國內(nèi)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的若干新進展

文/ 陳金晶 杭州九米建筑設(shè)計有限公司 浙江杭州 310000

1、對高層建筑的理論介紹與新型工程實例

1.1 高層建筑

高層建筑是指超過一定高度的建筑。各國在對于高層建筑的最低高度的定義互不統(tǒng)一，當(dāng)然這與各國城市化的進程與土地利用率有極大的關(guān)系。但無論怎樣變化，高層建筑與城市的關(guān)系都是密不可分的。有專家曾這樣總結(jié)過：“高層建筑是城市的衍生物，但不是附屬品，兩者在城市化進程中逐步呈現(xiàn)出一種共生關(guān)系?！庇纱丝梢灾溃邔咏ㄖΤ鞘械沫h(huán)境，交通，乃至精神文化都起到一定的代表性與推動性。

1.2 高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計及具體分析

結(jié)構(gòu)設(shè)計是高層建筑建造必須的一種功能性技術(shù)。它對高層建筑結(jié)構(gòu)進行一種規(guī)劃性的設(shè)計。設(shè)計人員對高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性，嚴(yán)謹(jǐn)性，經(jīng)濟性，應(yīng)用性，表現(xiàn)性等不斷地進行發(fā)展優(yōu)化，不斷地創(chuàng)造高水準(zhǔn)的高層建筑結(jié)構(gòu)，對人們的居住需求，環(huán)境的適應(yīng)性以及城市的建設(shè)需求和美觀需求進行更多方面的考慮。理論聯(lián)系實際，強調(diào)結(jié)合我國的設(shè)計規(guī)范與工程實際，對結(jié)構(gòu)方案，計算簡圖，分析方法，截面設(shè)計等技能要進行熟練運用，我國要培養(yǎng)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用性人才，就必須要求設(shè)計人員對建筑結(jié)構(gòu)具有極強的嚴(yán)謹(jǐn)度與創(chuàng)新度。重視理論與實踐相結(jié)合，重視合作，為我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計業(yè)錦上添花。

1.3 工程實例

天津津塔；天津津塔的主要用途為寫字樓，其平面呈橢圓形，周圍有鋸齒狀的邊緣設(shè)計，整個平面沿著豎向逐漸縮小。主塔樓有75層高，高度為336.9米，基地面積22257.9平方米。結(jié)構(gòu)體系為鋼管混凝土柱框架+核心鋼板剪力墻體系+外伸剛臂抗側(cè)力體系，塔樓的外框部分由鋼管混凝土柱和寬翼緣鋼梁組成，鋼板剪力墻核心筒由鋼管混凝土柱和內(nèi)填結(jié)構(gòu)鋼板的寬翼緣鋼梁組成；由于超過規(guī)范要求的高寬比較多，因此設(shè)置了四層伸臂桁架和腰桁架加強層，既在鋼板剪力墻核心筒與外框之間布置大型鋼桁架，在外框內(nèi)布置腰桁架。

上海陸家嘴：陸家嘴位于上海市浦東新區(qū)的黃浦江畔，隔江面對外灘。是中國最具影響力的金融中心之一。其中的上海國際金融中心，是包括寫字樓、酒店、公寓及商場的綜合大樓。原先的方案定為兩幢320米、約70層的雙子塔，最新修訂改為興建3幢。該地塊將興建兩幢分別高260米及250米的雙子塔，再加一座85米高的建筑，但土地用途不變。根據(jù)以往的設(shè)計經(jīng)驗，雙子樓的外檐采用混凝土外筒，中心部位是高強鋼筋混凝土內(nèi)筒，然后需要用高軋制鋼梁支托的金屬板與混凝土復(fù)合樓板將內(nèi)外筒聯(lián)系在一起。塔樓是由一個筏式基礎(chǔ)和發(fā)卡樁承托的，位于圓形與正方形交接點位置處的混凝土柱子用于支撐上部結(jié)構(gòu)荷載。用這種結(jié)構(gòu)形式建造出來的雙子樓具有美觀、結(jié)實的特點。

2、高層建筑結(jié)構(gòu)形式的進展

2.1 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化與發(fā)展

近年來隨著高層建筑建筑規(guī)模的擴大以及建筑形式的千變?nèi)f化，高層建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)隨形式的復(fù)雜化開展了一種適應(yīng)性的變化，在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，根據(jù)實際的建筑形態(tài)，做出一系列的建筑結(jié)構(gòu)的調(diào)整與優(yōu)化。在很多建筑中，核心筒仍然是使用較多的結(jié)構(gòu)。但是對于一些規(guī)模十分龐大的建筑體，核心筒會隨之產(chǎn)生一系列的變形，例如那些沿著豎向劃分功能區(qū)間的建筑體，就常常采用一部分一部分變化的核心筒。

