【钢结构·探讨】高1314米的远大天空城市结构概念可行性分析
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2011年，远大集团凭借15天内建造一座30层大楼登上各大媒体的头版头条。此后，远大在湖南省长沙市望城区实施建设高838米“天空城市”计划，欲超越迪拜哈里发塔（高828米）成为世界第一高楼。项目总投资52.5亿元人民币，于2013年7月20日正式开工，后因各方面原因停工。
上述概述内容引用自GA环球建筑
底部平面尺寸反应建筑的高宽比，高宽比是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制；在结构设计满足规范规定的承载力、稳定、抗倾覆、变形和舒适度等基本要求后，仅从结构安全角度讲高宽比限值不是必须满足的，主要影响结构设计的经济性。
从目前大多数高层建筑看，这一限值是各方面都可以接受的，也是比较经济合理的。高宽比超过这一限制的是极个别的。
国内典型600m级超高层建筑上海中心、深圳平安金融中心、天津117大厦、武汉绿地中心等，高宽比在7~10左右，天津117大厦高宽比偏大，外框采用了巨型斜撑，有效的提高了外框架刚度。
随着建筑高度的增加，结构需要的刚度也越大，而且呈现指数增加。
远大天空城市位于长沙市，抗震设防烈度为6度，属于低烈度、低风压区，目前底部平面尺寸89mX89m，高宽比约为14.76，高宽比偏大。经济合理的高宽比应在10左右，如按高宽比10~12控制，则平面尺寸约为110m~130m左右，平面尺寸需增加20~40m，方可提供合理的刚度贡献。
当然，也有一些极端案例，施坦威大厦（The Steinway Towe），435m，共有84层，包含60套公寓，位于美国曼哈顿，这座被称为“世界上最纤细的摩天大楼”的建筑在美国纽约市竣工，它的高宽比达到了惊人的24，看起来就像一根插在地面的羽毛。
超大的高宽比，使得结构效率非常低，不得不增加了较多的结构布置，建筑使用率也大打折扣，仅有60套公寓。
由于建筑使用功能与采光等的要求，超高层建筑一般将公共建筑设施、服务用房及楼梯、电梯等集中布置在楼层平面的中央区域，形成了多个专业共用的核心筒。在核心筒的外围及中间隔墙位置布置剪力墙，同时在门洞口位置设置连梁，共同形成了具有筒体受力特点的核心筒结构。
国内典型600m级超高层建筑底部核心筒占比约25%~30%，根据规范要求：核心筒的宽度不宜小于筒体总高的1／12，本着尽量减少核心筒尺寸，助力建筑使用率，核心筒按1/22~1/20已经是比较小的核心筒。
按此考虑，核心筒平面尺寸约为60m~65m，此时核心筒占比约为25%~30%，具有较好的刚度贡献，同时核心筒也需要满足电梯、楼梯、机房、公共配套等建筑使用功能需求。
第20级高度约为623m，如从19级开始取消核心筒，采用10柱框架结构（9外柱，1内柱），框架结构上部仍有约690m，大大超出框架结构适用高度，整体结构刚度将严重不足。
为减轻结构自重，可考虑在上部200-250m左右采用纯钢结构。
参考天津117采用巨型支撑外框筒，如需满足刚度要求，至少需设置众多巨型支撑，方有可能满足整体刚度要求。
综上，就算不考虑电梯、楼梯疏散、设备用房等核心筒面积需求，从结构设计角度分析，19级以上取消核心筒将极为困难，较难实现。
由于需要设置“活楼”，结构主要受力为外框柱及核心筒，框架柱的层高就是每一级的高度，如底部28级，层高为95m，在28及顶部设置转换层，转换层承担4栋20F（60m）的“活楼”，在95m高度范围内，核心筒内部可设置侧向约束增加剪力墙稳定性，但外框柱无侧向约束，仅通过转换加强层约束。
底部典型分级高度为95m、84m、72m、60m、48m、36m、24m等，常规超高层加强层分区约为50m，且常规超高层普通楼层高度处，梁板也会为外框柱提供一定的侧向支撑，该项目底部大部分分级高度，较常规超高层高度要大，故整体刚度比常规超高层弱。
