，仅需2年左右。
元达表示，天空城市是高密度城市实现最高生活质量、最低成本、最低碳的解决方案。
以上概述引自 GA Global Architecture
结合超高层建筑结构设计评审系列，从平面尺寸（高宽比）、核心筒、柱截面、基础设计等对项目进行了结构概念可行性分析。
1.底部平面尺寸太小
底部平面尺寸体现的是建筑的高宽比。高宽比是宏观控制结构刚度、整体稳定性、承载力和经济合理性；当结构设计满足规范规定的承载力、稳定性、抗倾覆、变形和舒适度要求时，高宽比是影响建筑整体稳定性的主要因素。在满足基本要求后，从结构安全性角度可以不满足高宽比限值，这主要影响结构设计的经济性。
从目前绝大多数高层建筑来看，这个限制各方面都是可以接受的，也比较经济合理，高宽比超过这个限制的情况非常少见。
国内典型的600m级超高层建筑如上海中心大厦、深圳平安金融中心、天津117大厦、武汉绿地中心等，其高宽比约为7比10，天津117大厦的高宽比较大，外框采用巨型斜撑，有效提高外框刚度。
随着建筑高度的增加，所需的结构刚度呈指数增加。
远大天空城位于长沙市，抗震设防烈度6度，属于低烈度、低风压区，现状底部平面尺寸为89mX89m，高宽比约为14.76，偏大，经济上合理的高宽比应为若高宽比控制在10~12，平面尺寸约为110m~130m，平面尺寸需增加20~40m，以提供合理的刚度贡献。
当然，也有一些极端的情况，高435m的斯坦威大厦共有84层，60套公寓，位于美国曼哈顿，这栋被称为“世界最纤细的摩天大楼”的建筑在美国纽约市落成，其高宽比高达24，令人难以置信，看上去就像一根插在地面上的羽毛。
过大的高宽比使得结构效率很低，需要增加更多的结构布置，建筑利用率也大大降低，仅有60套公寓。
2.底芯太小
核心筒结构是超高层建筑的主要抗侧力结构，除承受较大的竖向荷载外，核心筒在抵抗风荷载和地震方面还起着至关重要的作用，承受荷载的80%~95%的总底部剪力和40%~60%的总底部倾覆力矩。可见核心筒结构的合理设计至关重要。
超高层建筑由于建筑功能及采光的要求，一般将建筑公用设施、服务用房、楼梯、电梯等布置在平面图中央区域，形成多个专业共用的核心筒。外、中隔墙处设置剪力墙，门洞处设置连接梁，共同形成具有筒受力特征的核心筒结构。
国内典型的600m高层建筑底部核心筒约占25%~30%，根据规范要求：核心筒宽度不宜小于筒体总高的1/12，为尽量减小核心筒体积，利于提高建筑利用率，1/22~1/20的核心筒已经是比较小的核心筒了。
基于此考虑，核心筒平面尺寸约为60m~65m，此时核心筒占比约为25%~30%，具有良好的刚度贡献，同时核心筒还需要满足电梯、楼梯、机房、公共设施等建筑使用的功能要求。
3.芯管回缩困难
按照规划，23~20层核心筒大幅缩减，角筒收起，面积缩小一半。从19层开始，核心筒基本取消，只做电梯功能。可以自己解决，但是上下层活动楼不对齐，没有核心筒，上层活动楼就没法坐电梯到达。
第20层高度约623m，若从第19层开始取消核心筒，采用10柱框架结构（9外柱1内柱）时，框架结构上部高度仍有690m左右，大大超出了框架结构的适用高度，而且整体结构刚度将严重不足。
为了减轻结构自重，可考虑在上部200～250m左右采用纯钢结构。
参照天津117采用巨型支撑外架管，若要满足刚度要求，至少需设置多个巨型支撑才能满足整体刚度要求。
综上所述，即使不考虑电梯、楼梯、设备用房等核心筒面积要求，从结构设计角度看，19层以上取消核心筒也将具有极大的难度和挑战性。
4.整体刚度不足
