我国高层建筑体系发展综述

■朱少瑞，冯佰研，王丰年，牛传星 ■山东科技大学土木工程与建筑学院，山东 青岛 266590

由于地区差异，对于高层建筑的划分，不同的国家有各自的划分方法。根据我国自然科技与社会经济的发展特点，在《民用建筑设计通则》(JG37－87)中将住宅建筑层数划分为:1～3层为低层;4～6层为多层;7～9层为中高层。我国《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3－2002规定:10层及10层以上或高度超过28m的建筑称为高层建筑，习惯上将超过100m的建筑称为超高层建筑［1］。

翻开历史，可以看到高层建筑在我国的发展可以追溯到封建社会时期的一些高塔等建筑。进入20世纪80年代以后，随着我国社会主义市场经济改革的不断深化，众多的高层建筑不但出现在北京、上海、广州这样的大城市，而且出现在了一些二三线的中小城市，并且建筑高度不断增长，建筑设计日臻成熟，结构体系丰富多样，土木工程更加注重科技，使建筑材料和施工技术都得到了发展和提高。

1 高层建筑发展的发展基础

1.1 社会发展状况

高层建筑的发展依赖于社会文明的进步，是时代发展的必然产物。进入20世纪80年代，随着我国改革开放政策的实施，社会发展日新月异，全球经济进入一体化，越来越多的人们涌入城市，人民的生活品质得到极大提高，促进了高层建筑向着超高化、智能化的方向发展。社会安定、经济繁荣会促进高层建筑的发展，同时战争爆发、经济危机也会致使高层建筑停滞不前。

1.2 高层建筑价值标准

对于高层建筑价值标准的判断，按照时间顺序主要可以分为以下三个阶段:50年代以前，我国高层建筑设计标准主要基于历史与宗教;50年代以后，随着新中国的建立，面对国家百废待兴的局面，高层建筑主要注重功效与技术;进入21世纪，随着我国人民生活质量的不断提高，人居环境建设受到广泛的关注，现在人居环境科学已逐步变成改造建筑、改造城市、改造社会的世界性的指导性理论，也将成为高层建筑新的价值标准，为今后高层建筑发展指出方向［2］。

2 我国高层建筑结构类型与结构体系

2.1 高层建筑结构类型

目前，我国高层建筑广泛使用的结构类型主要有三种，即钢结构、钢筋混凝土结构和钢－钢筋混凝土混合结构［3］。不同的结构类型都有其各自的优缺点，下面依次对三种结构类型的特点进行分析:

(1)钢结构

钢结构的发展极大的带动了现代高层建筑的发展，轻质高强是其主要特点，同时这也是钢结构能在高层建筑中得到广泛应用的最主要原因。钢结构也存在着耐火性以及耐腐蚀性差的缺点，此外，钢结构在后期的维护费用也是相当的大。总而言之，钢结构以其轻质高强的特点得到了广泛的应用，但其耐火、耐腐蚀性差的缺点也造成了其应用上的瓶颈，应是我们今后需要重点解决的问题。

(2)钢筋混凝土结构

与钢结构相比，钢筋混凝土结构由于有混凝土的加入，其耐火性、防水性都有了较大提高，而且钢筋混凝土的材料来源丰富，造价比较低。然而，自重大、抗拉强度低等缺点是我们需要重点解决的问题，同时由于混凝土的调配、养护过程要求较为严格，使整个施工过程的质量很难得到控制。

(3)钢－钢筋混凝土组合结构

随着我国高层建筑的不断发展，钢－钢筋混凝土组合结构体系已经得到了越来越广泛的应用，由于这种组合可以将两种材料的优势相结合，从而使建筑物的结构性能达到最优。同时，这种材料也存在着许多的缺点，主要缺点便是钢筋混凝土内部的钢材维护比较困难。

2.2 高层建筑的结构体系

我国高层建筑应用的结构体系主要包括了框架结构、剪力墙结构、框－剪结构以及筒体结构等几种类型［3］。

(1)框架结构体系

采用框架结构体系的建筑，施工方便、结构自重也比较轻，其墙体基本上是不承重的。但是，出于安全考虑，我国框架结构体系的建筑物高度一般都控制在15－20层以内。

(2)剪力墙结构体系

剪力墙体系凭借其良好的抗震性能，能较好的抵制剪切变形，在迅速发展的高层建筑中得到了广泛应用。在我国的城市中，当高层建筑的层数在30－40层之间时，一般选择剪力墙结构作为主要的结构体系。

