垂直城市 ^[1]是指一种能将城市要素包括居住、工作、生活、休闲、医疗、教育等综合在一个建筑体里的巨型建筑类型。在“垂直城市”里,可以提供日常生活所有必须的城市功能,这样的建筑必须拥有庞大的体量、超高的容积率、惊人的高度、少量的占地、爆炸性的居住人群等特征,力求对环境的影响减至最低。

　　 垂直城市一直是人类理想中城市状态,在当代的技术条件下,巨型超高层建筑是实现垂直城市的方式。但现今那些冠以垂直城市头衔的超高层只能算是一栋巨型摩天楼而非真正意义上的城市,这些超高层中只有办公、酒店等几种有限的城市功能,无法符合垂直城市的建筑表述基本要求。

　　 根据垂直城市的概念,一个可能的理想垂直城市应如图1所示。

　　 通常不同功能的建筑,会采用不同的结构形式,如行政办公楼可采用框架、框剪结构体系;住宅采用剪力墙结构体系;场馆、交通等建筑需要大空间,采用大跨度屋盖。

　　 但当社会各功能建筑(图1)进行竖向布置时,会对结构工程师带来巨大挑战,至今还未有一种结构形式能够同时适用于各种功能建筑。在已建成的250m以上超高层建筑中主要采用如下4种结构体系:框架-核心筒、框筒-核心筒、巨型框架-核心筒、巨型框筒-核心筒-巨型支撑。这4种结构体系的共同特点是建筑中间有一个大体积的核心筒,只能容纳办公、酒店公寓等类型的社会功能,但不适用于需要有大空间的场馆、大厅等功能建筑。

　　 因此,试图用一种超高层结构形式适用于各种不同社会功能的建筑是不现实的,垂直城市的实现给结构工程师带来了巨大困难。

　　 如图2所示的日常生活用到的多层收纳架,在平板分隔的各层中放置不同用途、形状及大小的生活用品。从图2中可以得到启示,对于垂直城市可以沿竖向构建不同的平台层,在各平台层上再建造不同功能的建筑。因而,对结构工程师来说,可能无法找到一种适用于各种功能建筑的结构体系,但可以试着构建一种结构平台来容纳不同的结构体系,从而实现垂直城市的各项功能建筑。

　　 可以看出,本文所说的平台型超高层结构体系是指沿高度方向采用巨型结构搭建若干层结构平台,在各结构平台上分别建造各种不同使用功能及结构体系的建筑(图3)。

　　 同多层收纳架类似,要形成多层结构平台,需要有竖向支撑构件。巨型结构平台由竖向筒体、水平向跨层桁架平台、立面斜撑组成。

　　 平台上的建筑从地面开始向上建造,高度为平台之间的间距。结合国内《建筑设计防火规范》(GB 50016—2014)中的避难层设置要求,平台之间间距一般约为50m。

　　 采用平台型超高层建筑,可以实现以下可能性:

　　 (1)竖向城市设计,实现各种使用功能集于一体,充分节约社会资源。由于各结构平台上可建造不同功能的建筑,社会生活所需的住宅、办公、酒店、商场、学校、医院、运动场馆都可以建造在不同的竖向平台上。整个竖向城市的交通、管线、电力都可以集中到支撑平台的各竖向筒体内。将各种社会功能集中于一栋楼中实现,可以极大地节约土地资源、交通、水电等自然资源。

　　 (2)平台上建筑可实现装配式、产业化生产。

　　 (3)平台上建筑可以实现隔震、减震设计。

　　 (4)平台上建筑可采用混凝土结构、钢结构或混合结构。

　　 (5)各平台上建筑可与巨型平台建造同步进行,也可后续进行。

　　 巨型结构体系又称超级结构体系,是由巨型的柱、梁、支撑等构件组成的结构。从结构整体上看巨型结构由于构件尺寸、跨度大,通常采用格构式构件,满足材料充分利用的原则,可以充分发挥材料性能;从结构角度看,巨型结构是一种超常规的具有巨大抗侧刚度及整体工作性能的大型结构,是一种非常合理的超高层结构形式;从建筑角度看,巨型结构可以满足许多具有特殊形态和使用功能的建筑平立面要求。

