我国高层、超高层建筑结构的发展

段本硕, 杨 科 程光福

（山东科技大学 土木工程与建筑学院， 山东 青岛 266590）

0 引言

各国对高层建筑的定义不尽相同，例如，美国将建筑高度达24.6米以上或7层以上的建筑物定为高层建筑，日本则是在8层以上或达31米，法国则规定为超过50米的住宅和超过28米的其他建筑物。在我国的规范中，《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-1995）和《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ99-1998）中规定10层及10层以上的居住建筑和24m以上的其它民用建筑称为高层建筑；而《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）规定：10层及10层以上或者高度超过28 m 的建筑称为高层建筑[1]。

当今社会，城市不断发展，建设用地短缺已经成为了严峻的问题。为了改善这种局面，人们把建筑物从广度发展开始往高度进行发展，高层建筑便应运而生，它不仅在很大程度上满足了使用要求、审美要求，同时更是成为了经济技术水平的标志。现今，我国的高层、超高层建筑正处于发展的上升期，并有着越来越复杂、适用、新颖、完美的趋势。

1 关于我国高层、超高层建筑的现状

1.1 发展进程

在我国，高层建筑并不是这个时代仅，已经历经数百年发展，最早可追溯到西安大雁塔、大理千寻塔、应县木塔等建筑；自新中国建立至七十年代，我国现代高层建筑步入了新时期，发展相对比较缓慢，代表建筑主要有北京民族饭店（12层，高 47.4m，1959年）、广州人民大厦（18层，高63m，1966年）广州白云宾馆(33层、高114.05m，首栋百米高层，1976年）；到了80年代初期，社会经济发展迅速，香港、上海等各大城市大力发展建筑，北京京广中心大厦、广州国际大厦等建筑相继建成；进入九十年代，高层建筑突飞猛进，层数及高度不断有所突破，进入快速发展时期。

1.2 发展现状

社会不断进步，高层建筑逐渐成为城市的标志。2016建造的深圳平安国际金融中心（600m）、2015年建造的天津117大厦(596.5m)、苏州中南中心(729m)、2010年建成的位于广州的国际金融中心(441.75m)等都是我国超高层建筑的代表之作，其设计之复杂、建造程度之难、工艺之精都达到相当高的地步，具有一定的挑战性，这些挑战在建造的过程中也不断推进我国建筑业技术逐渐革新，快速发展。现在，这些建筑一方面都成为当地的标志性建筑，成为著名观光景点，另一方面这些建筑也直观反映出高层建筑的发展特点，即更高、更复杂。

2 高层、超高层建筑结构体系

随着社会经济的不断发展，高层建筑投资规模以及高度不断增大，高层建筑的结构体系的发展受到了人们的普遍关注。受力分析表明，高层、超高层建筑结构的弯矩和水平位移均与高度相关，水平风力与地震力是结构设计的最重要的环节。这同时表明高层建筑能够高效的抵抗侧力至关重要[2]。高层、超高层建筑根据其结构体系可作如下划分：

2.1 框架结构体系、剪力墙结构体系、框架-剪力墙结构体系

框架结构是梁和柱组成的框架所形成的结构体系，该体系可以同时承担竖向以及水平荷载，是最基本的结构单元。框架结构内部比较空旷而且建筑平面布置灵活，可以做成具有较大空间使用，满足各种不同用途的建筑的需求。剪力墙结构是由墙体承受全部水平和竖向荷载的体系。整体性好，结构顶点水平位移和层间位移通常较小，具有良好的抗震性能。框架剪力墙结构是以上二者的组合，框架和剪力墙根据各自优势协同受力，空间更加灵活，侧向刚度和抗震能力也得到保证。

2.2 筒体结构体系

筒体结构是在框剪结构与全剪力墙结构结合的基础上，将剪力墙或密柱布置到结构内部和外围所形成的封闭筒体。其结构较为集中，具有较大自由空间。

2.3 伸臂结构体系

伸臂结构是每隔一定楼层，通过中央核心筒伸出刚臂与外侧柱相连所形成的体系。此类体系有时会在外圈构造相当于一层楼高度的框架或深梁。此类体系能够有效的增强抗侧刚度。

2.4 巨型结构体系

巨型结构是由巨型柱、梁、支撑等组合形成的空间桁架，相邻立面支撑在角柱交汇，构成巨型的空间桁架。桁架依靠斜杆的轴向力抵抗来自各个方向水平力带来的层剪力，充分利用材料性；楼板和围护墙产生的荷载由次构件传递给巨型梁，最终经由柱子和斜撑传递至基础。由此可知，巨型桁结构相比其他结构是一种具有高效、经济特点的结构体系。

