巨型柱是伴隨著建筑高度發(fā)展而衍生出來(lái)的一種特殊的柱截面形式，一般而言這是400m以上超高層項(xiàng)目所面臨的重點(diǎn)和難點(diǎn)。巨柱的重要性和難度伴隨著人類(lèi)不斷挑戰(zhàn)天際線的過(guò)程而出現(xiàn)，房屋越高，荷載越大，巨柱越重要，巨柱的難度也越大。
一、 工程的發(fā)展：
現(xiàn)代建筑的發(fā)展突飛猛進(jìn)，從建筑的高度上，中國(guó)城市天際線不斷被突破，從二十一世紀(jì)初的300多米突破到目前的600多米，如國(guó)內(nèi)某企業(yè)提出建造超過(guò)200層800米高容納10萬(wàn)人的超級(jí)城市的裝配式大樓，以及武漢擬建造的世界最高建筑——鳳凰塔（PhoenixTowers）將趕超迪拜哈利法塔，成為世界第一高樓。打算在紅海邊的吉達(dá)市建造的王國(guó)大廈占地面積50萬(wàn)平方米，預(yù)計(jì)高1007米,208層。
武漢鳳凰雙子塔
沙特王國(guó)大廈
超高層的外形演化，從以前的單純的方正的寶塔式造型，發(fā)展到目前的異形、扭轉(zhuǎn)、連體、空中花園等體型，如央視新大樓、南京河西金鷹中心、迪拜哈發(fā)力塔等，不勝枚舉。支撐這些華美壯麗的超級(jí)建筑，所需要的不僅僅徒有其表，更重要的是其內(nèi)部的鋼筋鐵骨，這都得益于結(jié)構(gòu)工程的迅猛發(fā)展以及新工藝、新材料、新技術(shù)的廣泛應(yīng)用。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)正是伴隨這些超級(jí)項(xiàng)目迅猛發(fā)展出來(lái)的，更是支撐是這些高大上超級(jí)建筑的內(nèi)在力量。
天津高銀117號(hào)大樓 北京中國(guó)尊大樓
二、巨柱的作用：
在工程的不斷發(fā)展下，對(duì)結(jié)構(gòu)的要求也越來(lái)越多，更高的建筑對(duì)豎向構(gòu)件意味著更大的荷載。此豎向荷載主要由兩方面的因素產(chǎn)生：一方面是由于建筑物的自重，伴隨著建筑高度的增加，樓層數(shù)目也呈直線上升式增加，另一方面，由于側(cè)向風(fēng)荷載和地震荷載下產(chǎn)生的附加彎矩，彎矩在建筑物的外側(cè)直接轉(zhuǎn)換為豎向構(gòu)件的附加軸力，而且側(cè)向荷載引起的附加軸力與建筑物的高度成幾何級(jí)數(shù)增加，這也是為什么高度越高，設(shè)計(jì)難度增大更快的原因。如何承擔(dān)巨大的豎向荷載，是擺在工程師面前的首要問(wèn)題，要解決這個(gè)難題，一方面依靠材料進(jìn)步提高單位面積承載力，另一方面就是通過(guò)增大豎向構(gòu)件的截面和采取巧妙的截面構(gòu)造，通過(guò)這兩個(gè)方面共同來(lái)承擔(dān)巨大豎向荷載。
從建筑材料方面而言，建筑結(jié)構(gòu)中常用的材料即為鋼材和混凝土，這兩項(xiàng)主要材料構(gòu)成了建筑的鋼筋鐵骨。到目前為止，混凝土強(qiáng)度等級(jí)從C20發(fā)展到現(xiàn)在C80，甚至有研究機(jī)構(gòu)試配出C100，鋼材由最初的Q235級(jí)鋼到目前的Q460級(jí)，除此提高外，尚未有其他更高強(qiáng)的材料普遍應(yīng)用于建筑中，這從材料方面也部分制約了高大上建筑的發(fā)展。但工程師從不缺乏創(chuàng)新和技巧，柱子截面的尺寸從常規(guī)的約0.5m2一直到45m2，還在發(fā)展當(dāng)中，還有更大尺寸的柱子出現(xiàn)。在柱截面大到一定程度后，構(gòu)件的尺寸效應(yīng)開(kāi)始凸顯。鋼材和混凝土怎么組合，才能發(fā)揮出最大的功效，是工程師面臨的巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。
三、 對(duì)巨柱的挑戰(zhàn)
巨柱的出現(xiàn)，從工程上根本的解決了上述問(wèn)題。但巨柱自身卻面臨著極其嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，對(duì)巨型柱的挑戰(zhàn)，主要集中在對(duì)其承載力、延性、耗能、防火、施工等方面。其承載力根據(jù)項(xiàng)目的不同，從幾萬(wàn)MN到幾十萬(wàn)MN，導(dǎo)致巨型柱的截面從幾m2到幾十m2，在抗震時(shí)，又要求其有較高的延性，不能導(dǎo)致脆性破壞；要達(dá)到較高的延性，內(nèi)在必須有較大的耗能能力，才能保證地震來(lái)臨時(shí)，把地震輸入能量順利的疏散出去。另外，自從911事件以來(lái)，對(duì)主要結(jié)構(gòu)的防火能力也提出了更高的要求，巨型框架結(jié)構(gòu)作為牽一發(fā)而動(dòng)全身的最重要構(gòu)件，這就必須要保證巨型結(jié)構(gòu)同樣有很高的抗火能力。在有以上能力的同時(shí)，巨型結(jié)構(gòu)還必須能夠滿足施工的要求，例如易吊裝性，易于加工等。面對(duì)如此多的挑戰(zhàn)，如何設(shè)計(jì)好巨型體系，尤其是巨型柱就成為了超高層設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵，也是超高層設(shè)計(jì)成敗的決定因素。
