我國高層、超高層建筑結構的發展

段本碩, 楊 科 程光福

（山東科技大學 土木工程與建筑學院， 山東 青島 266590）

0 引言

各國對高層建筑的定義不盡相同，例如，美國將建筑高度達24.6米以上或7層以上的建筑物定為高層建筑，日本則是在8層以上或達31米，法國則規定為超過50米的住宅和超過28米的其他建筑物。在我國的規范中，《高層民用建筑設計防火規范》（GB50045-1995）和《高層民用建筑鋼結構技術規程》（JGJ99-1998）中規定10層及10層以上的居住建筑和24m以上的其它民用建筑稱為高層建筑；而《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2002）規定：10層及10層以上或者高度超過28 m 的建筑稱為高層建筑[1]。

當今社會，城市不斷發展，建設用地短缺已經成為了嚴峻的問題。為了改善這種局面，人們把建筑物從廣度發展開始往高度進行發展，高層建筑便應運而生，它不僅在很大程度上滿足了使用要求、審美要求，同時更是成為了經濟技術水平的標志。現今，我國的高層、超高層建筑正處于發展的上升期，并有著越來越復雜、適用、新穎、完美的趨勢。

1 關于我國高層、超高層建筑的現狀

1.1 發展進程

在我國，高層建筑并不是這個時代僅，已經歷經數百年發展，最早可追溯到西安大雁塔、大理千尋塔、應縣木塔等建筑；自新中國建立至七十年代，我國現代高層建筑步入了新時期，發展相對比較緩慢，代表建筑主要有北京民族飯店（12層，高 47.4m，1959年）、廣州人民大廈（18層，高63m，1966年）廣州白云賓館(33層、高114.05m，首棟百米高層，1976年）；到了80年代初期，社會經濟發展迅速，香港、上海等各大城市大力發展建筑，北京京廣中心大廈、廣州國際大廈等建筑相繼建成；進入九十年代，高層建筑突飛猛進，層數及高度不斷有所突破，進入快速發展時期。

1.2 發展現狀

社會不斷進步，高層建筑逐漸成為城市的標志。2016建造的深圳平安國際金融中心（600m）、2015年建造的天津117大廈(596.5m)、蘇州中南中心(729m)、2010年建成的位于廣州的國際金融中心(441.75m)等都是我國超高層建筑的代表之作，其設計之復雜、建造程度之難、工藝之精都達到相當高的地步，具有一定的挑戰性，這些挑戰在建造的過程中也不斷推進我國建筑業技術逐漸革新，快速發展。現在，這些建筑一方面都成為當地的標志性建筑，成為著名觀光景點，另一方面這些建筑也直觀反映出高層建筑的發展特點，即更高、更復雜。

2 高層、超高層建筑結構體系

隨著社會經濟的不斷發展，高層建筑投資規模以及高度不斷增大，高層建筑的結構體系的發展受到了人們的普遍關注。受力分析表明，高層、超高層建筑結構的彎矩和水平位移均與高度相關，水平風力與地震力是結構設計的最重要的環節。這同時表明高層建筑能夠高效的抵抗側力至關重要[2]。高層、超高層建筑根據其結構體系可作如下劃分：

2.1 框架結構體系、剪力墻結構體系、框架-剪力墻結構體系

框架結構是梁和柱組成的框架所形成的結構體系，該體系可以同時承擔豎向以及水平荷載，是最基本的結構單元。框架結構內部比較空曠而且建筑平面布置靈活，可以做成具有較大空間使用，滿足各種不同用途的建筑的需求。剪力墻結構是由墻體承受全部水平和豎向荷載的體系。整體性好，結構頂點水平位移和層間位移通常較小，具有良好的抗震性能。框架剪力墻結構是以上二者的組合，框架和剪力墻根據各自優勢協同受力，空間更加靈活，側向剛度和抗震能力也得到保證。

2.2 筒體結構體系

筒體結構是在框剪結構與全剪力墻結構結合的基礎上，將剪力墻或密柱布置到結構內部和外圍所形成的封閉筒體。其結構較為集中，具有較大自由空間。

2.3 伸臂結構體系

伸臂結構是每隔一定樓層，通過中央核心筒伸出剛臂與外側柱相連所形成的體系。此類體系有時會在外圈構造相當于一層樓高度的框架或深梁。此類體系能夠有效的增強抗側剛度。

2.4 巨型結構體系

巨型結構是由巨型柱、梁、支撐等組合形成的空間桁架，相鄰立面支撐在角柱交匯，構成巨型的空間桁架。桁架依靠斜桿的軸向力抵抗來自各個方向水平力帶來的層剪力，充分利用材料性；樓板和圍護墻產生的荷載由次構件傳遞給巨型梁，最終經由柱子和斜撐傳遞至基礎。由此可知，巨型桁結構相比其他結構是一種具有高效、經濟特點的結構體系。