(3)框架－剪力墙结构组合体系

为了使我们的建筑物在具有良好的抗侧移的基础上还能满足我们对空间灵活的要求，结合前面的介绍，我们很自然的想到可以将框架结构和剪力墙结构组合起来，让他们的优点结合，于是便诞生了框架－剪力墙结构体系，这种组合的结构体系经验证是具有良好的可靠性，因而也得到了广泛的应用。

(4)筒体结构

筒体结构的概念最早是美国在20世纪60年代初的时候被出来的，并建造了很多标志性的筒体结构的高层建筑物。筒体结构的优点［3］是可以使得建筑物的平面布置非常的灵活，而且它的抗震、抗风能力很好。该结构在我国的发展较为缓慢，在今后的高层建筑中应大力推广。

3 我国高层建筑的分析方法、设计研究与规范编制的发展

3.1 分析方法的演进

(1)以手算为基础的各种算法

从新中国成立至70年代后期，由于我国高层建筑结构体型较为简单，而且受到当时计算机使用条件的限制，因此这个时期的高层建筑结构分析方法基本上是靠手算的。当时的主要结构形式是三大常规结构，计算方法也因其形式而各异［4］。

(2)高层建筑结构空间协同工作分析法

高层建筑结构空间协同工作分析法最早于1974年提出，适应当时国内计算机内存小、速度低的状况，该法适用于一般框架、剪力墙和框架－剪力墙结构，极大地促进了80年代我国高层建筑的高速发展。但该法也有着不可回避的缺点，由于并没有考虑变形协调问题，因此仅适用于平面布置较为规则的框架、剪力墙和框架－剪力墙结构，其抗侧力结构为正交或接近正交布置。

(3)多种单元组合的有限元法

为了对高层建筑进行更细致、更精确的结构分析，可以将高层建筑结构离散为弹性力学平面单元、墙元、板元和杆元的组合结构，但方该法涉及更大量的未知量，对计算方法提出了新的挑战，对计算机的存储和处理器硬件也有更高的要求。进入21世纪后，随着科学技术特别是信息技术的跨越式发展，使得我国计算机技术有了很大的飞跃，甚至跻身世界前列，为我们提供了强有力的计算工具，并促使有限元方法的使用得到推广并进一步完善。

3.2 我国高层建筑的设计研究进展

随着人们需求的多样化，高层建筑的结构和功能越来越复杂，给设计工作者带来了巨大挑战。针对现代复杂高层建筑的特点，对我国高层建筑的抗震、抗风方面展开了大量的研究工作。除试验研究外，随着科学技术的日新月异，高层建筑结构的计算分析手段有了很大改善与提高。

近年来，弹塑性分析理论在我国高层建筑的结构设计领域中得到了很好的发展，在对一些新建复杂高层建筑除进行传统的弹性计算分析外，还要进行弹塑性的分析和计算，以期找出结构的薄弱部位并对其进行加固措施。

4 展望

高层建筑是社会经济与科学技术发展的结晶，还是国家或地区财富与权势的象征。我国高层建筑正朝着多功能、智能方向发展，同时，新高度的突破，将进一步使城市规划由二维向三维过渡。由于电子计算机技术的高速发展，其在高层建筑的设计、施工乃至运行方面都将显得日益重要，计算机辅助设计可以在方案优化和决策中发挥越来越重要的作用。同时应当使我们建成物与周围生态环境融为一体，使我们的高层建筑在发挥既有功能的基础上实现可持续发展。

［1］陈颖辉，黄明.浅谈高层建筑的发展.昆明大学学报(综合版)［J］.2005，(1):48－51.

［2］李阎魁.高层建筑的发展研究与展望——兼论现代高层建筑在上海的发展.同济大学学报(社会科学版)［J］.2000，7(增):48－51.

［3］方思.高层建筑结构浅析.中华民居［J］.2014，4∶125.

［4］李淮.我国高层建筑结构分析方法的演变及其作用［J］.广东土木与建筑，2010，09∶29－30.

［5］徐培福，王翠坤，肖从真.中国高层建筑结构发展与展望［J］.建筑结构，2009，39(9):28－32.