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高楼大厦的秘密：为什么「管状结构」成为现代摩天大楼的核心？
在摩天大楼的设计中，「管状结构」无疑是最具革命性的概念之一。这种结构系统在抵抗侧向荷载（如风力、地震等）上表现卓越，使得摩天大楼能够勇敢面对自然的挑战。本文将探讨这一结构的起源、运作原理以及为何在现代建筑中扮演不可或缺的角色。
管状结构的概念
管状结构的设计理念源于将建筑物设计为一个悬臂的空心圆柱，与地面垂直。这样的设计使得建筑能够有效地抵抗来自各方的侧向荷载。在这一系统中，建筑的外围由紧密排列的柱子组成，并且这些柱子通过深的梁来相互连接，形成一个坚固的刚性框架。
这组合作用使得外围框架能够承受所有侧向荷载，并让内部结构简化为仅抵抗重力荷载的承重体系。
此外，管状结构中内部柱子的数量相对较少，通常位于建筑的核心部分。这不仅最大化了周围管状结构的有效性，还增加了其抵抗横向荷载引起的翻转能力。
管状结构的历史
管状结构的概念最早由来自孟加拉的结构工程师法兹鲁尔·拉赫曼·哈恩提出，并于1960年代在芝加哥的斯基德莫尔、奥文斯与梅里尔（SOM）建筑事务所得到实施。哈恩以其家乡的环境为灵感，创造出了这一结构。
他的家乡达卡并没有超过三层的建筑，直到21岁时他才首次目睹摩天大楼。
1966年，首个使用管状结构的建筑——德威特-切斯纳特公寓大楼在芝加哥竣工，为后来的众多摩天大楼奠定了基础，其中包括约翰·汉考克中心和西尔斯塔等。
管状结构的变体
伴随着管状结构概念的成型，设计师们开始根据不同的结构需求对其进行变化，形成各种不同的变体。
框架式管状结构
这是最基本的管状结构形式，可以采用方形、矩形、圆形等不同的平面形状。德威特-切斯纳特公寓大楼即为第一个这种设计的示范。
支撑式或桁架式管状结构
此类结构除了外沿柱子外，还用钢或混凝土剪力墙的支撑，在减少外围柱子的情况下保持结构的稳定性。 《约翰·汉考克中心》便是其典型代表。
核心与外围结构
某些建筑则在其内部加入一个核心管道，通常用于承载电梯和其他设施，而外围结构则主要承担重力和侧向荷载。
捆绑式管状结构
这种结构类型由多根管状结构组合而成，以抵抗侧向荷载，并且能够创造出多种灵活的建筑外观。 《威利斯塔》和《新港塔》等建筑均采用此设计。
结语
管状结构的创新思维不仅在结构上提供了强大的支持，还在经济效益和空间利用上展示了优越性。随着摩天大楼的设计不断演进，我们不禁要问：未来的摩天大楼将会如何突破现有设计，使城市天际线更具创意与活力？
