我国高层建筑体系的发展概况

刘凯 邵义 张宝峰 张玉华

【摘要】随着经济的高速发展，一栋栋的高楼拔地而起，繁华的街区热闹非凡。高层建筑行业也随之兴起，高层建筑的发展有效地缓解了土地不足的压力，同时也大大提高了土地的利用率，同时对高层建筑结构体系的应用也越来越普遍，因此对高层建筑行业体系的安全发展必须实施高度重视。本文主要对当今的高层建筑结构体系进行探究，研究我国的建筑业的特征，分析国内高层结构建筑的发展前景。

【关键词】高层建筑；结构体系；发展前景

引言

随着工业化、商业化、城市化的进程，城市人口剧增，造成城市生产和生活用房紧张，地价昂贵，迫使建筑物向高空发展，有多层发展为高层，换而言之，高层建筑是社会生产的需要和人类生活需求的产物，是现代工业化、电气化和城市化的必然结果。特大城市、大城市及沿海发达地区高层建筑的发展，又推动了中小城市高层建筑的发展，形成了迅猛之势。高层建筑结构之所以会不断在中小城市发展，是因为其在结构上、经济上以及审美上都存在着许多优势。而且科学技术的发展，高强轻质材料的出现以及机械化、电气化在建筑中的实现等，为高层建筑的发展提供了技术条件和物质基础。近年来随着世界人口的增加，住房紧张的问题越来越严重，传统意义的住房以满足不了人们的需求。虽然高层现在也有很多缺点，但是随着科技的发展和技术的进步，高层建筑的缺点会逐步改正并成为未来大多人们的居住房。

一、高层建筑的现状及发展趋势

我国高层建筑起源于20世纪初的上海，近年来国内的高层建筑以极为迅速的态势在各地铺开，高度及层数不断突破。据统计，我国高层建筑在数量上已超过万栋，高层建筑的类型涉及住宅、旅馆、办公、金融、商业综合楼等多种类型。到目前为止，层数达30层-60层，高度为120m-200m的高层建筑已经耸立全国各个大、中城市。在21世纪，高层建筑继续向着更高的高度，更大的体量和更加综合的功能发展，对高层建筑结构提出了更高的要求。充分显示了科学技术的力量，使建筑师从过去强调艺术效果转向重视建筑特有功能与技术因素。未来的高层建筑将朝着技术功能先进和艺术完美相结合的方向发展。高层建筑呈现出以下发展趋势：

（1）轻质高强材料的研发和运用在高层建筑结构的技术问题中，首先要解决的是材料问题。高性能混凝土的开发和应用，将继续受到人们的重视，也必将给高层建筑结构带来重大和深远的影响。从强度和塑性方面考虑，钢是高层建筑结构的理想材料，增进或改善钢材的强度、塑性和可焊性性能的工作人们从未停止过。特别是对新型耐火耐候钢的研发，具有重要意义，可使钢材减小或抛弃对防火材料的依赖，提高建筑用钢的竞争力。复合材料用于制作高层建筑部分构件正在开发和实践中。随着建筑高度的增加，结构面积所占的比例越来越大，建筑经济性的问题越来越大，对高层建筑的结构十分不利。而且，过于笨重的结构构件也限制了建筑师创作的自由，影响了建筑的美观。因此，在高层建筑中采用各种高强材料和各种轻型材料已越来越多。

（2）新型结构形式的应用增多过去，高层建筑的体形比较单一，俗称为“方盒子”；而现在，高层建筑的体形越来越丰富了，这是来自城市规划和建筑造型的需要，而且结构分析水平的提高也为此提供了丰富的保障；最后，超级高层建筑的出现为建筑体形的革新变化提供了机遇。已建成的香港中国银行大厦和正在筹划中的芝加哥532 m高的摩天大楼方案，都采用了桁架筒体，并将全部垂直荷载传至周边结构，它们的单位面积用钢量都仅约150 kg/㎡，特别节省钢材。预计这种结构体系今后在300 m以上的高层建筑中将得到更多的应用。巨型框架体系由于其刚度大，便于在内部设置大空间，今后也将得到更多的应用。现已表明多束筒体系在适应建筑场地、丰富建筑造型、满足多种功能和减小剪力滯后等方面具有很多优点，预计今后也将扩大应用，同时会引起建筑体形的革新变化。

