高層建筑結構發展現狀

王朝陽

（莒縣建設科技推廣培訓中心， 山東 日照 276500）

0 引言

高層建筑發展至今已經經歷了一百多年，隨著發展的深入，人們對建筑高度的要求越來越高，建筑物的高度已然成為一個國家或城市的標志，例如上海的環球金融中心，高度達到492米。隨著社會的進一步發展，建筑物的高度越來越高，也反映出人們勇于拼搏，敢于創新，艱苦奮斗的偉大精神。

1 發展現狀

21世紀以來,隨著建筑技術的發展,越來越多的新型建筑材料被應用到高層建筑中, 全球范圍內的高層建筑日益增多，為以后高層建筑的發展起到了重要的推動作用，超高層建筑的建筑高度也越來越高。遠大集團的"天空之城"計劃,更是將建造高度定到了1000米。容積率超過10的情況也越來越常見[1]。目前世界范圍內正在設計的超高層建筑大部分位于亞洲，其中超過200米的建筑多達300多棟，超過400米的更是有數十棟[2]。

1.1 建筑高度的不斷增加

到目前為止，我國超過150米的高層建筑已經超過了200棟，許多新建的超高層建筑的高度更是超過了600米。近幾年來，我國超高層建筑的數量顯著增加，建筑高度也正不斷的突破極限，由此可見，這并不僅僅是對建筑高度的突破，更是帶動了建筑行業的發展，代表我國的建筑業發展水平已經取得了很大進步，更是表明我國的經濟水平正在飛速發展。

1.2 結構體型日趨復雜

隨著社會的進步，人們越來越看重建筑的外觀，這對建筑師的要求也越來越高，為了實現建筑的美觀，建筑師需要不斷創新，為此建筑師設計了許多體型復雜，功能多變的高層建筑，造成我國高層建筑越來越復雜，其困難程度絕不亞于其他各國。尤其近幾年，為了更好的體現地標性建筑的獨特性，高層建筑的平立面越來越特殊，出現了大量的復雜的結構體系，比如樓板開大洞形成的長短柱結構，懸挑及懸掛結構等，這些結構體系往往都超出了現行規范的要求，這就說明不能借鑒以往的工程資料，需要設計者進行更深入的探討，多方合作。如果單純的借鑒國外的成功案例，在我國往往會發生嚴重的工程事故，例如一些國外地區并不需要考慮抗震設防，因此設計的建筑方案極其不規則，而我國在2008年發生的"5.12"汶川地震中，那些特別不規則的建筑遭到了嚴重的破壞。由于我國的絕大部分地區均為抗震設防區，并且沿海地區又經常會受到臺風的影響，因此建筑師在設計我國的高層建筑時，需要結合我國實際的工程條件，將地震及風荷載充分考慮在內，同時由于建筑的體形越來越復雜，受力分析更加困難，在高層建筑的設計過程中，仍有許多問題需要解決。

1.3 一批新型結構體系涌現

隨著超高層建筑的發展,新型結構體系日益增多。例如，北京的國貿中心，高度最高的主塔樓部分高達 330米，采用框架及核心筒結構體系，框架部分主要采用鋼-混凝土組合結構，并且核心筒的內筒部分的柱子采用的是型鋼以及鋼板混凝土的巨型組合柱，支撐部分采用型鋼混凝土作為支撐；再如天津環球金融中心，高度最高的津塔部分高達 337米，其結構體系復雜，由三種結構體系組成，包括鋼管混凝土框架結構體系，核心鋼板剪力墻體系以及外伸臂桁架抗側力體系，這三種結構體系合而為一，不僅抗側剛度高、延性好，同時具有較好的變形能力,抗震性能較好。天津津塔為目前天津最高的建筑,其采用的結構體系也是世界上高度最高的鋼板剪力墻結構[3]。

