未来中国超高层建筑将选择那种结构形式

杨 科 王国珍

（山东科技大学 土木工程与建筑学院， 山东 青岛 266590)

0 前言

根据我国的《民用建筑设计通则》GB50352-2005的相关规定，对超高层建筑做出了这样的解释：不管是住宅还是公共建筑物，只要建筑高度大于100m，就被看做是超高层建筑。在1909年，世界上第一栋在高度上超过200m建筑—“大都会人寿保险公司大楼”在美国纽约被建成。新中国成立后，中国在设计理论和技术方面比较落后，超建筑结构的发展一直处于停滞不前的状态，尤其是高层和超高层建筑结构发展比较缓慢，直到改革开放后才逐渐起步。本文通过回顾建国以来尤其是改革开放后中国超高层建筑的发展状况，结合我国 2个具有代表性的超高层建筑，分析超高层建筑所采用的建筑结构体系以及所面临的方案优化问题，大胆预测中国今后超高层建筑的发展方向。

1 我国超高层建筑发展概况及代表性建筑

1973年，香港首栋超高建筑物—香港怡和大厦，在香港被建成，它的共有52层(178.5m)，它一建成就成为了当时香港以及东南亚最高的建筑。1976年初，广州白云宾馆基本完工，主楼总高114.05m，为剪力墙结构，共34层(包括地下室一层)，为当时中国第一高楼。1985年12月，有53层楼，高159.5m的深圳国贸大厦被建成，创造了一个在当时建筑史上独特的新纪录：建成一层楼的速度是三天。1991年，广东国际大厦被建成，它的主楼高度是200.18m，它的建成，成为了当时中国大陆在19世纪90年代期间建成的有最多的楼层和有最高的高度的建筑。在1990年，高度是367.4m的香港中银大厦被建成，它的设计工作是由世界上著名的华裔建筑设计师贝聿铭完成的。1996年，高度是383.95m，有 69层的深圳地王大厦被建成，它应用了钢框架—RC核心筒的结构，它一建成就成为“亚洲第一高楼”，创造了中华历史上的摩天纪录。1997年，高度是391m，共有80层的广州中信广场楼被建成，它的建成成为了当时中国最高的建筑，也是世界上最高的混凝土大厦。上海金茂大厦与1999年落成并营业，高420.5m是一座富有中国特色的摩天建筑。随着中国进入21世纪，大量的高层和超高层建筑在中国各地被建成，不仅代表了中国建筑结构理论与施工技术的发展，更是中国经济崛起的标志。

中国指数研究院在2016年02期《中国房地产》中报道了“中国建筑新地标代表城市新高度”的专题，“中国十大建筑新地标”的建筑高度都在300m以上，并且有一个好的地理位置，基本处于大中城市核心位置。

1.1 上海中心

上海中心周围有金茂大厦和上海环球金融中心这两个比较大的建筑，这三个超高层建筑有了他们各自的意义，其中金茂大厦代表着中国的“过去”，代表中国“现在”和“未来”的是上海环球金融中心和上海中心，建成之后的上海中心成为了上海市新的地标。[1]上海中心是一个高度为632m的功能齐全的建筑大楼，它的功能包括办公，酒店，商场，观光等，它有地上部分和地下部分，其中地上面积约38万m2，而地下的部分有14万m2总建筑面积，它的主楼结构包括竖向结构和水平结构，其中竖向采用了核心筒和巨型柱，而水平结构由楼层钢梁、楼面桁架、带状桁架、伸臂桁架以及组合楼板组成。

它有突出的结构方面的优点，第一，它的重力和水平荷载可以充分的利用结构材料来抵抗，所以有比较高结构效率，建筑结构的造价就相应低了不少。第二，它的外立面大空间由它的结构创造，并且它的外立面通透度被提高了很大。[2]