　　 按主要受力体系形式划分 ^[2,3],巨型结构可分为巨型桁架结构、巨型框架结构、巨型悬挂结构、巨型分离式结构、巨型框架-支撑等5种基本类型。其中巨型框架-支撑结构结合了巨型框架结构和巨型桁架结构的受力特点,在地震作用下,在巨型框架-支撑结构中,主结构的巨型梁、巨型柱和巨型支撑由于刚度巨大而承受了大部分的水平力,次结构只承担少量水平力或不承受水平力,主结构的巨型支撑、巨型框架与次结构依次形成多道抗震防线。

　　 为实现巨型平台结构,本文提出一种巨型平台型结构体系,它由数个竖向筒体、多个水平桁架平台和立面大斜撑组成,即竖向筒体+桁架平台+斜撑组成的巨型结构,如图4,5所示。

　　 从图4,5看,平台型结构体系虽类似于巨型框架-支撑结构体系,但与一般巨型框架-支撑结构有较大不同:一是平台型结构中竖向构件采用大尺寸筒体,该筒体可作为竖向交通的楼电梯和各类竖向设备管线的管井,且竖向筒体需要承担整体结构全部的竖向力和水平力;二是平台型结构中可以做到没有次结构,平台上建筑可以实现除基础与平台连接外,不对整体结构提供任何侧向刚度,平台上建筑需要通过平台层将其受到的竖向荷载、水平荷载全部传递到竖向筒体上;三是平台型结构体系每层的高度是两个平台之间距离,而不是各建筑层高。

　　 建筑师和结构师一直在努力追求一种趋于极限的合理结构形式。美国现代建筑大师Louis I. Kahn设想的极限高效结构的概念 ^[2]是将尽可能多的重力荷载传递到抵抗倾覆力矩的立柱上。他指出:将一个矩形桁架筒体的外柱逐渐移动到四角,则该体系的效能可以大大提高,于是一幢矩形建筑物的极限结构将是只有大型支撑相互联结的四个角柱,如图6所示。一个结构体系采用内部支撑,使建筑物总的重力荷载由有限的外柱承受,于是,该建筑物抵抗侧向荷载的效能可以增加很多。为了增加外柱抵抗上拔的能力,可以将建筑范围内的内柱全部取消。因此,从纯粹结构受力的观点看,图6所示的结构体系可能是最优体系。

　　 对照图4,5与图6可以看出:1)平台型结构体系基本符合Louis I. Kahn提出的极限高层建筑体系,平台型结构体系立面为大型支撑形成的桁架,建筑范围内没有内柱,水平桁架将所有竖向荷载传递到外围筒体,竖向筒体承担全部竖向荷载;2)平台型结构体系与Louis I. Kahn提出的极限高层建筑体系主要区别在外围竖向构件,Louis I. Kahn提出的极限高层建筑结构体系为巨型柱,平台型结构体系为竖向筒体。

　　 平台型结构体系的受力特点为:1)在竖向荷载作用下,各平台上建筑将自身重量作用于平台,平台水平桁架将竖向荷载传递给竖向筒体,竖向筒体承担全部竖向荷载;2)在水平荷载作用下,可以实现各平台上建筑的基底剪力通过桁架平台作用于平台型结构体系,由竖向筒体与斜撑承担水平力。

　　 武汉地区某CBD中塔楼,共89层,大屋面标高为408.80m,总建筑面积约为26万m²,平面最大尺寸为51.45m×51.45m,该塔楼功能包括办公、公寓、酒店、观光。本项目的建筑抗震设防类别为重点设防类(乙类),建筑结构的重要竖向构件安全等级为一级,结构重要性系数为1.1;其他构件安全等级为二级,结构重要性系数为1.0。