（3）高层建筑结构将遍及中小城市高层建筑在中小城市的出现是历史必然。随着国家经济实力的整体增强，中小城市的发展也日益加快。与之相伴，城市人口的增加、建设规模的扩大，导致土地资源紧张、地价上涨，高层建筑作为一种高容积率的解决方式自然成为城市建设的首选类型。对于政府管理部门和开发商而言，迅速改变旧有面貌、提升城市形象也是他们迫切的愿望，而高层建筑所特有的高技术性、时代性、标志性正好迎合了这种情结。高层建筑是为了满足社会和经济的需求而建造的，是城市的主要建筑大厦，创造着城市引人注意的轮廓线，为城市中人们的活动提供布景。优秀的高层建筑是能创造一个人性化的场所，又能融入地区文脉的，其独特性和各自特异的风格，增加了城市景观，吸引了大量的旅游观光者。而更具有实用意义的是满足了城市日益增长的工作、生活空间的需求。

二、我国高层建筑结构体系

早期的高层建筑大多采用纯框架结构，由于框架结构平面布置灵活、空间大，能适应较多功能的需要，因此成为早期高层建筑的主要结构形式，如早期的北京饭店、上海的国际饭店以及后期的长城饭店等。但是，纯框架结构体系的侧向刚度较小，在一般节点连接情况下，当承受较大的侧向风荷载或地震作用时，将会发生较大的侧向变形，所以这种结构形式的高度和层数受到了限制。

为了满足更高层数的要求，结合住宅、公寓和宾馆对单开间的需求，出现了较高层数的剪力墙结构，如广州的白云宾馆和前三门工程，都采用了这种结构形式。剪力墙结构以良好的侧向刚度和规整的平面布置，按照功能要求，设置自下而上的现浇钢筋混凝土剪力墙，无疑它对抵抗侧向风力和地震作用是十分有利的，因此，它所允许建造的高度可以远远高于纯框架结构。

很多高层建筑功能上要求有较大的灵活性，同时又能满足风和地震作用的考验，取纯框架和剪力墙结构两者之长，就形成了框架—剪力墙结构。因为框架结构具有布置灵活的优点，而剪力墙结构又具有良好的抗侧力能力，两者结合后的结构体系可广泛满足一般建筑功能要求，在适当位置设置一定数量的剪力墙，既是建筑布置需要，又是结构抗侧力需要。因此，框架—剪力墙结构体系的适用范围和适应的高度较宽，是一种较好的结构体系，已得到广泛应用。

筒体结构体系筒体结构是近年来发展起来的新型结构体系，它的出现主要为满足高层建筑更高层数和高度的发展要求。筒体结构具有良好的整体性和抗侧力性能，在平面布置和满足功能要求方面也有明显的优势。筒体结构具有很高的抗侧力刚度，为众多高层和超高层建筑采用，如北京国贸中心大厦、北京新华社大楼、深圳国贸中心大厦、上海电信大楼以及广东国际大厦等等。

三、高层建筑的发展憧憬

基于世界的变化，人口的剧增，用地紧张，世界上尤其是亚洲的高层建筑的发展势头还将持续下去，成为高层建筑的新橱窗。未来高层建筑的发展趋势，体型将更趋复杂，结构体系将更趋多样化。出于对建筑艺术上的要求，高层建筑的体型将会更为复杂和多样。许多高层建筑都是综合性的和多用途的，因此对建筑和结构必然提出新的更高的要求。在结构体系上，也绝不会停留在原有的几种形式上，为更好地满足建筑的功能和建筑艺术上的需求，将会创造出更多、更新的、更符合广大人们需求的结构体系。

四、参考文献

[1]包世华，方鄂华.《高层建筑结构设计》北京：清华大学出版社.1993.

[2]周炳章.《20年来我国高层建筑结构及抗震技术的发展》.2000，1（21）

[3]《高层建筑混凝土结构技术规范》JGJ-2002，J186-2002.

[4]《建筑抗震设计规范》GB50011-2001.

[5]赵西安.《我国高层建筑的最近发展》.北京：中国建筑工业大学出版社，2000.

[6]吴景祥.《高层建筑设计》.北京：中国建筑工业出版社，1990.

[7]William F.Baker， D.Stanton Krista ，Lawrence Canova. Bury Dubai ：Engineering the Worlds Tallest Building .The Structural Design of Tall and Special Buildings，2007，16：361—375.