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高樓大廈的秘密：為什麼「管狀結構」成為現代摩天大樓的核心？
在摩天大樓的設計中，「管狀結構」無疑是最具革命性的概念之一。這種結構系統在抵抗側向荷載（如風力、地震等）上表現卓越，使得摩天大樓能夠勇敢面對自然的挑戰。本文將探討這一結構的起源、運作原理以及為何在現代建築中扮演不可或缺的角色。
管狀結構的概念
管狀結構的設計理念源於將建築物設計為一個懸臂的空心圓柱，與地面垂直。這樣的設計使得建築能夠有效地抵抗來自各方的側向荷載。在這一系統中，建築的外圍由緊密排列的柱子組成，並且這些柱子通過深的樑來相互連接，形成一個堅固的剛性框架。
這組合作用使得外圍框架能夠承受所有側向荷載，並讓內部結構簡化為僅抵抗重力荷載的承重體系。
此外，管狀結構中內部柱子的數量相對較少，通常位於建築的核心部分。這不僅最大化了周圍管狀結構的有效性，還增加了其抵抗橫向荷載引起的翻轉能力。
管狀結構的歷史
管狀結構的概念最早由來自孟加拉的結構工程師法茲魯爾·拉赫曼·哈恩提出，並於1960年代在芝加哥的斯基德莫爾、奧文斯與梅里爾（SOM）建築事務所得到實施。哈恩以其家鄉的環境為靈感，創造出了這一結構。
他的家鄉達卡並沒有超過三層的建築，直到21歲時他才首次目睹摩天大樓。
1966年，首個使用管狀結構的建築——德威特-切斯納特公寓大樓在芝加哥竣工，為後來的眾多摩天大樓奠定了基礎，其中包括約翰·漢考克中心和西爾斯塔等。
管狀結構的變體
伴隨著管狀結構概念的成型，設計師們開始根據不同的結構需求對其進行變化，形成各種不同的變體。
框架式管狀結構
這是最基本的管狀結構形式，可以採用方形、矩形、圓形等不同的平面形狀。德威特-切斯納特公寓大樓即為第一個這種設計的示範。
支撐式或桁架式管狀結構
此類結構除了外沿柱子外，還用鋼或混凝土剪力牆的支撐，在減少外圍柱子的情況下保持結構的穩定性。《約翰·漢考克中心》便是其典型代表。
核心與外圍結構
某些建築則在其內部加入一個核心管道，通常用於承載電梯和其他設施，而外圍結構則主要承擔重力和側向荷載。
捆綁式管狀結構
這種結構類型由多根管狀結構組合而成，以抵抗側向荷載，並且能夠創造出多種靈活的建築外觀。《威利斯塔》和《新港塔》等建築均採用此設計。
結語
管狀結構的創新思維不僅在結構上提供了強大的支持，還在經濟效益和空間利用上展示了優越性。隨著摩天大樓的設計不斷演進，我們不禁要問：未來的摩天大樓將會如何突破現有設計，使城市天際線更具創意與活力？