　　 地震烈度6度(0.05g),第一组,场地类别Ⅱ类,特征周期T_g=0.35s,水平地震影响系数采用当地小区划值0.075 。为了便于计算结果的比较,计算中不考虑周期折减系数和最小剪重比要求的地震内力调整。基本风压0.45kN/m²,地面粗糙类别C类。

　　 对于此项目,对比分析巨柱框架-核心筒-伸臂桁架结构体系、平台型结构体系1(钢筋混凝土竖向筒体+钢桁架平台+斜撑)和平台型结构体系2(钢管混凝土柱筒+钢桁架平台+斜撑)3种结构体系的优缺点。

　　 塔楼采用巨柱框架-核心筒-伸臂桁架结构体系 ^[4](方案1),办公层层高4.4m,公寓、酒店层层高4.2m,设备/避难层层高6.3m和6.6m,在19层、33层、48层、64层、86层设置5道环带桁架加强层,由钢管混凝土柱和环带桁架层形成巨柱框架,在31～33层、47～49层、63～65层设置连接核心筒和巨柱框架的3道伸臂桁架。核心筒为28.6m×28.6m的矩形,底层核心筒面积与标准层面积比为28.9%。

　　 标准层平面布置示意如图7所示,整体结构模型如图8所示,巨型圆钢管混凝土柱在66层及以下区域为每侧边4个,共16个巨柱,在66层以上为每侧边2个端柱,共8个巨柱。8个端柱截面从下至上由ϕ3 000×60逐步缩小为ϕ1 800×30;其余8个钢柱截面从下至上由ϕ2 000×40逐步缩小为ϕ1 400×22。

　　 底部筒体周边X向墙厚为1 300mm、Y向墙厚为1 200mm,内墙厚为550mm,由于需要控制墙厚及轴压比,在下部20层内置单层钢板,形成混凝土-钢板组合剪力墙,钢板厚度为20～36mm,从下至上由C60混凝土变为C50混凝土;核心筒墙体厚度随高度增加逐渐减小,顶部内、外墙分别减至250,400mm。

　　 在5个腰桁架设置层,腰桁架弦杆截面H1 200×600×20×40,钢材Q345GJC,腰桁架斜腹杆截面H600×800×40×60,钢材Q345GJC。在3个伸臂层,伸臂斜杆截面H900×1 200×60×80,钢材Q345GJC。

　　 标准层外围框架梁截面H1 200×600×18×40,钢材Q345B,连接外框与筒体的框梁截面H600×200×10×22,钢材Q345B,主要次梁截面H600×200×10×22,钢材Q345B。

　　 采用钢筋混凝土竖向筒体+钢桁架平台+斜撑结构体系(方案2),不带平台上建筑(记为方案2-2)的电算模型如图9所示,带平台上建筑(记为方案2-1)的电算模型如图10所示,平面布置示意如图11所示。平台上建筑在建模中与平台主体结构脱开,即释放平台上建筑各层与平台主体的水平向连接。

　　 在该结构体系中,结构分为7个平台区段,从下至上第一、第二区段高度为55.2m,其余每区段高度为59.6m,其中钢桁架平台层层高6.80m,平台上建筑各层层高为4.40m。

　　 4个竖向筒体的长边为13.8m,4个竖向筒体的面积与标准层面积比为18.7%,各竖向筒体底部的墙厚为1 100mm,第一区段内置单层钢板,形成混凝土-钢板组合剪力墙,钢板厚度为20～36mm,核心筒墙体厚度随高度增加逐渐减小,最上部墙厚为250mm,混凝土强度等级从下至上采用C60～C50。筒体角部设置有钢骨混凝土柱,以便于与平台层的钢桁架相连。

　　 平台层钢桁架主要弦杆截面H1 200×400×30×30,钢材Q345GJC,主要腹杆截面H1 100×400×28×28,钢材Q345GJC。

　　 斜撑采用大尺寸箱形截面□1 800×800×40×40,中心尺寸长度为59.6m,由于斜撑长度较长,可采用大尺寸防屈曲耗能支撑或利用幕墙系统的挡风桁架作为斜撑的面外弹性支承来保证其稳定性,本文主要关注于结构体系,不对此进入深入讨论。