由于需要设置“生活楼”，结构主要受力为外框柱和核心筒，框架柱层高为各层高度，例如底层共28层，层高为95m，则在28处设置转换层，顶层则负责4栋20F（60m）的“生活楼”。在95m高度范围内，可在核心筒内部设置侧向约束，以增加剪力墙的稳定性，但外框柱不设侧向约束。
典型的底部分级高度有95m、84m、72m、60m、48m、36m、24m等，常规超高层加固层分为50m左右，在常规超高层普通楼层高度处，梁、板也会对外框柱提供一定的侧向支撑，本项目底部分级高度大多大于常规超高层建筑，因此整体刚度弱于常规超高层建筑。
增加刚度最有效的方法是增加外部框架支撑。为了尽量减少对“生活建筑”的影响，可以在以下位置增加额外的支撑，类似于大型支腿的效果。它应该对整体结构刚度有更好的贡献。支撑形式可根据刚度要求采用单对角杆或交叉对角杆。
加固层预计采用厚板转换，或转换桁架+厚板，对于60~80m超高层建筑的转换，厚板预计约3m~5m。
5.柱截面太小
国内典型的600m以上高层建筑柱截面形状如下：
上海中心大厦底部柱截面总面积：156.88m2；
深圳平安金融中心底柱截面：154mm2；
天津117大厦底部柱截面总面积：180m2；
上海中心大厦底部柱截面总面积：158.4m2；
该项目高度1314m，比上述600m超高层建筑高出2.19倍。随着建筑高度的增加，重量的累积，使得底部所需的柱截面增大。经粗略估算钢结构柱底板，该项目总柱截面约520m2（158.4X2.19X1.5=520，考虑放大1.5倍），外框架采用12柱体系。按此估算，柱体截面尺寸需达到直径7500mm~8000mm，若采用方柱则约6500mm~7000mm。
对于上海中心大厦、武汉绿地中心等600m级超高层建筑，柱底部内力约为50万～55万KN，而对于1000m级超高层建筑，柱底部内力将达到150万～200万KN，柱截面比一般超高层建筑大为增加，因此减轻其自重、采用高强度材料是必然选择。
“生活楼”采用特殊的轻质材料，相比常规超高层建筑，会减轻自重，因此柱截面可以减小，但也要考虑刚度和分级高度计算长度稳定性要求，预估柱尺寸3900mm偏小。
6.地基承载力可能不足
目前湖南长沙最高的建筑是长沙国际金融中心（又名九龙仓），总高452米，副楼315米，主楼95层，副楼63层。据当地人说，这里的建筑比岳麓山还要高，高度有100到200多米，是长沙第一高楼，也是湖南第一高楼。
根据拟建建筑物地下室底板设计标高与工程地质剖面对比，其基底已进入第11层中风化泥质粉砂岩钢结构柱底板，经综合分析场地岩土工程条件及拟建建筑物结构荷载特点，拟建建筑物基础类型采用筏板基础，天然地基承载力特征值为2500kpa。
目前湖南长沙第二高楼为长沙世茂广场，总高度345米。
利用天然地基，并进行局部换填、注浆处理。
参照上述两个超高层项目，基础已到达岩层，本项目基础也应到达基岩，主要看基岩的承载力，在基岩中打桩显然不合适，要考虑天然地基的承载力。
长沙国际金融中心基础为中风化泥质粉砂岩（承载力2500kPa），按自重25kN/m2考虑，可承受约100层超高层建筑自重，可承受建筑高度约500m。
长沙世茂广场地基为中风化砾岩、微风化灰岩、中风化泥灰岩等（承载力2000~6000kPa），按自重25kN/m2考虑，可承受约100~200层超高层自重，可承受约500~1000m建筑高度。
因此超高层建筑自重需要严格控制，采用轻质材料可大大减少自重，同时地基应为微风化石灰岩等，天然地基承载力特征值应达到6000kpa以上，这样才能满足工程地基承载力的需要。
七、其他
“活动建筑”嵌入加强层的问题，如何让“活动建筑”牢固的扎根于加强层？
