我國高層建筑體系的發展

劉玉娟 柳新嶺

我國高層建筑體系的發展

劉玉娟 柳新嶺

（山東省土木工程防災減災重點實驗室 山東科技大學 山東青島 266590）

高層建筑，是指超過一定高度和層數的多層建筑，高層建筑是隨著社會生產的發展和人類生活需求的產物，是現代工業化、商業化和城市化的必然結果。高層建筑的發展對于我國社會具有很強的推動意義，它是一個城市發展到一定階段的必然產物，也是一個城市發展程度的標志。在新的發展時期，發展高層建筑可以有效的節約土地，對提高空間利用程度具有重要作用。本文主要簡要論述了高層建筑結構發展歷史及結構特點，結構選型及今后的發展趨勢。

高層建筑；發展歷史；結構選型；發展趨勢

我國高層建筑要從幾千年前的古代開始算起，戰國高臺建筑時期，是我國高層建筑發展的前期，漢代的井干高樓時期，是我國高層建筑的發展期，南北朝至明清磚筑寺塔樓閣時期，是我國高層建筑的緩慢發展期，近現代鋼筋混凝土高樓時期，是我國高層建筑的高速發展時期。本文主要講述的是20 世紀80 年代以后，隨著改革開放的步伐加快的，我國經濟發展水平的提高，也加快了高層建筑的發展，在新的發展時期，對我國高層建筑的發展特點及未來發展趨勢具有非常重要的意義與作用。

1、我國高層建筑結構的特點

近年來我國高層建筑迅速發展的主要原因是城市建設用地日趨緊張以及城市規劃、旅游、電訊等的需要。以北京為例, 市區城市用地從1949年的109平方公里, 到1981年擴大到346平方公里, 增長22倍, 原有近郊農菜地已減少200多萬畝。

1.1我國高層建筑的發展特點

建筑高度不斷增加，從1931 年上海出現的24 層國際飯店到上海環球國際金融中心（631m）。據不完全統計，截止2008 年底，我國超過150m 以上的高層建筑物已經超過了200棟，這些建筑物為社會經濟發展發揮了重要作用。在未來的一段時間內，這些高層建筑物的數量還會增加，高度也將會被再一次刷新。

建筑結構復雜程度不斷增加，從1974年北京飯店新樓簡單的方形框架結構、1985年深圳發展大廈的圓形結構、廣州國際大廈的筒中筒結構，我國的高層建筑的結構形式越來越復雜化。其三表現在鋼筋混凝土建筑逐漸增多，在國外的高層建筑物建設中主要以純綱結構，在我國主要以鋼結構混凝土為主。據不完全統計資料顯示，我國已經建成的150m 以上的高層建筑物中，混合、組合結構約占到22.3%，300m 以上的混合、組合結構約占70% 。

1.2 我國高層建筑的受力特點

建筑結構需同時承受水平和豎向的荷載或作用。低層建筑豎向荷載是設計的控制因素。而高層結構由于較大的建筑高度造成了完全不同的受力情況，水平荷載不僅是主要荷載的一種，跟豎向荷載共同起作用，而且往往還成為設計中的控制因素。高層建筑結構的設計，要求足夠的強度和合理的剛度，使水平荷載所產生的側向變形限制在規定的范圍內。同時，有抗震設防要求的高層建筑還應具有良好的抗震性能，使結構在可能的強震作用下當構件進入屈服階段后，仍具有良好的塑性變形能力，即具有良好的延性性能。綜合高層建筑的上述受力特點可知，與低層結構不同，高層建筑結構在強度、剛度和延性三方面要滿足更多的設計要求?？箓攘Y構的設計成為高層建筑結構設計的關鍵。