　　 平台上建筑功能为办公和酒店,均采用钢框架-中心支撑结构体系,钢柱截面□500×500×20×20～□500×500×12×12,钢框梁截面H600×200×10×12,次梁截面H600×150×10×12,支撑截面H600×300×20×26,钢材均采用Q345B。

　　 采用钢管混凝土柱筒+钢桁架平台+斜撑结构体系(方案3),平面布置基本同图11所示,仅筒体不是混凝土墙组成,而是由密排钢管混凝土柱、钢梁及支撑组成。不带平台上建筑(记为方案3-2)的电算模型如图12所示,带平台上建筑(记为方案3-1)的电算模型如图13所示。平台上建筑在建模中与平台主体结构脱开,即释放平台上建筑各层与平台主体的水平向连接。

　　 4个竖向钢管混凝土柱筒的长边为13.8m,4个竖向筒体的面积与标准层面积比为18.7%,柱筒由密排钢管混凝土柱、钢梁及支撑组成,钢管混凝土柱截面从下至上由ϕ1 400×35依次渐变为ϕ1 000×30,钢梁截面H600×200×14×14,钢材Q345B,支撑主要截面H900×400×24×20,钢材Q345GJC。

　　 平台层桁架、斜撑、平台上建筑及其他情况同方案2。

　　 表1给出了各方案的质量,从表1可知:1)在承受相同恒载及活载时,两种平台型结构体系的自重均比巨柱框架-核心筒-伸臂桁架结构体系小较多,方案2自重为方案1的0.862 倍,方案3自重为方案1的0.622 倍;2)由于钢桁架平台层及钢管混凝土柱筒的用钢量较大,采用钢管混凝土柱筒+钢桁架平台+斜撑的平台型结构体系的用钢量大于巨柱框架-核心筒-伸臂桁架结构体系。

　　 表2给出了个各方案的周期情况,从表2可知,平台型结构体系的各阶周期均小于巨柱框架-核心筒-伸臂桁架结构体系,表明平台型结构体系整体刚度较大。平台上建筑是否建入模型对平台型结构整体周期有一定影响。

　　 表3给出了各方案的刚重比,从表3可知,平台型结构体系的刚重比明显大于巨柱框架-核心筒-伸臂桁架结构体系,表明该体系整体刚度较大。钢管混凝土柱筒+钢桁架平台+斜撑的平台型结构体系按照《高层民用建筑钢结构技术规程》(GJG 99—2015)规定,刚重比可放宽到0.7,本文仍按照刚重比不小于1.4调整了模型。

　　 表4给出了各方案的顶层位移及层间位移角,在地震作用下,两种平台型结构体系的顶层位移及层间位移角均明显小于巨柱框架-核心筒-伸臂桁架结构体系;而在风荷载作用下,平台型结构体系的顶层位移及层间位移角有可能大于巨柱框架-核心筒-伸臂桁架结构体系。

　　 表5给出了各方案基底剪力、基底弯矩,地震作用下,两种平台型结构体系的基底剪力及基底弯矩明显小于巨柱框架-核心筒-伸臂桁架结构体系;风荷载作用下,各结构体系的基底剪力与基底弯矩与相当。

　　 采用抗侧移系数进行评价,抗侧移系数评价方法详见文献[5]。

　　 各结构体系在地震作用下的X向侧移刚度曲线见图14,各结构体系在地震作用下的Y向侧移刚度、风荷载作用下的X向、Y向侧移刚度曲线与图14基本相同,不再给出其图形。

　　 各结构体系在地震、风荷载作用下的X向抗侧移系数曲线见图15,16,各结构体系在地震、风荷载作用下的Y向抗侧移系数曲线与图14,15基本相同,不再给出其图形。

　　 从图15,16中可以看出,平台型结构体系的抗侧移系数在绝大多数楼层大于巨柱框架-核心筒-伸臂桁架结构体系,在抗侧移效率评价上,明显优于巨柱框架-核心筒-伸臂桁架结构体系。