为满足转移承重“活动建筑”的要求，加强层应具有一定的高度，通过厚板或转换桁架+厚板，在活动建筑下方插入加强层，满足基础埋置深度要求，加强层厚度与预埋地下室相近，具有一定的可行性。
如何评估“有源建筑”之间的多塔对主楼的影响？
各加强层之间的多个“活动建筑”具有多塔特性，不同加强层之间的“活动建筑”也具有多塔效应，大量特性各异的“活动建筑”、地震耦合、复杂的“多塔”考虑增加了计算复杂度，现有的计算软件是否能真正考虑到这一点还有待研究。
千米级超高层建筑含钢量指标能不超过100kg吗？
常规200-300m高层建筑，用钢量很难控制在100kg以内，而且本项目在各种不利条件下，1000m摩天大楼的建设，不能按照常规材料的强度来判断和使用，轻质材料亟待应用，本项目高度极高，自重累积效应极其明显，面积利用率低，建筑每立方米用钢量将是普通项目的数倍。
研究电梯、楼梯等垂直交通，如何实现千米级超高层建筑的上下交通？
项目并未考虑“生活楼”的交通问题和人员疏散问题，而这些问题极其重要，不亚于结构设计的可行性，垂直交通空间能否为结构所利用，作为核心筒提供重要的结构刚度贡献，满足人员输送的要求是前提条件。
8. 结论
我国超高层建筑的发展始于20世纪90年代，经过20多年的开发建设，我国超高层建筑也获得了快速的发展，我国已形成了一套比较完善的超高层建筑结构设计、施工规范及标准体系，对保证工程质量发挥了巨大的作用，我国已建成大批高度在400m至600m左右的超高层建筑并投入使用。
随着超高层建筑的快速发展，建筑空置率、建筑物理环境、建设及运维成本等问题开始逐渐显现。
超高层建筑“盲目爬升”的发展模式。无视当前城市规模和城市经济发展水平，而“盲目爬升”，建设大量超高层建筑，与城市高质量发展趋势（如生态健康、精致宜居）不符。
超高层建筑的建设和运维成本均较高，超高层建筑通常建设在城市中心等核心区域，且由于其复杂的特性，需要特殊的设计、建造和运维技术，其全寿命周期的成本投入远高于普通建筑。特别是超高层建筑层高体量大，其内部系统（如空调、通风、给排水、垂直升降等）能耗大，产生大量的碳排放。
超高层建筑对城市环境的负面影响。超高层建筑对城市空间微气候环境有一定的负面影响，如玻璃幕墙反射造成的光热污染、集中热量排放造成的强烈热岛效应、城市空气污染等。
人们对于超高层建筑的审美态度已经发生了变化，随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，人们更加注重能够体现地方独有的人文景观特征的城市风貌的独特性和辨识度，而不是总是争相达到新高度的超高层建筑。
此外，时代背景下城市内部工作、生产方式的变化（如线上工作），也使得超高层建筑在时代转型中面临重大挑战。
千米级超高层建筑的建设，不仅面临上述问题，还有其他问题需要解决。虽然目前的规划存在诸多问题，但就目前的理论研究成果来看，还是有条件实现的，完成1314米超高层建筑结构的设计、施工和建造，在理论上是可行的，但真的有必要吗？
制约千米级摩天大楼建设的主要问题有：
1、材料问题：需要探索强度更高、延展性更好、重量更轻的材料；
2、地基问题：地基必须足够坚固，满足摩天大楼的承载力和变形要求；
3、施工问题。如此庞大的建筑，其施工难度超乎想象。
4、环境问题。千米摩天大楼不再只是一栋建筑，而是一座城市，一栋建筑代表一座城市，环境、消防、水、电，甚至内部空气品质与循环都是巨大的挑战，如何解决适宜的居住环境问题。
建筑应是社会、人文、自然与技术的完美结合，满足社会发展的需求，融入当地人文理念，与自然环境相协调，是设计与建造技术的完美呈现。
以上内容，未经过分析或计算验证，仅凭个人经验，难免有偏差，欢迎批评指正。
