淺議高層建筑結構的特點及其發展趨勢

摘 要:隨著城市的高速發展，高層建筑在各大城市林立而起，在社會生產力和科學技術的推動之下，高層建筑也不斷凸顯新特點。本文將對目前國內高層建筑結構的特點進行分析，探討其未來的發展趨勢，并提出相關的發展建議。

關鍵詞:高層建筑 結構特點 發展趨勢

中圖分類號:TG260文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)10(c)-0029-01

1 高層建筑結構的特點

高層建筑的結構不同于低層和多層建筑的結構，前者在結構設計的專業性方面占據更加重要的地位，它涉及到各種結構體系的選擇，在建筑平面的布置、樓層的高度、機電配套的設置、施工技術的要求、施工的時間和投資造價等方面都有著相當專業的要求，其結構的主要特點如下。

1.1 水平荷載的特點

低層和多層建筑結構是豎向荷載控制結構設計的，豎向荷載是以重力為代表，因為低層和高層的軸力和彎矩的數值是由建筑自重和樓面使用的豎向荷載所引起的，是個定值，僅與建筑高度的一次方成正比;因此高層建筑除了要求有豎向荷載的結構設計之后，水平荷載也起著關鍵性的作用。水平荷載具有風荷載和地震作用，前者是空氣流動對高層建筑產生的壓力，后者是地震引起的作用于建筑物上的動荷載，兩者的在建筑物結構動力性的變化下也隨著變化，水平荷載對結構產生傾覆力矩和豎向荷載產生的軸力，將是建筑物高度的平方成正比，這也正是高層建筑結構的突出特點。

1.2 抗震的特點

根據地震災害工程經驗形成的設計原則和思路，高層建筑的結構總體布置特點要求具有抗震設防的結構功能，在考慮豎向和風荷載的正常使用之外，還必須使得結構具有良好的抗震性能。抗震設防的設計理念，有助于通過靈活運用抗震設計的要求，使得設計的不至于項目盲目的工作狀態，而且能更加合理地進行高層建筑的抗震設計。

1.3 減輕建筑物的自重

高層建筑物85%以上的豎向荷載是建筑物的自重，減輕自重具有重要的意義:一是有利于節約建筑材料;二是采用輕質的材料，可以提高施工效率，也可以提高建筑物保溫和隔熱的效果;三是降低投資的資金，使得設計更加經濟合理;四是有利于改造;五是有利于抗震設防。

1.4 概念設計

高層建筑物結構的抗震設計包括計算和概念設計兩個部分，計算設計是設計師利用分析的手段和原則，在設想的條件下完成的。在地震的復雜性、多邊性的影響下，理論分析存在的誤差往往造成結構進入彈塑性階段之后，出現局部開裂，因此計算設計已經不能滿足高層建筑物結構的設計了，而概念設計更加的重要。

2 高層建筑物的發展趨勢

2.1 高強度新材料的開發運用

在建筑物高度的增加以后，為了解決面積與建筑面積比例懸殊的不合理問題，采用高強度的新材料勢在必行。首先是高強度混凝土，隨著這種材料的研制和改善，它將呈現出強度和韌性俱佳的功能，不僅有利于見減小建筑結構構件的尺寸，還能減輕建筑物的自重。達到建筑物輕質高強的目的，高強度混凝土的開發和使用，將對高層建筑物得結構帶來深遠的影響;其次是高強度厚鋼板的使用，厚鋼板具有良好的可焊性，譬如耐火鋼材FP鋼，其防火的保護層面厚度不大，造價低，但具有抗火的功能。目前國內外已經開始使用高強度厚鋼板，逐步減少或者摒棄對防火材料的依賴，復合材料也逐漸用于高層建筑的結構開發中。