　　 按照串联层抗侧移系数法、力学指标等效法分别计算的平台型结构体系和巨柱框架-核心筒-伸臂桁架结构体系的等效抗侧移系数,计算结果见表6。

　　 从表6可知:1)等效方法不同,得到的等效抗侧移系数大小也不同;2)采用不同等效方法,结论是一致的,即平台型结构体系在抗侧移效率上非常明显地优于巨柱框架-核心筒-伸臂桁架结构体系。

　　 本节从一次建造成本和全生命周期建造成本两个角度,分别计算该项目采用平台型结构体系与巨柱框架-核心筒-伸臂桁架结构体系的费用。

　　 利用概算指标估算的各方案的一次建造费用和全生命周期费用结果分别见表7、表8。从表7、表8中可知,无论是一次建造成本还是全生命周期成本,采用钢筋混凝土竖向筒体+钢桁架平台+斜撑结构体系的平台型结构体系的费用最低。

　　 综上所述,对上述400m高的建筑,采用钢筋混凝土竖向筒体+钢桁架平台+斜撑的平台型结构体系,在力学性能评价和建造成本上均是最优选择。

　　 武汉地区某滨江商务区塔楼,共120层,大屋面标高为575.00m,总建筑面积约为32.3万m²,平面形状为轴对称三瓣花状,该塔楼功能包括办公、公寓、酒店、观光。本项目的建筑抗震设防类别为重点设防类(乙类),建筑结构的重要竖向构件安全等级为一级,结构重要性系数为1.1;其他构件安全等级为二级,结构重要性系数为1.0。

　　 地震烈度6度(0.05g),第一组,场地类别Ⅲ类,特征周期T_g=0.45s,水平地震影响系数采用当地小区划值0.078 。为了便于计算结果的比较,计算中不考虑周期折减系数和最小剪重比要求的地震内力调整。基本风压0.45kN/m²,地面粗糙类别C类。

　　 对于此项目,对比分析巨柱框架-核心筒-外伸臂桁架结构体系、平台型结构体系1(钢筋混凝土竖向筒体+钢桁架平台+斜撑)和平台型结构体系2(钢管混凝土柱筒+钢桁架平台+斜撑)3种结构体系的优缺点。

　　 塔楼采用巨柱框架-核心筒-外伸臂桁架结构体系 ^[6](方案A),办公层层高4.5m,公寓、酒店层层高4.0m,设备/避难层配合伸臂桁架设置要求,层高为5.4～9.2m,在4层、14层、24层、36层、46层、56层、66层、87层、99层、118层设置10道环带桁架加强层,由钢管混凝土柱和环带桁架形成巨柱框架、在34～36层、63～66层、97～99层、116～118层设置连接核心筒和巨柱框架的4道伸臂桁架。平面最大外切圆直径为88.5m,核心筒为“Y”形,底层核心筒及竖向构件面积与本层面积比为36.5%。

　　 标准层平面布置示意如图17所示,整体结构模型如图18所示,在三角形平面的三个角部分别布置一对巨型钢骨混凝土巨柱SC1,尺寸由底层3.3m(宽)×4.66m(最长边)减小至2.2m顶层(宽)×2.15m(最长边)。在每边布置两根钢骨混凝土巨柱SC2,SC2为平行四边形,尺寸由底层3.0m×3.72m逐渐缩至1.5m×1.69m,98层以上取消。

　　 底部筒体翼墙墙厚为900～1 000mm,腹墙厚为700～900mm,核心筒墙体厚度随高度增加逐渐减小,顶部翼、腹墙厚分别减为400,300mm;由下至上由C60混凝土减小为C50混凝土。由于需要控制墙厚及轴压比,在下部47层内置单层钢板,形成混凝土-钢板组合剪力墙,钢板厚度为20～56mm。

　　 腰桁架弦杆截面为H1 000×600×20×40,钢材为Q345GJC,腰桁架斜腹杆截面为H1 000×600×60×60,钢材为Q345GJC。伸臂斜杆截面为H1 300×1 000×100×100,H1 000×1 000×100×100,钢材为Q345GJC。