1.2 平安中心

位于深圳市福田中心区的平安金融中心项目，面积接近达到1.9万m2， 它的建筑面积和建筑基底面积分别达到46万m2和 1.23万m2。平安中心地上部分共118层，并且它的标准层高是4.5m。它主体的屋盖高度达到588m，塔尖高度达到660m，顶层高度达到554.5m。因为结构高嵩，为保证建筑足够安全，塔楼采用巨型钢斜撑外框架+劲性钢筋混凝土核心筒+伸臂钢桁架结构+空间带状桁架+角部 V形撑体系[3-4]。主体分为可以内筒和外框结构，内筒和外框分别采用型钢-钢筋混凝土筒体和框架柱、梁，其中外框中的框架柱、梁由8根巨柱、7道空间带状桁架、7道平面角桁架、巨型钢斜撑和角部V形撑及各层由带状桁架分层支托组成。在塔楼高度方向设置的四道钢桁架外伸臂把核心筒和巨柱很好的连接起来，这样就提高了抗侧刚度。

2 超高层结构体系的选用及其优缺点比较

超高层建筑结构由于具有高嵩的特点，必然要采取特殊的结构体系，且随着其高宽比的不断增大，其所面临的侧向抗力（主要由风荷载引起）也随之增大。

框架结构。高层建筑框架结构与多层框架一样由纵横框架形成一个空间框架结构，可以很好的来承受水平和竖向荷载。和其他的高层结构体系作比较，框架结构的空间可以灵活布置，如会议厅、餐厅、休息厅和贸易厅等功能房间的灵活布置很容易满足。当有地震作用时，框架结构的延性较好可以抵消地震作用的一部分能量，但因为构件较小的截面尺寸，所以抗侧刚度会比较小而相应的水平位移就会增大，会使非结构的构件因为大变形而破坏，高度上就受到了很大限制。

剪力墙结构。建筑物的纵墙和横墙是承重墙，他们可以承受来自竖向与水平方向的荷载，这样的墙体被称为剪力墙。通常，剪力墙都是钢筋混凝土，超高层承受地震作用的能力比较好，那是因为剪力墙侧向刚度比较好。剪力墙的间距也不能太小，以6～8m最为合适，否则建筑成本就比较高。

框架—剪力墙结构。框架—剪力墙既有纯框架的优点也有剪力墙的优点，满足了超高层建筑空间布置的需要和抗侧力的的要求。因为超高层建筑的大部分剪力被剪力墙承担了，所以框架的整体受力和建筑内力的整体分布有了很好的提高，建筑框架承受整体水平剪力可以减小很多。通常，在超高层建筑中，80%水平荷载是由剪力墙来承担的，剩余 20%水平荷载是由框架来承担的。一个很重要的问题就是超高层建筑的整体布置，在结构上要确保框架与剪力墙可以协同工作。要想使协同工作越好，就必须要求楼盖的水平刚度如越大。如果剪力墙布置的太少，结构侧向的变形也就增大；剪力墙布置太多，经济上就不是很合适，在后期还会给超高层建筑带来诸多的限制。

筒体结构。通常由一个或者几个筒体作为竖向的承重结构。它包括框筒结构、框架核心筒结构、筒中筒结构、多重筒结构和束筒结构等。筒体结构的水平荷载主要靠筒体来承担，并且它的空间刚度比较大，抵抗地震能力也比较好。所以，在超高层建筑中筒体结构在平面的布置方面和满足相关功能方面有明显的优势。

3 结论

随着我国经济的发展、建筑技术的日趋成熟和工程施工经验的不断地积累，因为我国人口比较多，人均用地比较少，所以高层和超高层建筑在中国的发展的潜力很大。我们可以看到随着建筑结构高度的增加，单一的建筑结构型式已经不能满足超高层建筑对安全及使用功能的需要，所以应用比较多的是巨型框架和巨型支撑，在超高层建筑结构中钢-混凝土混合结构应用也越来越广泛。超高层结构体系迎来的新的转变，势必会影响以后的超高层结构设计，由此可见未来中国的超高层建筑必定是以混合结构体系为主，搭配巨型桁架和斜向支撑，同时广泛应用新材料。

[1]YiZhu,DennisPoon,SteveZuo,GuoyongFu.StructuralDesignChallengesofShanghaiT ower.[C].TheriseofAsia.2012.09.19.

[2]丁洁民.上海中心大厦之建筑与结构.[J].主体建筑：当建筑与结构相遇 2012（05）.

[3]黄用军,何远明,彭肇才等.平安金融中心结构设计与研究[J].建筑结构,2014,44(3),13-19.

[4]傅学怡,吴国勤,黄用军等.平安金融中心结构设计研究综述[J].建筑结构,2012,42(4),21-27.