2.2 高層建筑結構設計方法不斷創新

為了滿足高層建筑結構設計越來越高的要求，其設計方法已經從單純的手工計算脫穎而出，逐步演變成計算機程序進行計算，目前國外普遍采用三維空間結構分析計算程序，這種計算方法在國內也開始展開使用:第一、彈性動力時程分析，輸入各類地震波，計算出建筑物的結構位移數值和內力數值;第二、彈塑性包括靜力分析和層模型動力分析等。目前開發的應用手工工程設計的程序在大量的研究工作中，已經得到很大的發展;第三、剪力結構，為了了解各種材料的抗震性能，將進行鋼筋混凝土等轉換層和剛性層的模型試驗，另外在對復雜體型的高層建筑進行風洞試驗以后，高層建筑物結構設計也將得到進一步的完善。

2.3 施工技術的迅速發展

高層建筑由于抗震和抗風的要求越來越高，而且建筑模式的多樣化，層數的增高，對其施工的技術要求也就越來越高。為了適應高層建筑高要求的施工，施工著重解決了模板、混凝土和鋼筋三方面施工的需求，現在已逐步朝著標準化的方向發展。

2.4 建筑高度出現新的突破

在使用新材料、設計方法創新、施工技術發展等高層建筑的施工手段得到發展之后，高層結構將不再滿足現有的高度，就目前為止，高層建筑在數量、質量和高度上已經有了很大的進步，而隨著科技含量的增加，高層建筑的高度將出現新的突破。

3 高層建筑結構的發展建議

3.1 結構設計原則

3.1.1 高層建筑結構的設計應該與施工材料、設備緊密結合，采用新技術、新材料、先進設備和新工藝，做到結構設計的安全、使用、經濟和實用。

3.1.2 高層建筑結構設計要擇優選擇具備抗震、抗風、經濟適用的結構體系布置方案，重視結構上的選擇，并根據工程的實際情況，加強構造的連接，譬如在抗風設計當中，應當保證結構整體的抗風性能，使得整個結構有足夠的強度、韌性和延性。

3.2 施工條件的控制

3.2.1 施工人員

高層建筑結構特點決定了它與普通建筑的區別性，在質量上也有較高的要求，因此工程要樹立以人為本的戰略思想，實行質量控制與責任制相結合的措施。首先，工程前的責任分配，并對相關施工人員的培訓和技術交底;其次，施工時對施工人員資質和能力的檢查，優勝劣汰，確保工程能夠按照相關規范進行。

3.2.2 施工設備

根據上文的結構發展趨勢，施工設備的要求要根據高層建筑的工程量特點來確定分類使用的，因此，我們要做好設備的組織工作，對設備進行調配，發揮設備的最大效能。

3.2.3 施工方案

施工方案要綜合考慮各種施工的條件，明確施工流程，一旦出現新的情況或者問題，則要及時修改和完善，另外要勤于借鑒國內外先進的施工經驗和方法，從而提高高層建筑結構的施工質量。

3.2.4 材料把關

高層建筑特殊的結果決定了材料的特殊性，材料質量選擇應該建立在國家規范標準的基礎上，一是對材料計劃提供方的審核，確定供應商的供料連續性;二是嚴格審查材料使用認證。

4 結語

高層建筑是人類社會生產需求和生活需求的產物，目前科學技術的發展，高強制材料、機械化、電氣化等新技術和新工藝在建筑中逐步得到實現，為高層建筑的發展提供了優質的技術條件和物質基礎，高層建筑在新材料的開發運用上、結構設計方法、施工技術、建筑形體和建筑高度將實現新的創新和突破，但在當前的高層建筑施工，也要采取相應的措施，為今后發展奠定堅實的基礎。

參考文獻

[1] 王甲崇，賀坤.淺議現代城市橋梁結構的發展現狀與趨勢[J].黑龍江科技信息，2009.

[2] 李勇，孫麗杰.高層建筑結構特點、現狀及發展趨勢[J].黑龍江科技信息，2010.

[3] 殷九江.對提高高層建筑結構效能的基本措施探討[J].科技致富向導，2011.