我国高层建筑体系的发展

刘玉娟 柳新岭

我国高层建筑体系的发展

刘玉娟 柳新岭

（山东省土木工程防灾减灾重点实验室 山东科技大学 山东青岛 266590）

高层建筑，是指超过一定高度和层数的多层建筑，高层建筑是随着社会生产的发展和人类生活需求的产物，是现代工业化、商业化和城市化的必然结果。高层建筑的发展对于我国社会具有很强的推动意义，它是一个城市发展到一定阶段的必然产物，也是一个城市发展程度的标志。在新的发展时期，发展高层建筑可以有效的节约土地，对提高空间利用程度具有重要作用。本文主要简要论述了高层建筑结构发展历史及结构特点，结构选型及今后的发展趋势。

高层建筑；发展历史；结构选型；发展趋势

我国高层建筑要从几千年前的古代开始算起，战国高台建筑时期，是我国高层建筑发展的前期，汉代的井干高楼时期，是我国高层建筑的发展期，南北朝至明清砖筑寺塔楼阁时期，是我国高层建筑的缓慢发展期，近现代钢筋混凝土高楼时期，是我国高层建筑的高速发展时期。本文主要讲述的是20 世纪80 年代以后，随着改革开放的步伐加快的，我国经济发展水平的提高，也加快了高层建筑的发展，在新的发展时期，对我国高层建筑的发展特点及未来发展趋势具有非常重要的意义与作用。

1、我国高层建筑结构的特点

近年来我国高层建筑迅速发展的主要原因是城市建设用地日趋紧张以及城市规划、旅游、电讯等的需要。以北京为例, 市区城市用地从1949年的109平方公里, 到1981年扩大到346平方公里, 增长22倍, 原有近郊农菜地已减少200多万亩。

1.1我国高层建筑的发展特点

建筑高度不断增加，从1931 年上海出现的24 层国际饭店到上海环球国际金融中心（631m）。据不完全统计，截止2008 年底，我国超过150m 以上的高层建筑物已经超过了200栋，这些建筑物为社会经济发展发挥了重要作用。在未来的一段时间内，这些高层建筑物的数量还会增加，高度也将会被再一次刷新。

建筑结构复杂程度不断增加，从1974年北京饭店新楼简单的方形框架结构、1985年深圳发展大厦的圆形结构、广州国际大厦的筒中筒结构，我国的高层建筑的结构形式越来越复杂化。其三表现在钢筋混凝土建筑逐渐增多，在国外的高层建筑物建设中主要以纯纲结构，在我国主要以钢结构混凝土为主。据不完全统计资料显示，我国已经建成的150m 以上的高层建筑物中，混合、组合结构约占到22.3%，300m 以上的混合、组合结构约占70% 。

1.2 我国高层建筑的受力特点

建筑结构需同时承受水平和竖向的荷载或作用。低层建筑竖向荷载是设计的控制因素。而高层结构由于较大的建筑高度造成了完全不同的受力情况，水平荷载不仅是主要荷载的一种，跟竖向荷载共同起作用，而且往往还成为设计中的控制因素。高层建筑结构的设计，要求足够的强度和合理的刚度，使水平荷载所产生的侧向变形限制在规定的范围内。同时，有抗震设防要求的高层建筑还应具有良好的抗震性能，使结构在可能的强震作用下当构件进入屈服阶段后，仍具有良好的塑性变形能力，即具有良好的延性性能。综合高层建筑的上述受力特点可知，与低层结构不同，高层建筑结构在强度、刚度和延性三方面要满足更多的设计要求。抗侧力结构的设计成为高层建筑结构设计的关键。

