對我國高層建筑體系發(fā)展的研究

王廣振 吳紀(jì)達(dá) 侯明陽 王彥偉（山東科技大學(xué)土木工程防震減災(zāi)實驗室山東青島，266590，山東科技大學(xué)土木與建筑學(xué)院山東青島，266590）

對我國高層建筑體系發(fā)展的研究

王廣振 吳紀(jì)達(dá) 侯明陽 王彥偉
（山東科技大學(xué)土木工程防震減災(zāi)實驗室山東青島，266590，山東科技大學(xué)土木與建筑學(xué)院山東青島，266590）

本文首先對我國高層建筑體系進(jìn)行了分析，對我國高層建筑的發(fā)展、特點以及各種規(guī)范進(jìn)行了介紹，并對今后的發(fā)展進(jìn)行了展望。我國高層建筑正日趨高度不斷增加，體型更加復(fù)雜，并且鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用越來越多，同時抗風(fēng)、抗震問題得到了更好的解決。針對我國高層建筑超高、復(fù)雜、混合的特點，我們要加強高層建筑的相關(guān)研究工作，為我國建設(shè)打下基礎(chǔ)。

高層建筑；鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)；組合結(jié)構(gòu)

引言

我國的高層建筑發(fā)展始于20世紀(jì)初， 1921 年至1936 年，在上海、廣州首先出現(xiàn)了一些高層建筑物。50年代到70年代高層建筑出現(xiàn)了一定的發(fā)展，知道80年代我國高層建筑才得到快速的發(fā)展。1990到2010年我國高層建筑的發(fā)展取得了可觀的成績。近幾年，我國上海、廣州、香港等地建設(shè)出了世界級的高層建筑。本文就我國高層建筑發(fā)展的特點、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計研究和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范編制等方面進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

1 我國高層建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展的特點

通過對我國高層建筑體系的研究得出我國高層建筑的發(fā)展具有：高度增加、體型日趨龐大、新型混合結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)。

1.1 建筑高度不斷增加

十九世紀(jì)20年代到30年代我國高層建筑首先出現(xiàn)在上海、廣州，主要的代表性建筑有：上海大廈、上海國際飯店等；解放后我國高層建筑的發(fā)展加快，建成了47.5m高的北京民族飯店，1968年建成的廣州賓館；70年代建成的114m高的廣州白云賓館是我國高層建筑的里程碑事件；1980年以后隨著改革開放的進(jìn)行，我國的經(jīng)濟(jì)得到了快速發(fā)展，我國高層建筑的發(fā)展取得了可觀的成就：1990年建成了208m高的北京京廣中心，1992年建成的廣東國際大廈高達(dá)200m1998年建成的420m的上海金茂大廈更是舉世矚目。

通過調(diào)查資料，到2008年我國150m以上的高層建筑已經(jīng)達(dá)到200多棟，但是這些高層建筑在我國分布也不均勻大多分布在東南沿海地區(qū)。2006年國際高層建筑與城市協(xié)會出版的世界上最高的101棟高層建筑統(tǒng)計，在所列的101棟高層建筑中我國擁有33棟其中大陸占有20多棟，這個客觀的數(shù)據(jù)表明我國高層建筑建設(shè)已經(jīng)居于世界前列。

1.2 結(jié)構(gòu)體型日趨復(fù)雜

隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，我國高層建筑僅僅在功能方面滿足要求是不夠的，建設(shè)者在結(jié)構(gòu)體型方面也不斷進(jìn)行改造，高層建筑體系的發(fā)展得到了進(jìn)一步的優(yōu)化。

隨著改革開放的進(jìn)行，我國經(jīng)濟(jì)得到了迅速的發(fā)展，高層建筑的建設(shè)也展現(xiàn)出新的潮流，結(jié)構(gòu)更加完善、體型更加復(fù)雜、形體更加特殊。特別是近幾年我國高層建筑出現(xiàn)了各種體型復(fù)雜的建筑物以及連體結(jié)構(gòu)還有各種混凝土結(jié)構(gòu)也在高層建筑中得到應(yīng)用，以往的設(shè)計規(guī)范以及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)難以滿足新型的復(fù)雜的體系。主要的體現(xiàn)是抗震設(shè)計無法滿足要求，抗震設(shè)計很多都不規(guī)范。例如在日本神戶、中國臺灣及2008 年的5.12汶川地震中，一些特別不規(guī)則建筑受到嚴(yán)重破壞。

1.3 超高層建筑以鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)為主

我國高層建筑的結(jié)構(gòu)與國外高層建筑結(jié)構(gòu)有所不同，國外主要是以純鋼結(jié)構(gòu)為主，而我國則以混凝土混合結(jié)構(gòu)更多。據(jù)統(tǒng)計中國高層建筑中混合組合結(jié)構(gòu)占很大的比例，在不同的高度上所占比例也有所不同，150m以上的高層建筑混合、組合結(jié)構(gòu)約占22.3%； 200m以上的高層建筑混合結(jié)構(gòu)約占43.8%；300m以上的高層建筑，混合、組合結(jié)構(gòu)約占66.7%。我國正在建設(shè)的高層建筑也主要采用的是混合、組合結(jié)構(gòu)這也是我國高層建筑走在國際前列的一大表現(xiàn)。