2、我國高層建筑的結構選型

我國高層建筑的結構形式主要有純框架結構、剪力墻體系、框架-剪力墻體系、筒體體系、組合結構、懸掛結構以及傳力梁結構等。

早期的高層建筑，由于層數較少，多采用純框架體系，但此種結構形式側向剛度小，在風荷載或地震荷載作用下，產生的側向變形較大，限制了高層建筑的層數和高度。故而此種體系一般可建至15層，最高可達20層左右，如北京長城飯店(22層、80m高)。剪力墻體系的剛度、強度都比較高, 有一定的延性, 結構傳力直接均勻, 整體性好, 抗倒塌能力強，適用于小開間的高層住宅、旅館、公寓等。如北京國際飯店(31層、104m高)、上?；▓@飯店(34層、1989年)、廣州白云賓館(35層、112m高、1976年)等?？蚣?剪力墻體系：在我國10 一20 層的辦公樓、旅館、醫院和科研教學樓采用框架一剪力墻結構的很多, 個別超過20 層,主要代表建筑有北京京城大廈(52層、183m高、1991年)、上海商城中樓(48層、165m高、1990年)、東北電網生產調度大樓(24層、105m高、1987年)等。筒體結構主要代表建筑物有，廣東國際大廈主樓(63層、199m高、1992年)、深圳發展中心大廈(43層、165m高、1990年)、廣東國際大廈主樓(63層、199m高、1992年)。

3、高層結構設計中的關鍵技術

在我國高層建筑中，加強對高層結構隔震減振技術的研究，加強對高層混合結構的研究，抗風關鍵技術的研究等成為了高層結構設計中的關鍵。

減振控制技術是抗震、抗風設計的一條重要途徑，近年來在美國、日本等發達國家得到了廣泛的應用，在我國建筑中應用是從近兩年開始的。隔震技術在高層建筑中開始有一定的應用，但在技術上還存在一些問題，如隔震支座的抗拉問題等需要更加深入的研究。鋼筋混凝土混合結構在我國高層建筑中應用的比例會持續增加，但需要開展進一步混合結構體系的抗震性能研究。結構體系的復雜性、多樣性要求結合工程應用，對各種新型組合結構構件開展更加深入細致的性能研究工作。在抗風技術中，隨著高層建筑層數的增加，結構對風荷載的反應更加的敏感。因此應該進一步加強對高層建筑橫風向影響和等效靜力風荷載、干擾效應、行人風環境以及居住著舒適的判據等方面的研究。除此之外，國際工程對超高層建筑上的風速、風壓的測試工作也非常的重視。

4、我國高層建筑未來發展趨勢與展望

我國的高層建筑及超高層建筑具有超大功能、復雜程度高、設計水平高的特點，其規模和復雜程度在國際上都是具有非常高的水平的，充分顯示了科學技術的力量，并且新時期的許多建筑物更是超過了現行的相關技術標準。使建筑師從過去強調藝術效果轉向重視建筑特有功能與技術因素。

當今的高層建筑越來越多的使用新材料、超強材料。材料問題是高層建筑結構技術問題中首先要解決的問題，混凝土已經從最早的C10到現在的C100，高強度和良好韌性的混凝土有利于減小結構構件的尺寸，減輕結構的自重，改善結構抗震性能。除混凝土外，另一個高層建筑的理想材料就是鋼材，鋼材的強度和塑性高，以及現在建筑的使用等要求的增加，對建筑材料的要求也在提高，如新型耐火、耐候鋼，復合材料等。

現代建筑除滿足使用、審美要求，同時也是經濟、技術水平的標志。有些高層建筑物成為當地的標志性建筑，因此未來的高層建筑更需要新的設計概念和結構形式。未來的高層建筑將朝著技術功能先進和藝術完美相結合的方向發展。高層建筑結構的高度出現新的突破，從前面幾十年高層建筑的迅猛發展可知，未來高層建筑在數量、質量及高度上都有了大飛躍，并且科技含量越來越高。

典型的高層建筑舉例：

公元704年在西安建造了大雁塔(7層磚木結構，總高64m)。深圳發展中心大廈(1985-1987，44層，高165.3m，加上天線的高度共185.3m)，是我國第一座自行設計的大型高層鋼結構大樓。箱形鋼柱鋼板厚達 130mm，亞洲之最。臺北101大廈，中國高508米（含天線），地上101層，地下5層，2004年。設置了TMD ，在88-92樓層掛置一個重達660噸的巨大鋼球，直徑5.5m，利用擺動來減緩建筑物的晃幅。筒中筒，鋼結構。 上海證卷大廈，共28層，高128m，巨型框架－支撐體系。兩塔樓，相距63m，19～26層用橫向框架－支撐結構體系相連，9層以下由裙房連接。塔樓及63m框架－支撐體系都是6層樓一個節間。塔樓內部有鋼筋混凝土核心筒，外圍有巨型框架柱或獨立鋼柱。

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