2、我国高层建筑的结构选型

我国高层建筑的结构形式主要有纯框架结构、剪力墙体系、框架-剪力墙体系、筒体体系、组合结构、悬挂结构以及传力梁结构等。

早期的高层建筑，由于层数较少，多采用纯框架体系，但此种结构形式侧向刚度小，在风荷载或地震荷载作用下，产生的侧向变形较大，限制了高层建筑的层数和高度。故而此种体系一般可建至15层，最高可达20层左右，如北京长城饭店(22层、80m高)。剪力墙体系的刚度、强度都比较高, 有一定的延性, 结构传力直接均匀, 整体性好, 抗倒塌能力强，适用于小开间的高层住宅、旅馆、公寓等。如北京国际饭店(31层、104m高)、上海花园饭店(34层、1989年)、广州白云宾馆(35层、112m高、1976年)等。框架-剪力墙体系：在我国10 一20 层的办公楼、旅馆、医院和科研教学楼采用框架一剪力墙结构的很多, 个别超过20 层,主要代表建筑有北京京城大厦(52层、183m高、1991年)、上海商城中楼(48层、165m高、1990年)、东北电网生产调度大楼(24层、105m高、1987年)等。筒体结构主要代表建筑物有，广东国际大厦主楼(63层、199m高、1992年)、深圳发展中心大厦(43层、165m高、1990年)、广东国际大厦主楼(63层、199m高、1992年)。

3、高层结构设计中的关键技术

在我国高层建筑中，加强对高层结构隔震减振技术的研究，加强对高层混合结构的研究，抗风关键技术的研究等成为了高层结构设计中的关键。

减振控制技术是抗震、抗风设计的一条重要途径，近年来在美国、日本等发达国家得到了广泛的应用，在我国建筑中应用是从近两年开始的。隔震技术在高层建筑中开始有一定的应用，但在技术上还存在一些问题，如隔震支座的抗拉问题等需要更加深入的研究。钢筋混凝土混合结构在我国高层建筑中应用的比例会持续增加，但需要开展进一步混合结构体系的抗震性能研究。结构体系的复杂性、多样性要求结合工程应用，对各种新型组合结构构件开展更加深入细致的性能研究工作。在抗风技术中，随着高层建筑层数的增加，结构对风荷载的反应更加的敏感。因此应该进一步加强对高层建筑横风向影响和等效静力风荷载、干扰效应、行人风环境以及居住着舒适的判据等方面的研究。除此之外，国际工程对超高层建筑上的风速、风压的测试工作也非常的重视。

4、我国高层建筑未来发展趋势与展望

我国的高层建筑及超高层建筑具有超大功能、复杂程度高、设计水平高的特点，其规模和复杂程度在国际上都是具有非常高的水平的，充分显示了科学技术的力量，并且新时期的许多建筑物更是超过了现行的相关技术标准。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。

当今的高层建筑越来越多的使用新材料、超强材料。材料问题是高层建筑结构技术问题中首先要解决的问题，混凝土已经从最早的C10到现在的C100，高强度和良好韧性的混凝土有利于减小结构构件的尺寸，减轻结构的自重，改善结构抗震性能。除混凝土外，另一个高层建筑的理想材料就是钢材，钢材的强度和塑性高，以及现在建筑的使用等要求的增加，对建筑材料的要求也在提高，如新型耐火、耐候钢，复合材料等。

现代建筑除满足使用、审美要求，同时也是经济、技术水平的标志。有些高层建筑物成为当地的标志性建筑，因此未来的高层建筑更需要新的设计概念和结构形式。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。高层建筑结构的高度出现新的突破，从前面几十年高层建筑的迅猛发展可知，未来高层建筑在数量、质量及高度上都有了大飞跃，并且科技含量越来越高。

典型的高层建筑举例：

公元704年在西安建造了大雁塔(7层砖木结构，总高64m)。深圳发展中心大厦(1985-1987，44层，高165.3m，加上天线的高度共185.3m)，是我国第一座自行设计的大型高层钢结构大楼。箱形钢柱钢板厚达 130mm，亚洲之最。台北101大厦，中国高508米（含天线），地上101层，地下5层，2004年。设置了TMD ，在88-92楼层挂置一个重达660吨的巨大钢球，直径5.5m，利用摆动来减缓建筑物的晃幅。筒中筒，钢结构。 上海证卷大厦，共28层，高128m，巨型框架－支撑体系。两塔楼，相距63m，19～26层用横向框架－支撑结构体系相连，9层以下由裙房连接。塔楼及63m框架－支撑体系都是6层楼一个节间。塔楼内部有钢筋混凝土核心筒，外围有巨型框架柱或独立钢柱。

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