　　 标准层外围框架梁截面H600×200×12×22,钢材Q345B,次钢框架柱截面H400×500×30×30,钢材Q345B,连接外框与筒体的框梁截面H600×200×12×20,钢材Q345B,主要次梁截面H500×200×10×18,钢材Q345B。

　　 采用钢筋混凝土竖向筒体+钢桁架平台+斜撑结构体系(方案B),不带平台上建筑(方案B-2)的电算模型如图19所示,带平台上建筑(方案B-1)的电算模型如图20所示,平面布置示意如图21所示。平台上建筑在建模中与平台主体结构脱开,即释放平台上建筑各层与平台主体的水平向连接。

　　 在该结构体中,结构分为10个平台区段,第一至八区段高度为57.8m,第九区段高度为56.8m,第十区段高度为55.8m,其中第一至八钢桁架平台层层高8.30m,第九、十钢桁架平台层层高分别为7.30,6.3m,平台上建筑各层层高为4.50m。

　　 3个竖向筒体的面积与层面积比从下到上在18.5%～22.6%之间;各竖向筒体底部的外墙厚为1 200mm,内墙为600mm,核心筒墙体厚度随高度增加逐渐减小,最上部墙厚为250mm,由下至上由C60混凝土减小为C50混凝土。第一、二区段外墙内置单层钢板,形成混凝土-钢板组合剪力墙,钢板厚度为25～50mm,筒体角部设置有钢骨混凝土柱,以便于与平台层的钢桁架相连。

　　 平台层钢桁架主要弦杆截面H1 200×500×30×30,钢材Q345GJC,主要腹杆截面H1 000×500×30×30,钢材Q345GJC。

　　 斜撑采用大尺寸箱形截面□2 400×900×40×40,最长中心尺寸长度为51.1m。斜撑可采用大尺寸防屈曲耗能支撑或利用幕墙系统的挡风桁架作为斜撑的面外弹性支承来保证其稳定性。

　　 平台上建筑功能为办公和酒店,均采用钢框架-中心支撑结构体系,钢柱截面□500×500×20×20～□500×500×12×12,钢框梁截面H600×200×10×12,次梁截面H500×150×8×10,支撑截面H600×300×20×26,钢材均采用Q345B。

　　 采用钢管混凝土柱筒+钢桁架平台+斜撑结构体系(方案C),平面布置基本同图21所示,仅筒体不是混凝土墙组成,而是由密排钢管混凝土柱、钢梁及支撑组成。不带平台上建筑(方案C-2)的电算模型如图22所示,带平台上建筑(方案C-1)的电算模型如图23所示,平台上建筑在建模中与平台主体结构脱开,即释放平台上建筑各层与平台主体的水平向连接。

　　 3个竖向筒体的面积与层面积比从下到上在18.5%～22.6%之间,柱筒由密排钢管混凝土柱、钢梁及支撑组成,从下至上钢管混凝土柱截面由ϕ1 550×30依次渐变为ϕ1 000×30,钢梁截面为H600×350×20×20,钢材Q345B,支撑主要截面为H900×350×30×30,钢材Q345GJC。

　　 平台层桁架、斜撑、平台上建筑及其他情况同方案B。

　　 表9给出了各方案的质量,从表9可知:1)在承受相同恒载及活载时,两个平台型结构体系的自重均比巨柱框架-核心筒-伸臂桁架结构体系小较多,方案B自重是方案A的0.737 倍,方案C自重是方案A的0.515 倍;2)由于钢桁架平台层及钢管混凝土柱筒的用钢量较大,采用钢管混凝土柱筒+钢桁架平台+斜撑的平台型结构体系的型钢用钢量大于巨柱框架-核心筒-伸臂桁架结构体系。

　　 表10给出了各方案的周期,从表10可知,方案B对应各阶周期均小于方案A,表明方案B整体刚度较大。方案C-2对应各阶周期均小于方案A,但方案C-1的周期大于方案A。平台上建筑是否建入模型对平台型结构整体周期有一定影响。

