我國高層建筑體系的發(fā)展

劉玉娟 柳新嶺

我國高層建筑體系的發(fā)展

劉玉娟 柳新嶺

（山東省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 山東科技大學(xué) 山東青島 266590）

高層建筑，是指超過一定高度和層數(shù)的多層建筑，高層建筑是隨著社會生產(chǎn)的發(fā)展和人類生活需求的產(chǎn)物，是現(xiàn)代工業(yè)化、商業(yè)化和城市化的必然結(jié)果。高層建筑的發(fā)展對于我國社會具有很強(qiáng)的推動意義，它是一個(gè)城市發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物，也是一個(gè)城市發(fā)展程度的標(biāo)志。在新的發(fā)展時(shí)期，發(fā)展高層建筑可以有效的節(jié)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(jié)構(gòu)發(fā)展歷史及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)選型及今后的發(fā)展趨勢。

高層建筑；發(fā)展歷史；結(jié)構(gòu)選型；發(fā)展趨勢

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

1、我國高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

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

1.1我國高層建筑的發(fā)展特點(diǎn)

建筑高度不斷增加，從1931 年上海出現(xiàn)的24 層國際飯店到上海環(huán)球國際金融中心（631m）。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截止2008 年底，我國超過150m 以上的高層建筑物已經(jīng)超過了200棟，這些建筑物為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。在未來的一段時(shí)間內(nèi)，這些高層建筑物的數(shù)量還會增加，高度也將會被再一次刷新。

建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度不斷增加，從1974年北京飯店新樓簡單的方形框架結(jié)構(gòu)、1985年深圳發(fā)展大廈的圓形結(jié)構(gòu)、廣州國際大廈的筒中筒結(jié)構(gòu)，我國的高層建筑的結(jié)構(gòu)形式越來越復(fù)雜化。其三表現(xiàn)在鋼筋混凝土建筑逐漸增多，在國外的高層建筑物建設(shè)中主要以純綱結(jié)構(gòu)，在我國主要以鋼結(jié)構(gòu)混凝土為主。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)資料顯示，我國已經(jīng)建成的150m 以上的高層建筑物中，混合、組合結(jié)構(gòu)約占到22.3%，300m 以上的混合、組合結(jié)構(gòu)約占70% 。

1.2 我國高層建筑的受力特點(diǎn)

建筑結(jié)構(gòu)需同時(shí)承受水平和豎向的荷載或作用。低層建筑豎向荷載是設(shè)計(jì)的控制因素。而高層結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)中的控制因素。高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，要求足夠的強(qiáng)度和合理的剛度，使水平荷載所產(chǎn)生的側(cè)向變形限制在規(guī)定的范圍內(nèi)。同時(shí)，有抗震設(shè)防要求的高層建筑還應(yīng)具有良好的抗震性能，使結(jié)構(gòu)在可能的強(qiáng)震作用下當(dāng)構(gòu)件進(jìn)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(diǎn)可知，與低層結(jié)構(gòu)不同，高層建筑結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度、剛度和延性三方面要滿足更多的設(shè)計(jì)要求。抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

2、我國高層建筑的結(jié)構(gòu)選型

我國高層建筑的結(jié)構(gòu)形式主要有純框架結(jié)構(gòu)、剪力墻體系、框架-剪力墻體系、筒體體系、組合結(jié)構(gòu)、懸掛結(jié)構(gòu)以及傳力梁結(jié)構(gòu)等。

早期的高層建筑，由于層數(shù)較少，多采用純框架體系，但此種結(jié)構(gòu)形式側(cè)向剛度小，在風(fēng)荷載或地震荷載作用下，產(chǎn)生的側(cè)向變形較大，限制了高層建筑的層數(shù)和高度。故而此種體系一般可建至15層，最高可達(dá)20層左右，如北京長城飯店(22層、80m高)。剪力墻體系的剛度、強(qiáng)度都比較高, 有一定的延性, 結(jié)構(gòu)傳力直接均勻, 整體性好, 抗倒塌能力強(qiáng)，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(yī)院和科研教學(xué)樓采用框架一剪力墻結(jié)構(gòu)的很多, 個(gè)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(wǎng)生產(chǎn)調(diào)度大樓(24層、105m高、1987年)等。筒體結(jié)構(gòu)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(fā)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)