2.2 建筑承載多種結(jié)構(gòu)形式

建筑體態(tài)的設(shè)計，規(guī)模的擴大，內(nèi)部功能分區(qū)的豐富，都使得建筑結(jié)構(gòu)愈加復(fù)雜，曾經(jīng)所建立起來的單一的結(jié)構(gòu)形式，已經(jīng)很難去承載它強大的受力架構(gòu)。所以在實際應(yīng)用中，技術(shù)人員常常將許多種不同的結(jié)構(gòu)形式加載在同一個建筑體上，并通過一定的技術(shù)手段使之進行一系列緊密的結(jié)合。有的是在一個獨立的結(jié)構(gòu)形式里嵌入一些小的受力體，組成其他的新型結(jié)構(gòu)形式為主體做輔助，分擔(dān)受力，有的是一整個龐大的建筑結(jié)構(gòu)里有多種均衡的結(jié)構(gòu)體系，互相借助，互相壓制，互相平衡。

2.3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件有一定的創(chuàng)新與突破

構(gòu)件在建筑工程中是構(gòu)成一種結(jié)構(gòu)體系的基本，隨著結(jié)構(gòu)體系的變化、創(chuàng)新與發(fā)展，自然也會有新的構(gòu)件頂替老的構(gòu)件承載更多種形式的荷載。例如在建筑工程中常常使用到的鋼管混凝土，它曾經(jīng)雖然使用頻繁卻十分單一，多用于柱的結(jié)構(gòu)形式，但現(xiàn)在隨著技術(shù)人員的不斷開發(fā)，可以與其他構(gòu)件一起組成新的結(jié)構(gòu)形式。如今有一種混凝土叫做預(yù)應(yīng)力混凝土，它是由纖維復(fù)合材料力筋制作而成，在建筑過程中，面對跨徑較大的建筑設(shè)計時，可以考慮采用這種構(gòu)造的混凝土。這種混凝土能夠承載更大的荷載，更安全、高效率的傳遞荷載。

2.4 能夠開發(fā)更強大的抗側(cè)立結(jié)構(gòu)供使用

當(dāng)前我們所發(fā)展起來的高層建筑，已經(jīng)有了強大的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)做支撐。曾經(jīng)的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)我們常用框架結(jié)構(gòu)，對于不同的大型建筑體，我們技術(shù)人員常對其進行不斷的優(yōu)化與變形。但是近些年的建筑我們已經(jīng)可以使用比框架的抗側(cè)能力更強大的結(jié)構(gòu)體近年來一些新興的抗側(cè)力體系如鋼板剪力墻，組合剪力墻等，越來多的被應(yīng)用在一些高層建筑中，這些結(jié)構(gòu)體系有效的改善了鋼框架結(jié)構(gòu)側(cè)向鋼度低的缺陷，使它在應(yīng)用的過程中克服了水平荷載作用下變形較大的問題。鋼板剪力墻自身的重量很輕，又可以起到減輕地震的作用，它本身只承受水平力的作用，豎向力作用則是完全由周邊的框架來承擔(dān)的。鋼板剪力墻不僅有很好的延展性，還可以靠鋼材本身的塑性發(fā)展提供阻尼耗能的能力，同時還可以緩解對梁柱節(jié)點的延性要求。

2.5 新的建筑形式中懸吊結(jié)構(gòu)與連體結(jié)構(gòu)的更多應(yīng)用

對于這兩種結(jié)構(gòu)，懸吊結(jié)構(gòu)與連體結(jié)構(gòu)，很早就存在了建筑結(jié)構(gòu)中。但是因為兩種結(jié)構(gòu)實際應(yīng)用起來較為復(fù)雜，技術(shù)手段較多且效果不好，所以一直未進行大規(guī)模的應(yīng)用。但是在近年來，一些大規(guī)模的建筑體中開始將這兩種結(jié)構(gòu)進行實際性的工程運用，將這兩種初始的結(jié)構(gòu)利用起來，隨著建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜而進行一定的改造優(yōu)化，將原本的結(jié)構(gòu)進行一種突破性的變形，逐步趨向復(fù)雜化。

2.6 建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作取得實質(zhì)性的進展

對于大型的高層建筑而言，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作是一項龐大且環(huán)節(jié)居多的任務(wù)。像一張巨大的草稿紙，所有的設(shè)計理念，設(shè)計方向，對城市環(huán)境空間的索取，以及建筑的安全性，功能性的設(shè)計，都要鋪張開來，才可以進行下一步的具體計劃。對于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作在廣度和深度上都相較以前更加周全；工作分配的合理性，工作進程中的細密與嚴(yán)謹(jǐn)，對于建筑結(jié)構(gòu)進行的計算，在重力荷載、地震荷載、風(fēng)荷載等其他荷載作用下結(jié)構(gòu)設(shè)計的完善，設(shè)計的規(guī)范化，都取得了相當(dāng)大的進展。

結(jié)語：

對于以上本文對近期我國高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的若干新進展的大體分析可知，我國高層建筑的發(fā)展境況是非常好的，所有理論上的要求都得到了較為完善的實施，技術(shù)的逐步發(fā)展與成熟已經(jīng)可以支撐我國高層建筑表現(xiàn)形式的千變?nèi)f化。