高楼钢结构体系：香港中国银行大楼工程实例

1.建筑概况

（1）香港于1989年建成的新的中国银行大楼，地面以上70层，高315m，屋顶天线的顶端高度为368m；大楼底段的建筑平面为正方形，底层平面尺寸为52m×52m。

（2）按照贝聿铭建筑师关于建筑造型的构想，大楼底段采取正方形平面，然后沿对角线方向，将正方形划分为形状为三角形的4个区，向上分别每隔21层、13层、13层，各切去一个区，到楼房的顶段，楼层平面变成原面积1/4的三角形（图4-96）。结构上配合采用大型立体支撑（支撑筒）体系，并将部分斜杆外露。远远望去，整座大楼宛如屹立在海边的一座光彩夺目的多棱晶体（图4-97）。

图4-96 香港中国银行大楼的楼层平面

a）第51层 b）第38层 c）第25层 d）第4层

图4-97 采用支撑筒体系的香港中国银行大楼外观

2.结构体系

（1）大楼采用混合结构支撑筒体系（图4-97）。四片大型平面支撑A，沿楼房方形平面的4个边布置，相互正交，在每两片钢支撑的相交处，各设置一根钢筋混凝土巨型角柱，并向下延伸至基础。

（2）每片钢支撑A，是以13个楼层高度为一个节间（图4-98c），每隔12个楼层设置一道一层楼高的桁架式水平杆；钢支撑的每根斜杆均跨越12个楼层高度，斜杆倾角接近45°。

（3）支撑筒的角柱，采用大截面钢筋混凝土柱，其内部埋设三根小钢柱，用来分别与三个方向支撑的斜杆和水平杆相连接（图4-98b）。

（4）在每片钢支撑A的平面内在支撑的每段节间内，各设置由5根小钢柱构成的次框架，以承担各自范围内的楼层重力荷载，并通过支撑斜杆传递至角柱（图4-98c）。

（5）在楼面内部，沿对角线方向布置4片钢支撑B，并在楼面中心处4片钢支撑的交汇点，设置一根钢筋混凝土中心柱（图4-96、图4-98a）。中心柱由顶层延伸到第25层处终止，并通过立体斜撑将其所承担的重力荷载分别传递至建筑周边大型立体支撑（支撑筒）的4根角柱。

3.结构受力特点

（1）采用几何不变的轴力杆系“竖向支撑”代替几何可变的弯曲杆系“框架”，来抵抗水平荷载，更加经济有效。

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图4-98 香港中国银行的大型立体支撑体系

a）内、外支撑的平面位置 b）钢筋混凝土角柱 c）南立面大型支撑

（2）利用多片平面支撑的组合，形成一个立体支撑体系。使立体支撑在承担全部水平荷载的同时，还承担了高楼的几乎全部重力荷载，从而进一步增强了立体支撑抵抗倾覆力矩的能力。

（3）将抵抗倾覆力矩用的抗压和抗拉竖杆件，布置在建筑方形平面的四个角，从而在抵抗任何方向的水平力时，均具有最大的抗力矩的力偶臂。

（4）多方向钢杆件交汇于一根钢柱时，连接构造复杂，加工和安装费用较高。该工程对于有三个方向支撑斜杆交汇于一点的角柱，采取在大截面钢筋混凝土角柱内，设置三根较小截面的H型钢芯柱作为角柱的组成部分，每根H型钢分别仅与一个方向支撑的杆件相连接。然后利用浇灌混凝土进行连接的办法，将三根小钢柱埋置于一根粗壮的钢筋混凝土柱内（图4-98b），形成一个整体杆件。既简化了施工，又降低了造价。

（5）角柱采用大截面钢筋混凝土柱来取代钢柱，可以获得以下几点好处：①用廉价的钢筋代换价格较贵的型钢，来承担拉力和压力；②采用混凝土参与抗压，使造价进一步降低；③大体积混凝土为抵抗倾覆力矩提供了附加平衡重；④将荷载直接传递至基础。

（6）利用楼面内部空间支撑B及大型立体支撑A各支撑平面内的钢柱和斜杆，将各楼层重力荷载传递至角柱（图4-98a和图4-99a），加大了楼层重力荷载作为抵抗倾覆力矩平衡重的力偶臂，从而提高了作为平衡重的有效性。体系中各杆件所分担竖向荷载的比例见图4-99b，从中可以看出，采取上述措施后，角柱承担了整座大楼的大部分重力荷载。

（7）工程实践证明，大型立体支撑体系几乎可以应用于各种复杂体形的高楼结构，而且都能保持其抵抗侧力的高效性。

4.构件截面尺寸及用钢量

（1）支撑筒转角处的钢筋混凝土柱，底部最大截面尺寸为4800mm×4100mm（图4-98b），向上分段减小。沿混凝土柱的周边，布置三圈竖向粗钢筋，以承担柱的拉力或压力。

图4-99 大楼各层重力荷载的传递和分配

a）重力荷载在支撑中的传递路线 b）总重力荷载在构件中的分配

（2）支撑筒的斜杆，采用由4块钢板拼焊成的矩形管状截面，截面尺寸为1000mm×500mm×90mm；管内填灌混凝土，形成钢管混凝土柱，以防管壁受压屈曲、皱折，并提高斜杆的受压承载力。

（3）香港地区风荷载较大，在大楼结构底部产生的水平剪力，大致等于美国洛杉矾风荷载的3倍，是芝加哥风荷载的两倍半，是纽约风荷载的两倍。然而，香港中国银行大楼的结构用钢量，还是比上述地区相同高度楼房的用钢量节约40%左右。