未來中國超高層建筑將選擇那種結構形式

楊 科 王國珍

（山東科技大學 土木工程與建筑學院， 山東 青島 266590)

0 前言

根據我國的《民用建筑設計通則》GB50352-2005的相關規定，對超高層建筑做出了這樣的解釋：不管是住宅還是公共建筑物，只要建筑高度大于100m，就被看做是超高層建筑。在1909年，世界上第一棟在高度上超過200m建筑—“大都會人壽保險公司大樓”在美國紐約被建成。新中國成立后，中國在設計理論和技術方面比較落后，超建筑結構的發展一直處于停滯不前的狀態，尤其是高層和超高層建筑結構發展比較緩慢，直到改革開放后才逐漸起步。本文通過回顧建國以來尤其是改革開放后中國超高層建筑的發展狀況，結合我國 2個具有代表性的超高層建筑，分析超高層建筑所采用的建筑結構體系以及所面臨的方案優化問題，大膽預測中國今后超高層建筑的發展方向。

1 我國超高層建筑發展概況及代表性建筑

1973年，香港首棟超高建筑物—香港怡和大廈，在香港被建成，它的共有52層(178.5m)，它一建成就成為了當時香港以及東南亞最高的建筑。1976年初，廣州白云賓館基本完工，主樓總高114.05m，為剪力墻結構，共34層(包括地下室一層)，為當時中國第一高樓。1985年12月，有53層樓，高159.5m的深圳國貿大廈被建成，創造了一個在當時建筑史上獨特的新紀錄：建成一層樓的速度是三天。1991年，廣東國際大廈被建成，它的主樓高度是200.18m，它的建成，成為了當時中國大陸在19世紀90年代期間建成的有最多的樓層和有最高的高度的建筑。在1990年，高度是367.4m的香港中銀大廈被建成，它的設計工作是由世界上著名的華裔建筑設計師貝聿銘完成的。1996年，高度是383.95m，有 69層的深圳地王大廈被建成，它應用了鋼框架—RC核心筒的結構，它一建成就成為“亞洲第一高樓”，創造了中華歷史上的摩天紀錄。1997年，高度是391m，共有80層的廣州中信廣場樓被建成，它的建成成為了當時中國最高的建筑，也是世界上最高的混凝土大廈。上海金茂大廈與1999年落成并營業，高420.5m是一座富有中國特色的摩天建筑。隨著中國進入21世紀，大量的高層和超高層建筑在中國各地被建成，不僅代表了中國建筑結構理論與施工技術的發展，更是中國經濟崛起的標志。

中國指數研究院在2016年02期《中國房地產》中報道了“中國建筑新地標代表城市新高度”的專題，“中國十大建筑新地標”的建筑高度都在300m以上，并且有一個好的地理位置，基本處于大中城市核心位置。

1.1 上海中心

上海中心周圍有金茂大廈和上海環球金融中心這兩個比較大的建筑，這三個超高層建筑有了他們各自的意義，其中金茂大廈代表著中國的“過去”，代表中國“現在”和“未來”的是上海環球金融中心和上海中心，建成之后的上海中心成為了上海市新的地標。[1]上海中心是一個高度為632m的功能齊全的建筑大樓，它的功能包括辦公，酒店，商場，觀光等，它有地上部分和地下部分，其中地上面積約38萬m2，而地下的部分有14萬m2總建筑面積，它的主樓結構包括豎向結構和水平結構，其中豎向采用了核心筒和巨型柱，而水平結構由樓層鋼梁、樓面桁架、帶狀桁架、伸臂桁架以及組合樓板組成。

它有突出的結構方面的優點，第一，它的重力和水平荷載可以充分的利用結構材料來抵抗，所以有比較高結構效率，建筑結構的造價就相應低了不少。第二，它的外立面大空間由它的結構創造，并且它的外立面通透度被提高了很大。[2]

