高層建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展

孫寶

【摘 要】對我國高層建筑發(fā)展進行了回顧總結(jié)，介紹了我國高層建筑的發(fā)展歷程、主要特點以及設計研究和標準規(guī)范工作， 并對今后的發(fā)展進行了展望。我國高層建筑發(fā)展主要特點表現(xiàn)在建筑高度不斷增加且結(jié)構(gòu)體型日趨復雜、鋼- 混凝土混合結(jié)構(gòu)應用較多，同時由于我國高層建筑大多要考慮抗震、抗風的問題， 設計難度較大。高層建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)的規(guī)范標準及研究工作在高層建筑發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。針對我國高層建筑超高、復雜、混合的特點，今后應進一步加強相關(guān)研究工作。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)；組合結(jié)構(gòu)；彈塑性分析

我國的高層建筑發(fā)展始于上世紀初， 1921 年至1936 年， 上海、廣州陸續(xù)建造了一些高層旅館、辦公樓和住宅； 解放后50 年代至70 年代， 高層建筑取得了一定的發(fā)展； 80 年代開始， 隨著經(jīng)濟建設的發(fā)展， 高層建筑進入了快速發(fā)展時期， 興建了大量的高層建筑； 近二十年來， 我國高層建筑取得了令世人矚目的發(fā)展。尤其近年來， 我國內(nèi)地成為世界高層建筑發(fā)展的中心之一。文中主要就我國高層建筑發(fā)展的特點、高層建筑結(jié)構(gòu)設計研究和標準規(guī)范編制等方面進行介紹。

一、我國高層建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展的特點我國高層建筑概括起來主要有以下幾個特點： 建筑高度不斷增加； 結(jié)構(gòu)體型日趨復雜； 以混合、組合結(jié)構(gòu)為主； 涌現(xiàn)一些新型結(jié)構(gòu)體系。

1.1 建筑高度不斷增加

解放以前， 20～ 30 年代， 上海、廣州陸續(xù)建造了一些高層建筑， 代表性建筑如： 1929 年建成的22 層的上海大廈， 1931 年建造的24 層的上海國際飯店等； 解放后， 1959 年建成了12 層、47.4m 高的北京民族飯店， 1968 年建成了27 層的廣州賓館， 70 年代建成了17 層的北京飯店新樓以及114m 高的廣州白云賓館； 80年代開始到上世紀末， 隨著我國經(jīng)濟建設的發(fā)展， 興建了100 多棟高度超過150m 的高層建筑。代表性建筑為： 1990 年建成的208m 高的北京京廣中心， 1992 年建成的63 層、200m 高的廣東國際大廈， 1996 年建成的325m 高的深圳地王大廈， 以及1998 年落成的420m 高的上海金茂大廈。

據(jù)不完全統(tǒng)計， 高層、超高層建筑中， 300m 以上的多分布在東南沿海地區(qū)， 北方也有一批超高層建筑已經(jīng)建成或正在設計建造中， 如2007 年北京建成了高度為330m 的北京國貿(mào)三期， 高度為337m 的天津津塔2009 年底結(jié)構(gòu)封頂， 其他如350m 高的沈陽恒隆市府廣場， 383m 高的大連裕景， 333m 高的天津嘉里中心辦公樓等.

超高層建筑的高度近年不斷刷新， 492m 高的上海環(huán)球金融中心已正式投入使用； 432m 高的廣州西塔結(jié)構(gòu)已封頂。除上述代表性超高層建筑外， 使用高度580m、總高度超過600m 的上海中心已經(jīng)于2008 年底動工。全國各地尚有一批正在醞釀興建的高層建筑， 如設計中的深圳平安金融中心塔樓桅桿頂高度將超過600m， 天津117 大廈總高度也將超過600m?？傊?， 我國高層建筑的高度正在從400m 向600m 挺進。超高層建筑高度的不斷攀高， 其意義不僅僅在于高度的突破， 而是帶動了整個建筑業(yè)的發(fā)展， 包括材料技術(shù)、設備制造技術(shù)等行業(yè)的進一步發(fā)展。超高層建筑發(fā)展是經(jīng)濟發(fā)展的大勢所趨。

1.2 結(jié)構(gòu)體型日趨復雜

由于業(yè)主和建筑師為實現(xiàn)建筑功能以及在建筑藝術(shù)、建筑造型方面體現(xiàn)創(chuàng)新， 設計了眾多復雜體型和內(nèi)部空間多變的高層建筑， 使得我國高層建筑的復雜程度也處于世界前列。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展， 高層建筑除了要滿足建筑使用功能要求， 越來越重視建筑個性化的體現(xiàn)， 使高層建筑的平面、立面均極其特殊。尤其近幾年， 各種新的復雜體型及復雜結(jié)構(gòu)體系大量出現(xiàn)， 如體型復雜的連體結(jié)構(gòu)， 樓板開大洞形成的長短柱， 樓板與外框結(jié)構(gòu)僅通過若干節(jié)點連接， 懸挑、懸掛， 大跨度連體的滑動連接等， 這些復雜體型的高層建筑許多超出了現(xiàn)行設計規(guī)范的要求， 以往的工程經(jīng)驗和震害資料都無法借鑒，需要進行更深入的研究。