3 發展趨勢

分析目前我國建成和在建中的高層、超高層建筑，可以發現以下特點：

3.1 層數更多，高度更高。

城市建設速度大幅度加快，建設用地越來越緊張，推廣層數更多、高度更高的建筑成為建筑業的必然選擇。

3.2 平面布置和豎向體型更加復雜。

國民生活質量在逐步提升，對于建筑結構使用功能、個性體驗等方面的期望也隨之提高，因此在滿足基本使用條件的基礎上，建筑物的外觀個性化和內部的舒適程度逐漸成為建筑師考慮的方面，建筑結構的布置會越來越朝著復雜化的方向發展。

3.3 新型材料的研究與應用。

隨著建筑高度越來越高、結構越來越復雜，對建筑結構的承載能力和安全性能等的規定越來越嚴格，傳統的建筑材料漸漸難以滿足復雜建筑物的需求，因此型鋼混凝土和鋼管混凝土等新型組合材料迅速進入市場，新材料的使用在確保結構整體性能的同時確保了有效使用空間。

3.4 耗能減震技術的應用與發展。

地震等自然災害具有突發性，對建筑結構危害極大，對高層建筑來說更是如此。傳統設計方法中，一般是通過增強建筑物自身的強度、剛度、延性，來實現建筑結構的抗震設計，以此使建筑滿足要求[3]。隨著技術革新和建筑高度的增大，利用建筑結構自身來抵抗地震的弊端逐漸凸顯，采用阻尼器等耗能設備進行抗震開始受到青睞。

3.5 施工技術和工藝的不斷推陳出新

隨著我國高層建筑快速的發展，占主導地位的慢慢變成了混凝土結構[4]。其中的模架、鋼筋混凝土技術得到了充分的改進，取得巨大發展；由于高層建筑對現澆砼結構各方面的大力推廣，混凝土的機械化施工水平不斷攀升，并在拌制、泵送、高性能、機械化等方面多向推進；與此同時，在防水技術方面，針對相對應的防水部位、功能等技術特點選用了防水構造、防水材料和防水工藝，比如設置在屋頂的花園、采光屋頂、室內桑拿浴房和游泳池以及地下室深度為幾十米以下等結構設施慢慢出現，與之同步發展的是不斷出現的各種先進的工法技術。

3.6 計算機技術和理論在建筑中的推廣應用

計算機技術在日新月異的發展，在高層、超高層建筑中也展現了強大的優勢，設計和施工越來越離不開計算機技術；不斷完善的計算理論和模擬，在 BIM、數據分析等軟件的應用更加普遍和方便的同時，也給高層、超高層提供更為安全可靠、適用經濟的建設方案。

3.7 建筑節能技術的不斷研發。

據不完全統計，建筑運行能耗已經占據了全社會總能耗的1/3，因此建筑節能問題的解決關系到人們生活的可持續發展。譬如建筑材料學要著眼于節能回收，再生骨料混凝土的廣泛應用，既解決了建筑垃圾的處理問題，又節約了自然資源，實現了節能可持續的理念；再如建筑玻璃幕墻也不斷向著雙層玻璃構造、智能通風、智能遮陽、智能照明等方向發展。隨著更多的人意識到資源的匱乏，更加注重綠色生活，綠色建筑以及建筑節能技術、材料將日益廣泛的出現生活中。

4 結語

（1）本文論述了我國高層建筑的發展歷程，介紹了我國高層、超高層建筑的發展狀況，總結了我國高層建筑高度更高、結構體型更復雜等建筑特點。

（2）論述了我國高層、超高層建筑的結構分類，提出了高層建筑結構設計的有效依據。

（3）我國高層、超高層建筑向著更高、更復雜、更智能發展，新材料、新工法、新技術的使用使得我國高層、超高層發展前景更加廣闊。

[1] 高層建筑施工手冊 [M]. 第2 版 . 北京：中國建筑工業出版社，2001.

[2] 曹瓏芳. 超高層建筑結構體系及選型[J].低溫建筑技術.2011(12)

[3] 建筑抗震設計規范（GB50011-2002）.中國建筑工業出版社，北京2002.

[4]肖從真,王翠坤,黃小坤.中國建筑科學研究院高層建筑結構研究發展與展望.建筑科學.2013.