1.2 平安中心

位于深圳市福田中心區的平安金融中心項目，面積接近達到1.9萬m2， 它的建筑面積和建筑基底面積分別達到46萬m2和 1.23萬m2。平安中心地上部分共118層，并且它的標準層高是4.5m。它主體的屋蓋高度達到588m，塔尖高度達到660m，頂層高度達到554.5m。因為結構高嵩，為保證建筑足夠安全，塔樓采用巨型鋼斜撐外框架+勁性鋼筋混凝土核心筒+伸臂鋼桁架結構+空間帶狀桁架+角部 V形撐體系[3-4]。主體分為可以內筒和外框結構，內筒和外框分別采用型鋼-鋼筋混凝土筒體和框架柱、梁，其中外框中的框架柱、梁由8根巨柱、7道空間帶狀桁架、7道平面角桁架、巨型鋼斜撐和角部V形撐及各層由帶狀桁架分層支托組成。在塔樓高度方向設置的四道鋼桁架外伸臂把核心筒和巨柱很好的連接起來，這樣就提高了抗側剛度。

2 超高層結構體系的選用及其優缺點比較

超高層建筑結構由于具有高嵩的特點，必然要采取特殊的結構體系，且隨著其高寬比的不斷增大，其所面臨的側向抗力（主要由風荷載引起）也隨之增大。

框架結構。高層建筑框架結構與多層框架一樣由縱橫框架形成一個空間框架結構，可以很好的來承受水平和豎向荷載。和其他的高層結構體系作比較，框架結構的空間可以靈活布置，如會議廳、餐廳、休息廳和貿易廳等功能房間的靈活布置很容易滿足。當有地震作用時，框架結構的延性較好可以抵消地震作用的一部分能量，但因為構件較小的截面尺寸，所以抗側剛度會比較小而相應的水平位移就會增大，會使非結構的構件因為大變形而破壞，高度上就受到了很大限制。

剪力墻結構。建筑物的縱墻和橫墻是承重墻，他們可以承受來自豎向與水平方向的荷載，這樣的墻體被稱為剪力墻。通常，剪力墻都是鋼筋混凝土，超高層承受地震作用的能力比較好，那是因為剪力墻側向剛度比較好。剪力墻的間距也不能太小，以6～8m最為合適，否則建筑成本就比較高。

框架—剪力墻結構。框架—剪力墻既有純框架的優點也有剪力墻的優點，滿足了超高層建筑空間布置的需要和抗側力的的要求。因為超高層建筑的大部分剪力被剪力墻承擔了，所以框架的整體受力和建筑內力的整體分布有了很好的提高，建筑框架承受整體水平剪力可以減小很多。通常，在超高層建筑中，80%水平荷載是由剪力墻來承擔的，剩余 20%水平荷載是由框架來承擔的。一個很重要的問題就是超高層建筑的整體布置，在結構上要確保框架與剪力墻可以協同工作。要想使協同工作越好，就必須要求樓蓋的水平剛度如越大。如果剪力墻布置的太少，結構側向的變形也就增大；剪力墻布置太多，經濟上就不是很合適，在后期還會給超高層建筑帶來諸多的限制。

筒體結構。通常由一個或者幾個筒體作為豎向的承重結構。它包括框筒結構、框架核心筒結構、筒中筒結構、多重筒結構和束筒結構等。筒體結構的水平荷載主要靠筒體來承擔，并且它的空間剛度比較大，抵抗地震能力也比較好。所以，在超高層建筑中筒體結構在平面的布置方面和滿足相關功能方面有明顯的優勢。

3 結論

隨著我國經濟的發展、建筑技術的日趨成熟和工程施工經驗的不斷地積累，因為我國人口比較多，人均用地比較少，所以高層和超高層建筑在中國的發展的潛力很大。我們可以看到隨著建筑結構高度的增加，單一的建筑結構型式已經不能滿足超高層建筑對安全及使用功能的需要，所以應用比較多的是巨型框架和巨型支撐，在超高層建筑結構中鋼-混凝土混合結構應用也越來越廣泛。超高層結構體系迎來的新的轉變，勢必會影響以后的超高層結構設計，由此可見未來中國的超高層建筑必定是以混合結構體系為主，搭配巨型桁架和斜向支撐，同時廣泛應用新材料。

[1]YiZhu,DennisPoon,SteveZuo,GuoyongFu.StructuralDesignChallengesofShanghaiT ower.[C].TheriseofAsia.2012.09.19.

[2]丁潔民.上海中心大廈之建筑與結構.[J].主體建筑：當建筑與結構相遇 2012（05）.

[3]黃用軍,何遠明,彭肇才等.平安金融中心結構設計與研究[J].建筑結構,2014,44(3),13-19.

[4]傅學怡,吳國勤,黃用軍等.平安金融中心結構設計研究綜述[J].建筑結構,2012,42(4),21-27.