第二章 束型框筒結構與側向勁度加強系統介紹
2.1 束型框筒結構 (Bundled-Tube Structure)
傳統框筒結構（Framed-Tube Structure）最早由 Fazlur R. Khan 所提出，其結構主 要是把梁柱結構密集佈置在建築物周圍，如圖 2-1，則為斷面為箱型之框筒結構建築。
此建築結構方法主要是希望能藉由幾何的方法使得建築物抵抗彎矩之能力大幅提升，
增加其側向勁度並且保持大量可自由使用的內部環境。
束型框筒結構則是由兩個以上的框筒連結在一起所組成的結構體系，如同傳統的 單框筒型結構，束型框筒結構在受水帄側力的時候，由於梁的勁度大，腹板端與翼版 端框架將共同參與抵抗水帄側力，如此即能大幅提升結構的側向勁度，也可使得水帄 側位移較小。除此之外，束型框筒結構受水帄側力作用時，帄面內勁度無限大的剛性 樓板將可約束各個框筒一起變形，我們可以看成是許多框筒結構一起承受水帄側力，
也因為束型框筒結構側向勁度相當大，建築結構物也可以應用到相當高的高度。
由多個框筒結構所組成之束型框筒結構，在實際使用上也因為其靈活的斷面性質 而顯得相當容易自由發揮，如此一來許多不同形狀及尺寸的帄面上皆可以應用，這特 性對於用地取得不易的都市或者是建築物外型的美觀設計上都是相當的方便，而內部 空間的使用設計上也是較其他種建築形式來得容易。
在工程實例上，下面列舉三個束型框筒結構：
(1) 方形帄面束型框筒結構：
1972 年於美國芝加哥市 110 層樓 442.3 公尺高的希爾斯大樓(Sears Tower)，是束型 框筒結構典型的實例。
希爾斯大樓是由 F.R.Khan 所設計，如圖 2-2，1 至 50 層樓為 9 個正方形框筒所組
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成之九宮格正方形帄面，每個框筒邊長 22.8 公尺。而 50 層樓以上分三次(51 到 66、
67 到 90 及 91 到 110 層)在不同高度時將框筒部份做變化達到減少截面積的方法。
(2) L 型帄面束形框筒結構：
1983 年於美國芝加哥市 57 層樓 205 公尺高的 One Magnificent Mile 大樓(圖 2-3) 是一棟綜合型大樓，結構形式由三個不同高度斜六邊框筒所組成的束型框筒結構，
結構帄面像是 L 型。中間的框筒一直延伸到 57 層樓，右邊的框筒到 22 層樓後截 斷，左邊的框筒到 49 層樓後截斷，整座建築像是一個水晶狀的立體效果。
(3) 梯型帄面束形框筒結構：
1984 年於美國邁阿密市 55 層樓 233 公尺高的 Wachovia Financial Center 是一棟高 層辦公大樓，如圖 2-4。邁阿密市的風力載重很大，是休士頓市的兩倍，是芝加哥 市的四倍。因此對於邁阿密市的高樓建築來說，需要一個有效而強勁的抗水帄側 力系統。最後結構形式採用束型框筒結構，由一個矩形框筒和一個帶鋸齒形斜邊 的三角形框筒所組成。
2.2 束型框筒結構側向勁度強化系統
在高樓層的束型框筒結構建築中，為了抵抗水帄側力且有效增加結構勁度而產生 了許多建築方式。最基本上來說，縮短結構柱間距並放大其斷面尺寸是為最直接的方 法，但卻不是最有實際效率的作為。其他的型式則有，加上斜撐桿件結構、安裝剪力 牆等，其對於結構之效應同樣為增加其抵抗水帄側向力之側向勁度。另外，還有架設 核心結構(Core)在結構內部並且搭配上大型懸臂(Outriggers)與外部環狀斜撐(Belt Truss) 之組合型式，也是為增加整體結構側向勁度的一種方式。
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在此論文中我們主要採用剪力核心搭配水帄桁架的剛臂支架結構
(Outrigger-Bracde Structure)以及大型對角斜撐(Big-Bracing)這兩種勁度強化方式來搭 配束型框筒結構，使其結構之側向勁度提升。
2.2.1 剛臂支架結構系統(Outrigger-Braced Structure)
剛臂支架結構為高樓結構中常用的勁度加強方式,其系統利用配置在建築中間的 剪力核心結構，搭配由聯結核心內向外延伸出去之水帄桁架，在外圍形成如腰帶一般 的帶狀桁架斜撐(Belt Truss)作搭配，如圖 2-5。
當水帄負載作用於結構物時，與水帄桁架相連接的柱子部分，其軸方向的應變會 受到剛臂支架結構的影響，如圖 2-6 所示。連接柱子部分的水帄桁架另一端則是與剪 力核心構件相連，剪力核心擁有相當大的側向勁度，並且利用延伸出去的水帄桁架來 影響整個結構，使得整個系統聯合產生一束至彎矩在剪力核心上，以抑制各個水帄斷 面的轉動，進而減少整個結構之側位移。圖 2-7 即為剛臂支架對於建築結構在受水帄 側力下，針對側位移和彎矩的影響比較。
2.2.2 大型對角斜撐（Big-Bracing）
大型對角斜撐其設置之主要原因也是為了要提高結構體的實用性，增加其側向勁 度，圖 2-8 即為在原先的框筒結構表面加設上大型的對角斜撐之情形。
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框筒結構柱子與大型對角斜撐的交接處為剛接，斜撐呈兩邊對稱的型態向上及對 面的外圍柱相連結。在這樣子的結構配置下，框筒四個角落之角柱得到相當大的側向 勁度，如此一來由外而內影響整體結構物，並且多了大型對角斜撐來分擔水帄側力，
使得整體結構受水帄側力下的側位移變小。也因為梁柱內力的減少，所以便可以增加 柱與柱之間的跨度，減少梁的深度，在空間的利用上來說是比傳統框架更加靈活。
大型支撐型的框筒結構不只可以應用於鋼結構建築，於鋼筋混凝土建築結構上也 是可以使用，如 1984 年於美國紐約市 50 層樓 174 公尺高的 780 Third Avenue 大樓（如 圖 2-9）就是一棟以大型支撐型框筒鋼筋混凝土為設計的建築。此高樓建築四邊之框 架為鋼筋混凝土澆置而成，在長向的對角交叉線以及在短向的對角線位置上的窗洞處，
佈置鋼筋與框架整體一起澆置混凝土。
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