结构线刚度计算（结构侧向刚度控制的心路历程）

2017年，我们碰到一个项目，该项目塔楼高度180m，核心筒高宽比21，整体高宽比7.0，Y向层间位移角很难控制下来。

这栋塔楼本身是一个标准的框筒结构。因为层间位移角控制不下来，设计院采取一些措施，在外框柱和核心筒之间，设置了一些剪力墙，以提高Y向高度。

Y向增设剪力墙

这样做当然是有效的，但问题也很明显。其一，剪力墙吃掉了部分使用面积；其二，结构体系变得不太清晰；其三，当时，这栋楼要按办公来报建，如果增加了这些剪力墙，报建难度会加大。

我们介入之后，主张对结构布置进行调整。

对比发现，取消剪力墙之后，如果要将层间位移角控制到限值，外框柱需要加大，整个结构有赖于外框柱本身的侧向刚度，外框柱的轴压比富裕很大。

这说明什么呢？我在《不可轻视的结构高宽比》中讨论过这个问题。说明结构效率较低，核心筒和外框柱之间的连系刚度弱。

所以，在后续研究中，我们着手提高水平构件的连系刚度。具体措施有两种，一种是加大、加高外框柱与核心筒之间的框梁截面；另一种是设置伸臂桁架。

如果说，加大标准层的框梁高度，类似于化整为零的设计思路；那么，设置伸臂桁架，则类似于化零为整，即通过在避难层集中设置伸臂桁架，来释放标准层对水平连系刚度的控制需求。

根据项目实际情况，我们选取了设置伸臂桁架的方法，刚度提高非常有效。在方案阶段，设置了三道伸臂，后续结合风洞试验报告和超限专家建议，施工图阶段取消了底部一道伸臂。

2019年，我们又碰到一个项目，按照设计图纸概算，结构造价超了600万，甲方内部无法审批通过，找到我们，希望将造价控制下来。

这个项目情况类似，外框柱截面由刚度控制，轴压比富裕较大。参考2017年的经验，我们在塔楼中上部设置了一道伸臂桁架，提高结构效率，同时对结构竖向构件截面进行了较大优化。

这个项目后面进行了其他调整，包括建筑布置的局部调整。在不影响建筑使用的情况下，设计院建议标准层加大梁高，取消伸臂桁架，即采取化整为零的方式。我们经过试算，该方法可行。

2021年，我们碰到另一个项目，结构高宽比在10.0以上，核心筒高宽比25.0，好处是这个项目基本风压不大，约0.70，粗糙度为C；综合分析，这个项目的侧向刚度控制也非常困难。

我们接手后，修改了结构平面布置，将外框柱与核心筒对齐，尽量提高结构效率，建议调整建筑布置；同时，设置了两道伸臂桁架。在这种情况下，结构最大层间位移角依然大于1/500。

经过分析，如果采用化整为零的方法，标准层Y向内框梁高度需要增加400mm，对建筑使用有显著影响。所以，这个项目最终选择的是伸臂桁架。

与此相对，我们还有另一个项目，结构高宽比也在10.0以上，风压较大。在这个项目中，我们尝试了基于避难层的各种加强方案，侧向刚度依然无法满足要求。不得以，在外框柱和筒体之间设置了剪力墙。

说来好笑，五年后的今天，我们又一次面对了五年前的局面。五年前，我们曾拒绝的解法，五年后，变成我们选择的解法。

结构解决方案有没有定势？有，也没有。

设置伸臂桁架，可以提高结构效率。在一些结构专家的意识中，300米以上的超高层建筑，一定要设置伸臂桁架。

但是，我们曾主持参与的一栋320m和一栋380m的超高层塔楼，均没有设置伸臂桁架。

最近，也许因为经济形式变差，总有人问我，某某问题的固定解决方案？我说我没有，他们又不信。

这次，以五年跨度，分享我在一个小问题上的心路历程，只是想向这些朋友坦白，所谓的固定方案，其实就是“法无定法，式无定式。因时利导，兆于变化”。

关于侧向刚度的力学探讨，还有两篇小文章可供参考：

《关于侧向刚度的一些奇怪想法》

《抗倾覆贡献率》

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