1.3 超高層建筑中鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)為主國外高層、超高層建筑以純鋼結(jié)構(gòu)為主， 而我國以鋼- 混凝土的混合結(jié)構(gòu)應用居多。

鋼- 混凝土混合結(jié)構(gòu)之所以得到了較大發(fā)展， 一方面因為其可有效地將鋼、混凝土以及鋼- 混凝土組合構(gòu)件進行組合， 既具有鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)優(yōu)勢又具有混凝土造價相對低廉的特點； 另一方面， 我國現(xiàn)場施工的人力成本比國外低， 采用混合結(jié)構(gòu)比采用純鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)濟方面更有優(yōu)勢。因此混合結(jié)構(gòu)是符合我國國情的超高層建筑的結(jié)構(gòu)體系， 預計將來混合結(jié)構(gòu)仍將得到較大的發(fā)展。

1.4 一批新型結(jié)構(gòu)體系涌現(xiàn)

隨著超高層建筑的發(fā)展， 近期涌現(xiàn)出了一些新型結(jié)構(gòu)體系。已建成的330m 高的北京國貿(mào)三期主塔樓采用了鋼- 混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)， 內(nèi)筒采用了型鋼、鋼板混凝土巨型組合柱及型鋼混凝土支撐結(jié)構(gòu)體系；在建的337m 高的天津津塔主要抗側(cè)力體系由鋼管混凝土柱框架+ 核心鋼板剪力墻體系+ 外伸剛臂抗側(cè)力體系組成，

二、我國高層建筑結(jié)構(gòu)設計研究及標準規(guī)范編制

關(guān)于抗震研究工作， 針對我國高層建筑體型復雜和混合結(jié)構(gòu)應用廣泛的特點， 國內(nèi)相關(guān)科研院所、高校等進行了大量試驗研究。結(jié)合振動臺試驗及模型靜力試驗， 并利用各種計算機分析軟件進行計算分析工作，完成了關(guān)于轉(zhuǎn)換層、加強層、體型收進、帶懸挑結(jié)構(gòu)、連體結(jié)構(gòu)等復雜高層建筑結(jié)構(gòu)的研究應用， 為我國復雜高層建筑設計提供了依據(jù)。在高層建筑研究過程中， 進行了數(shù)百棟實際工程的模型振動臺試驗研究工作。通過整體模型振動臺試驗， 研究結(jié)構(gòu)抗震性能， 對結(jié)構(gòu)相對薄弱部位有針對性的采取加強措施； 除振動臺試驗外， 許多工程進行了大比例構(gòu)件、節(jié)點試驗研究， 以檢驗結(jié)構(gòu)設計的安全性，并為設計提供參考。如上海環(huán)球金融中心、廣州西塔等均進行了大量的試驗研究工作。我國專門針對高層建筑結(jié)構(gòu)設計的規(guī)程主要有高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ32010） 、高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（ JGJ9998），前者適用于混凝土結(jié)構(gòu)以及鋼- 混凝土混合（ 組合） 結(jié)構(gòu)的高層建筑，后者專門針對鋼結(jié)構(gòu)高層建筑。另外， 為保證建筑結(jié)構(gòu)的設計質(zhì)量， 對于特殊的超過規(guī)范要求的高層建筑（ 超限高層建筑） ， 由政府行政主管部門組織專家成立審查委員會進行專項審查， 在審查通過后方可實施。

三、展望

我國的高層及超高層建筑具有超高超大、功能復雜、造型新奇的特點， 不但其規(guī)模和復雜程度在國際上可謂少見， 而且許多建筑突破了我國現(xiàn)行相關(guān)技術(shù)標準與規(guī)范的要求， 而這種發(fā)展趨勢仍將持續(xù)一段時期。如何保證這些超高層建筑符合抗震設防、抗風、防意外事件（ 爆炸與撞擊） 、防火等的要求， 具備適當?shù)陌踩龋?關(guān)乎國計民生。

1、在高層結(jié)構(gòu)抗震設計理論和方法方面開展進一步研究。

2、加強對高層結(jié)構(gòu)隔震減振控制技術(shù)的研究

3、加強對高層混合結(jié)構(gòu)的研究。

4、抗風關(guān)鍵技術(shù)的研究

參考文獻：

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