現代高層建筑結構體系的發展現狀研究★

劉云博 杜晨旭 李鵬程

(北京建筑大學土木與交通工程學院，北京 100044)

現代高層建筑結構體系的發展現狀研究★

劉云博 杜晨旭 李鵬程

(北京建筑大學土木與交通工程學院，北京 100044)

論述了對當前建筑結構體系的本質和規律進行深入了解和認識的必要性，通過探討研究結構體系的新變化，梳理了結構體系應用中存在的問題，為把握現代高層建筑結構體系發展特征提供參考。

高層建筑，結構體系，發展趨勢，巨型結構

高層建筑的功能、形式、高度和空間利用的不斷發展，促使結構形式、材料、組成和結構體系的不斷發展和創新。新材料的出現，計算機技術的發展，又給結構體系的發展和創新創造了條件［1］。

隨著建筑高度的不斷刷新，原有的框架、剪力墻或框架—剪力墻體系、普通筒體結構已經不能滿足超高層結構的需要，而巨型結構體系和混合結構體系頻繁地出現于實際工程中，并表現出各自獨特的優勢。

1 高層建筑結構體系的新發展

隨著超高層建筑的發展，新型的結構體系在高層建筑中更加頻繁地出現，以下為工程中較常用的結構體系。

1.1 巨型結構

巨型結構，是按照建筑平面尺寸，布置由巨型框架柱(由多根巨柱通過水平桿及巨型斜撐而形成的筒體)及巨型框架梁(大多為水平桁架)等形成的巨型結構體系，是具有兩道抗震防線的抗震結構，例如中國臺北101大樓(見圖1)。巨型框架具有很大的承載能力和側向剛度，豎向荷載由巨型框架傳至基礎，水平荷載由巨型框架承擔或巨型框架和核心筒承擔［2］。

1.2 交叉網格筒—核心筒結構

交叉網格筒—核心筒結構，由外周鋼(型鋼)交叉網格筒與內部鋼筋混凝土(鋼支撐)筒體組成的結構體系，例如廣州珠江新城西塔(見圖2)。交叉網格筒—核心筒結構是筒中筒的衍生結構形式，類似的還有支撐筒—核心筒結構，是由帶斜支撐的外周鋼(型鋼)桁架支撐筒與內部鋼筋混凝土(鋼支撐)筒體組成的結構體系，例如京基大廈(見圖3)。

圖1 中國臺北101大樓

圖2 廣東新城西塔

1.3 成束筒結構

成束筒結構，一般是指由多個框筒組成的抗側力結構體系。多筒結構可以有效減小剪力滯后效應，更充分發揮結構空向作用，其剛度和強度都有很大提高，可應用于高層和超高層建筑。其應用實例為美國芝加哥110層的西爾斯大廈(見圖4)。

圖3 深圳京基大廈

圖4 美國西爾斯大廈

2 現代高層建筑結構體系應用需要解決的主要問題

2.1 結構抗風優化

隨著建筑高度不斷增加，結構抗側剛度變小、阻尼降低，結構對風作用更加敏感，因此，建筑形態成為超高層建筑結構設計中一個重要的控制因素，如何減小結構風荷載并控制建筑舒適度從而控制整體成本已成為一個重要議題。

2.2 長周期結構動力分析

受模擬式強震儀頻率特性限制，長周期地震記錄數量較少或者欠精確，準確的記錄往往集中在3 s以內［3］。對超高層建筑，由于高寬比較大，結構偏柔，自振頻率較低，低階周期往往超過3 s，對于結構的動力響應分析的兩個重要影響因素(地震動特性和結構動力特性)而言，地震動特性的準確性難以衡量，因此如何對長周期結構動力響應的分析結果進行修正也是必須進行研究的。

2.3 結構消能減震設計

減振控制技術是抗震設計的一條重要途徑，可以減小核心筒剪力墻的塑性損傷，是提高結構抗震性能的有效方法，近年來在日本、美國等發達國家得到了較為廣泛的應用，而在我國開始應用的時間尚短［4］。但我們的研究工作與世界先進水平尚有較大差距，需要深入開展相關研究工作。

3 結論與展望

高層建筑的結構設計是系統性工程，隨著我國高層建筑技術的不斷發展，高層建筑結構體系發展也出現了新的特點，巨型結構和筒中筒衍生結構形式在工程中出現的頻率逐漸提高，結構的雜交程度也逐漸提高，但同時也在結構抗風、抗震、施工等方面帶來新的挑戰，而目前在結構體系方面的系統性研究不足，具體應用中的技術難題研究工作還有待加強。

［1］ 方鄂華，錢稼茹，葉列平.高層建筑結構設計［M］.北京:中國建筑工業出版社，2003:28-30.

［2］ 徐培福，王翠坤，肖從真.中國高層建筑結構發展與展望［J］.建筑結構，2009，39(9):28-32.

［3］ 丁潔民，吳宏磊，趙 昕.我國高度250m以上超高層建筑結構現狀與分析進展［J］.建筑結構學報，2014，35(3):1-7.

［4］ 呂西林，程 明.超高層建筑結構體系的新發展［J］.結構工程師，2008，24(2):99-106.

Research on development status ofm odern high-rise building structural system s★

Liu Yunbo Du Chenxu Li Pengcheng

(Beijing University of Civil Engineering and Architecture，School of Civil Engineering and Transportation，Beijing 100044，China)

The paper discusses the importance of knowing the essence and law of current building structure system，explores new change of structural system，and inquires problems existing in structural system application，which has provided some guidance for grasping the development features ofmodern high-rise building structure system.

high-rise building，structural system，development trend，mega-structure

TU973

A

1009-6825(2015)29-0030-02

2015-08-06 ★:北京市教委項目“研究生培養-研究生教育-產學研聯合培養研究生基地”(2014)

劉云博(1990-)，男，在讀碩士; 杜晨旭(1990-)，男，在讀碩士; 李鵬程(1990-)，男，在讀碩士