在我國高層建筑中，加強(qiáng)對高層結(jié)構(gòu)隔震減振技術(shù)的研究，加強(qiáng)對高層混合結(jié)構(gòu)的研究，抗風(fēng)關(guān)鍵技術(shù)的研究等成為了高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵。

減振控制技術(shù)是抗震、抗風(fēng)設(shè)計(jì)的一條重要途徑，近年來在美國、日本等發(fā)達(dá)國家得到了廣泛的應(yīng)用，在我國建筑中應(yīng)用是從近兩年開始的。隔震技術(shù)在高層建筑中開始有一定的應(yīng)用，但在技術(shù)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(jié)構(gòu)在我國高層建筑中應(yīng)用的比例會持續(xù)增加，但需要開展進(jìn)一步混合結(jié)構(gòu)體系的抗震性能研究。結(jié)構(gòu)體系的復(fù)雜性、多樣性要求結(jié)合工程應(yīng)用，對各種新型組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件開展更加深入細(xì)致的性能研究工作。在抗風(fēng)技術(shù)中，隨著高層建筑層數(shù)的增加，結(jié)構(gòu)對風(fēng)荷載的反應(yīng)更加的敏感。因此應(yīng)該進(jìn)一步加強(qiáng)對高層建筑橫風(fēng)向影響和等效靜力風(fēng)荷載、干擾效應(yīng)、行人風(fēng)環(huán)境以及居住著舒適的判據(jù)等方面的研究。除此之外，國際工程對超高層建筑上的風(fēng)速、風(fēng)壓的測試工作也非常的重視。

4、我國高層建筑未來發(fā)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(fù)雜程度高、設(shè)計(jì)水平高的特點(diǎn)，其規(guī)模和復(fù)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(xué)技術(shù)的力量，并且新時(shí)期的許多建筑物更是超過了現(xiàn)行的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。使建筑師從過去強(qiáng)調(diào)藝術(shù)效果轉(zhuǎn)向重視建筑特有功能與技術(shù)因素。

當(dāng)今的高層建筑越來越多的使用新材料、超強(qiáng)材料。材料問題是高層建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)問題中首先要解決的問題，混凝土已經(jīng)從最早的C10到現(xiàn)在的C100，高強(qiáng)度和良好韌性的混凝土有利于減小結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸，減輕結(jié)構(gòu)的自重，改善結(jié)構(gòu)抗震性能。除混凝土外，另一個(gè)高層建筑的理想材料就是鋼材，鋼材的強(qiáng)度和塑性高，以及現(xiàn)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(fù)合材料等。

現(xiàn)代建筑除滿足使用、審美要求，同時(shí)也是經(jīng)濟(jì)、技術(shù)水平的標(biāo)志。有些高層建筑物成為當(dāng)?shù)氐臉?biāo)志性建筑，因此未來的高層建筑更需要新的設(shè)計(jì)概念和結(jié)構(gòu)形式。未來的高層建筑將朝著技術(shù)功能先進(jìn)和藝術(shù)完美相結(jié)合的方向發(fā)展。高層建筑結(jié)構(gòu)的高度出現(xiàn)新的突破，從前面幾十年高層建筑的迅猛發(fā)展可知，未來高層建筑在數(shù)量、質(zhì)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(jié)構(gòu)，總高64m)。深圳發(fā)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(shè)計(jì)的大型高層鋼結(jié)構(gòu)大樓。箱形鋼柱鋼板厚達(dá) 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(shè)置了TMD ，在88-92樓層掛置一個(gè)重達(dá)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(jié)構(gòu)。 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(jié)構(gòu)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(gè)節(jié)間。塔樓內(nèi)部有鋼筋混凝土核心筒，外圍有巨型框架柱或獨(dú)立鋼柱。

[1] 徐鎮(zhèn)凱，袁志軍.建筑結(jié)構(gòu)檢測與加固方法[J].工程力學(xué)，2006(12).

[2] 劉冶.在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中如何提高建筑的安全性[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013(2).

[3] 張其林.大型建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測和基于監(jiān)測的性態(tài)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)，2011(12).

[4] DJ /TJ 082015—2004 高層建筑鋼2混凝土混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程[S].

[5] 徐培福,王翠坤,肖從真. 中國高層建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展與展望[J].建筑結(jié)構(gòu), 2009.

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