2 高層建筑物的發(fā)展趨勢

2.1 構(gòu)件立體化

高層建筑在受到水平荷載壓力時，維持穩(wěn)定性需要依靠豎向構(gòu)件提供的作用力來提高穩(wěn)定性。在所有的豎向構(gòu)件中各類構(gòu)件的抗推剛度也有所不同，豎向線形抗推剛度很小；豎向平面構(gòu)件只在平面內(nèi)有具大的抗推力度。我國高層建筑運用的結(jié)構(gòu)中有由4片墻或者密柱圍成的墻筒和框筒，他們的基本原件雖然是線性構(gòu)件或者平面構(gòu)件，但是已經(jīng)轉(zhuǎn)變成了立體構(gòu)件，其力臂的抗力也就是橫截面受壓區(qū)中心到受拉區(qū)中心的距離很大，從而適用于層數(shù)很多的高層建筑。

2.2 結(jié)構(gòu)支撐化

我國將高效的側(cè)力構(gòu)件框筒應(yīng)用于高層建筑，然而這種構(gòu)件也有弊端它的抗剪剛度和水平承載力受到它固有剪力滯后的影響得到削弱。尤其是高層建筑的尺寸變得越來越大，建筑功能的要求提高而需要增大柱距，相應(yīng)的剪力滯后效應(yīng)就變得更大。致使翼緣框架抵抗傾覆力矩的作用大大降低。

為了提高筒狀結(jié)構(gòu)的效用，在高層建筑中發(fā)揮更好的作用。我們在框筒中增設(shè)了抗剪力墻板。同時在如果將承擔(dān)壓力的或者拉力的構(gòu)件，由原來的在建筑周邊分布轉(zhuǎn)向分布在房間四角在轉(zhuǎn)角的地方形成柱子，最后連成一個立體支撐結(jié)構(gòu)，將會有效的改善我國的高層建筑。巨大角柱在抵抗傾覆力時能形成最大的力臂，這個優(yōu)點使得框筒結(jié)構(gòu)更能發(fā)揮結(jié)構(gòu)作用。例如中國香港的中國銀行大廈就采用了筒體結(jié)構(gòu)，極大的降低了鋼材的使用量。

2.3 形體多樣化

建筑師在建設(shè)高層建筑的過程中，也漸漸地追求建筑的個性化，高層建筑的平面、體型的新穎以及特性，平面形狀不再單一出現(xiàn)了扇形、八角形、圓形，立面出現(xiàn)了外挑、內(nèi)斂、立體、連體等結(jié)構(gòu)，這些變化為結(jié)構(gòu)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范提出了更高的要求。

2.4 材料高強度化

隨著建筑高度的增加, 結(jié)構(gòu)面積占建筑使用面積的比例越來越大, 為了改善這一不合理狀況, 采用高強度鋼和高強度混凝土勢在必行。

隨著建筑結(jié)構(gòu)對混凝土要求的不斷提高以及混凝土材料的研發(fā)的不斷發(fā)展，混凝土在韌性以及強度等級方面得到改善。如今的高層建筑中已經(jīng)大量應(yīng)用C80 和C100 強度等級的混凝土。這種高強度混凝土在減少構(gòu)件的自重的同時還可以減少構(gòu)件的尺寸，極大的推動了未來高層建筑的發(fā)展。隨著高層建筑的發(fā)展，高層建筑中鋼材的運用也得到改善，更多的運用具有良好的可焊性的厚鋼板，大大的提高了高層建筑的穩(wěn)定性。

2.5 建筑輕量化

隨著高層建筑越來越高。自重也越來越大，相應(yīng)的高層建筑物對抗震要求越來越高，相應(yīng)的自重變大使得對豎向構(gòu)件和地基壓力越來越大，也帶來了許多不利的影響。為解決高層建筑自重變大的影響，目前許多高層建筑已經(jīng)采用高強輕質(zhì)混凝土，以減輕建筑物自重。例如，美國的52層、高218 米的貝殼廣場大廈就是采用輕質(zhì)高強混凝土。

3 結(jié)語

我國高層建筑物正面臨著巨大的機遇和挑戰(zhàn)，經(jīng)濟(jì)以及城市的快速發(fā)展，城市用地越來越少，高層建筑必然成為城市建設(shè)的發(fā)展趨勢。然而高層建筑的不斷發(fā)展，建筑物所需要的承載力以及抗震要求各種規(guī)范越來越高，我們要不斷地提高設(shè)計理念，向各國高層建筑學(xué)習(xí)經(jīng)驗，加大高層建筑的研究，為我國高層建筑體系的發(fā)展做好推動力。

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