　　 表11给出了各方案的刚重比,从表11可知,方案B的刚重比明显大于方案A,表明平台型结构体系整体刚度较大。按照《高层民用建筑钢结构技术规程》(GJG 99—2015)规定,方案C的刚重比可放宽到0.7,本文仍按照刚重比不小于1.4调整了模型。

　　 表12给出了各方案的顶层位移及层间位移角,在地震作用下,两种平台型结构体系的顶层位移及层间位移角均小于巨柱框架-核心筒-伸臂桁架结构体系;而在风荷载作用下,平台型结构体系的顶层位移及层间位移角有可能大于巨柱框架-核心筒-伸臂桁架结构体系。

　　 表13给出了各方案基底剪力、基底弯矩,地震作用下,两种平台型结构体系的基底剪力及弯矩明显小于巨柱框架-核心筒-伸臂桁架结构体系;风荷载作用下,各结构体系的基底剪力与弯矩与相当。

　　 各结构体系在地震作用下的X向侧移刚度曲线见图24,各结构体系在地震作用下的Y向侧移刚度、风荷载作用下的X向、Y向侧移刚度曲线与图24基本相同,不再给出其图形。

　　 各结构体系在地震、风荷载作用下的X向抗侧移系数曲线分别见图25,26,各结构体系在地震、风荷载作用下的Y向抗侧移系数曲线分别与图25,26基本相同,不再给出其图形。

　　 从图25,26中可以看出,平台型结构体系的抗侧移系数在绝大多数楼层大于巨柱框架-核心筒-伸臂桁架结构体系,在抗侧移效率评价上,明显优于巨柱框架-核心筒-伸臂桁架结构体系。

　　 按照串联层抗侧移系数法、力学指标等效法计算平台型结构体系和巨柱框架-核心筒-伸臂桁架结构体系的等效抗侧移系数,计算结果见表14。

　　 从表14可知:1)等效方法不同,得到的等效抗侧移系数大小差异较大;2)采用不同等效方法,得出的结论是一致的,即平台型结构体系在抗侧移效率上非常明显地优于巨柱框架-核心筒-伸臂桁架结构体系。

　　 本节从一次建造土建成本和全生命周期建造成本两个角度,分别计算该项目采用平台型结构体系与巨柱框架-核心筒-伸臂桁架结构体系的费用。

　　 利用概算指标估算的各方案的一次建造成本和全生命周期成本结果分别见表15、表16。从表15、表16中可知,无论是一次建造成本还是全生命周期成本,采用钢筋混凝土竖向筒体+钢桁架平台+斜撑结构体系的平台型结构体系的费用最低。

　　 综上所述,对该575m高度的建筑,采用钢筋混凝土竖向筒体+钢桁架平台+斜撑的平台型结构体系,在力学性能评价和建造成本上均是最优选择。

　　 (1)现有传统的框剪、框架-核心筒等结构体系由于其使用功能上的限制及在侧向荷载作用下的抗侧移效率不高,限制了垂直城市在社会功能、竖向高度上的发展。

　　 (2)本文所提出的平台型超高层结构体系的立面为大型斜撑形成的桁架,建筑范围内没有内柱,水平桁架将所有竖向荷载传递到外围筒体,竖向筒体承担全部竖向荷载。该结构体系抗侧移效率高、适应各种社会功能要求的垂直城市建造体系,且其布置及受力特点基本符合建筑大师Louis I. Kahn的极限高层建筑体系的概念。

　　 (3)本文通过对某400m高、575m高的两栋在建超高层项目,分别采用平台型结构体系和巨柱框架-核心筒-伸臂桁架结构体系,进行周期、自重、基底剪力、基底弯矩、顶层位移、最大层间位移角、抗侧移效率等力学指标以及建造成本等多方面、多角度的对比;得出钢筋混凝土竖向筒体+钢桁架平台+斜撑的平台型结构体系是最优选择。当超高层建筑需要较多社会功能时,可采用本文提出的平台型结构体系,该体系能够实现垂直城市功能,同时获得更好抗侧移效率、更低的建造成本。