3 发展趋势

分析目前我国建成和在建中的高层、超高层建筑，可以发现以下特点：

3.1 层数更多，高度更高。

城市建设速度大幅度加快，建设用地越来越紧张，推广层数更多、高度更高的建筑成为建筑业的必然选择。

3.2 平面布置和竖向体型更加复杂。

国民生活质量在逐步提升，对于建筑结构使用功能、个性体验等方面的期望也随之提高，因此在满足基本使用条件的基础上，建筑物的外观个性化和内部的舒适程度逐渐成为建筑师考虑的方面，建筑结构的布置会越来越朝着复杂化的方向发展。

3.3 新型材料的研究与应用。

随着建筑高度越来越高、结构越来越复杂，对建筑结构的承载能力和安全性能等的规定越来越严格，传统的建筑材料渐渐难以满足复杂建筑物的需求，因此型钢混凝土和钢管混凝土等新型组合材料迅速进入市场，新材料的使用在确保结构整体性能的同时确保了有效使用空间。

3.4 耗能减震技术的应用与发展。

地震等自然灾害具有突发性，对建筑结构危害极大，对高层建筑来说更是如此。传统设计方法中，一般是通过增强建筑物自身的强度、刚度、延性，来实现建筑结构的抗震设计，以此使建筑满足要求[3]。随着技术革新和建筑高度的增大，利用建筑结构自身来抵抗地震的弊端逐渐凸显，采用阻尼器等耗能设备进行抗震开始受到青睐。

3.5 施工技术和工艺的不断推陈出新

随着我国高层建筑快速的发展，占主导地位的慢慢变成了混凝土结构[4]。其中的模架、钢筋混凝土技术得到了充分的改进，取得巨大发展；由于高层建筑对现浇砼结构各方面的大力推广，混凝土的机械化施工水平不断攀升，并在拌制、泵送、高性能、机械化等方面多向推进；与此同时，在防水技术方面，针对相对应的防水部位、功能等技术特点选用了防水构造、防水材料和防水工艺，比如设置在屋顶的花园、采光屋顶、室内桑拿浴房和游泳池以及地下室深度为几十米以下等结构设施慢慢出现，与之同步发展的是不断出现的各种先进的工法技术。

3.6 计算机技术和理论在建筑中的推广应用

计算机技术在日新月异的发展，在高层、超高层建筑中也展现了强大的优势，设计和施工越来越离不开计算机技术；不断完善的计算理论和模拟，在 BIM、数据分析等软件的应用更加普遍和方便的同时，也给高层、超高层提供更为安全可靠、适用经济的建设方案。

3.7 建筑节能技术的不断研发。

据不完全统计，建筑运行能耗已经占据了全社会总能耗的1/3，因此建筑节能问题的解决关系到人们生活的可持续发展。譬如建筑材料学要着眼于节能回收，再生骨料混凝土的广泛应用，既解决了建筑垃圾的处理问题，又节约了自然资源，实现了节能可持续的理念；再如建筑玻璃幕墙也不断向着双层玻璃构造、智能通风、智能遮阳、智能照明等方向发展。随着更多的人意识到资源的匮乏，更加注重绿色生活，绿色建筑以及建筑节能技术、材料将日益广泛的出现生活中。

4 结语

（1）本文论述了我国高层建筑的发展历程，介绍了我国高层、超高层建筑的发展状况，总结了我国高层建筑高度更高、结构体型更复杂等建筑特点。

（2）论述了我国高层、超高层建筑的结构分类，提出了高层建筑结构设计的有效依据。

（3）我国高层、超高层建筑向着更高、更复杂、更智能发展，新材料、新工法、新技术的使用使得我国高层、超高层发展前景更加广阔。

[1] 高层建筑施工手册 [M]. 第2 版 . 北京：中国建筑工业出版社，2001.

[2] 曹珑芳. 超高层建筑结构体系及选型[J].低温建筑技术.2011(12)

[3] 建筑抗震设计规范（GB50011-2002）.中国建筑工业出版社，北京2002.

[4]肖从真,王翠坤,黄小坤.中国建筑科学研究院高层建筑结构研究发展与展望.建筑科学.2013.