2 存在的問題

2.1 建造和運行過程中消耗大量的能源

高層建筑作為地標性建筑雖然節約了用地，但是其耗能也明顯高于一般的大型公用建筑。根據統計結果，超高層建筑的單位面積的能耗比一般的大型公用建筑要高出1～3倍，更是普通公用建筑的4～10倍[4]。

2.2 在實際工程中出現了很多規則性很差,體型復雜不利于抗震的高層建筑

首先，造成結構平面不規則，為了滿足建筑效果，建筑平面往往存在較大的凹入口，并且隨著高度的增加，造成樓板平面狹長，并且樓板開洞面積經常超過樓面面積的 30%，這樣會造成樓板削弱較大，樓板水平地震力的傳遞也會因此產生影響，不利于結構的安全。其次，造成結構豎向不規則，豎向范圍內容易形成較大范圍的錯層，剪力墻也會因此產生錯層，這樣就會造成結構的豎向剛度不規則，不利于結構的抗震。因此，為了盡量避免這種情況，應盡量采用規則的結構，同時采取必要的措施來加強建筑物的抗震能力。

3 高層建筑物的發展趨勢

3.1 高強度新材料的開發運用

對于高層建筑來說，為了解決實際使用面積與建筑面積的比例差距懸殊的問題，新型的建筑材料得到發展。例如高強度混凝土材料，這種新型材料的強度和韌性都較高，具有減小建筑結構構件尺寸及建筑物自重的優點，使建筑物真正的達到輕質高強，隨著高強度混凝土材料的開發和使用，將會度對以后超高層建筑的發展產生巨大作用；其次，高強度的厚鋼板也是一種極佳的建筑材料，它具有可焊性高，造價低等優點，目前這種材料在國內外已經陸陸續續的開始應用，隨著厚鋼板的使用，對防火材料的使用將極大的降低，因為厚鋼板雖然保護層面的厚度不大，但卻具有抗火的功能。另外復合材料也是一種新型建筑材料，以后將逐漸用于超高層建筑的開發過程中。

3.2 施工技術的迅速發展

高層建筑對地震與風的作用極其敏感，由于長細比較大，在水平荷載的作用下，會對結構產生不利的影響，因此度對建筑的抗風和抗震要求也越來越高，對施工的要求也越來越高。為了滿足超高層建筑的施工要求，施工方法必須標準，有理可依，必須朝著標準化的方向發展。

3.3 建筑高度出現新的突破

在做到以上兩點之后，超高層建筑將不僅僅局限于現在的建筑高度，在高度上會有進一步的突破。到目前為止，高層建筑在質量方面和高度方面已經有了很大的進步，相信隨著時代的進一步發展，超高層建筑將會得到進一步的發展。

3.4 高層建筑生態化

美國建筑師鮑羅索勒里在上世紀七十年代提出了建筑生態學的概念[5]。所謂"建筑生態學"，顧名思義,就是建筑學和生態學的結合，從人與自然這一出發點出發，結合生態學原理，在建筑設計領域努力尋求解決在建筑物建造及使用過程中的環境問題，盡量減少對環境的破壞，改善自然環境及居住環境，真正做到人與自然和諧發展。因此，建筑生態學的產生具有其歷史必然性。紐約帝國大廈通過實施窗扇翻修、散熱器改造、照明系統及控制更新、空調更換、制冷系統變頻驅動、控制系統優化升級、通風系統二氧化碳控制、租戶能源管理系統引入等技術改造后實現節能38%以上[6]，獲得LEED-EB金級認證。

4 結語

我國幅員遼闊，人口眾多，但是人均土地占有量少，為了充分利用土地，必須充分發展高層建筑。隨著建筑高度的增加，結構所需承擔的荷載及抗傾覆力矩也越來越大。在保證高層建筑結構可靠度的前提下，為了進一步的節約造價，這就需要設計人員進一步的探索，在研究新材料的基礎上，進一步保證經濟的可持續發展。