国内600m+典型超高层柱截面如下：
上海中心底部总柱截面：156.88m2；
深圳平安金融中心底部总柱截面：154mm2；
天津117大厦底部总柱截面：180m2；
上海中心底部总柱截面：158.4m2；
该项目1314m，比上述600m超高层建筑高2.19倍，随着建筑高度的增加，由于重量累计，使得底部需要柱截面会更加增加，初略估算，该项目总柱截面约为520m2（158.4X2.19X1.5=520，考虑1.5倍放大），外框架采用12柱体系，按此估算，圆柱截面尺寸需达到直径7500mm~8000mm，如采用方柱，则约为6500mm~7000mm。
上海中心、武汉绿地中心等600m级超高层建筑，柱底内力约为50万~55万KN，对于1000m级超高层建筑，柱底内力将达到150万~200万KN，柱截面比普通超高层建筑，大大增加，因此减轻自重，采用高强度材料是必然选择。
“活楼”采用特殊轻质材料，将会使自重较常规超高层减轻不少，从而使得柱截面可以减小，但也需要考虑刚度和分级高度计算长度稳定性要求，预计圆柱尺寸3900mm偏小。
目前湖南长沙最高的大楼是长沙国际金融中心（又称九龙仓），总高度452米，副楼高315米，主楼95层，次楼63层。据当地人说，这里的建筑要比岳麓山高出一二百多米，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图比对，其基底已进入11层中风化泥质粉砂岩中，综合分析场地岩土工程条件及拟建建筑物结构荷载特点，拟建建筑物的基础型式采用筏板基础，天然地基承载力特征值为2500kpa。
目前湖南长沙第二高楼是长沙世茂广场，总高度345米。
采用天然地基，局部进行换填、灌浆处理。
参考上述两个超高层项目，基底均已达到岩层，该项目基底也应该达到基岩，主要看基岩承载力高低，在基岩内打桩明显不合适，故而应考虑天然地基承重。
长沙国际金融中心基底为中风化泥质粉砂岩（承载力2500kPa），按25kN/m2自重考虑，可承担约100层超高层自重，约可承载建筑高度约500m左右；
长沙世茂广场基底为中风化砾岩、微风化灰岩、中风化泥灰岩等（承载力2000~6000kPa），按25kN/m2自重考虑，可承担约100~200层超高层自重，约可承载建筑高度约500~1000m左右。
因此，需严格控制超高层重量，采用轻质材料，能大大减轻自重，同时，基底应为微风化灰岩等，天然地基承载力特征值达到6000kpa及以上，方有可能满足该项目基础承载力需求。
在超高层建筑迅猛发展的同时，其在建筑空置率、建筑物理环境、建设运维成本等方面的问题也开始逐渐显露。
超高层建筑“一味攀高”的发展模式。忽视城市现状规模、城市经济发展水平，而“一味攀高”，大量建设超高层建筑，与城市高质量发展(如生态健康、精致宜居)的趋势不相符合。
超高层建筑建设、运维成本“双高”。超高层建筑通常在城市中心区等核心地段进行建设，并由于其复杂特征需要采用特殊的设计、施工和运维技术，其全生命周期成本投入远高于普通建筑。特别指出，超高层建筑高度高且体量大，其内部系统（如空调通风、给排水、垂直升降等）消耗大量的能源，并产生大量的碳排放
超高层建筑对城市环境的负面影响。超高层建筑对于城市空间微气候环境有一定的负面效应，如玻璃幕墙反射产生的光热污染，热量集中排放产生的强热岛效应等，城市空气污染等。
人们对超高层建筑美学观赏态度转变。随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，人们更加看重城市所具有的、能够反映当地独特人文景观特色的风貌独特性和特征可识别性，而非一味攀比新高度的超高层建筑。
另外，时代背景下城市内部工作和生产方式的变化（如线上工作），也使得超高层建筑在时代转型下面临着重大挑战。
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