高层建筑结构发展

浅谈高层建筑结构发展

学院：土木工程与建筑学院

专业：结构工程

班级：硕研2014级二班

姓名：王亮

学号：20140420058

邮箱：1322726465@

浅谈高层建筑结构发展

王亮

摘要：进入20世纪90年代以来，随着社会与经济的蓬勃发展，特别是城市建设的发展，要求建筑物所能达到的高度与规模不断地增加，高层建筑已经成为反映一个城市经济繁荣和社会进步的重要标志。本文介绍了国内外高层建筑结构的发展现状，详细阐述了我国高层建筑结构发展特点，并对未来高层建筑结构发展趋势进行预测，指出我国应从实际出发，设计出适合我国发展的高层建筑。

关键词：高层建筑，特点，发展趋势

高层建筑是近现代经济发展和科学技术进步的产物。对于高层与超高层建筑，各国有不同的划分标准。联合国1972年召开的国际高层建筑会议有两种划分标准：将层数9层~15层(总高度不超过50m)为一类；17层~25层(总高度不超过70m)为二类；26层~40层(总高度不超过100m)为三类；40层以上(总高度超过100m)为四类，将四类中40层或总高度152m以下的建筑定为低高层建筑；总高度152m~365m为高层建筑；100层或总高度365m以上为超高层建筑。而多地震国家日本将5层~15层的建筑定为高层建筑，将15层以上的建筑定为超高层建筑。我国《高层建筑混凝土结构技术规程》规定：10层及10层以上或房屋高度超过28m的住宅建筑和高度大于24m的其他民用建筑结构为高层建筑。建筑物高度超过100m时，不论是住宅建筑或公用建筑，均为超高层建筑[1]。

1高层建筑结构的发展

1.1 国外高层建筑结构的发展

世界上第一幢近代高层建筑是1883年建成的美国芝加哥家庭保险(Home Insurance)公司大楼，11层，55m高，框架结构。它采用金属框架承重结构，标志着一种区别于传统砌筑结构的新体系的诞生。19世纪末高层建筑已经发展到采用钢结构，建筑物的高度超越了100m。20世纪初，钢结构高层建筑在美国大量建成，美国在高层建筑的数量、层数、高度方面都居于领先地位。1931年建成的摩天大楼——纽约帝国大厦成为高层建筑发展第一阶段的典型代表，它保持世界最高的建筑物的记录达41年之久。50年代初玻璃铝合金等新型外墙材料开始使用，这个时期称为现代主义的新建筑风格，其代替了上一时期的古典风格，以简单的几何形体、大面积的金属和玻璃墙为代表的“玻璃盒子”作为现代化的标志成了这一时期高层建筑的主流，代表这一时期的典型作品是纽约的利华大厦和联合国大厦[2]。

1.2 我国高层建筑结构的发展

我国高层建筑是从20世纪50年代逐渐发展起来的。50年代初期多采用框架结构，以建造8层、9层的旅馆和办公楼居多。50年代后期出现了框—剪结构

形式，60年代、70年代，我国的高层建筑发展加快，其中最高的33层广州白云宾馆就是1977年建成的，80年代我国高层建筑的高速发展，到1983年已建成8层以上的高层建筑近千幢，建筑面积超过1100×104㎡[3]。1980年~1984年所建成的高层建筑相当于建国后30年来兴建的高层建筑的总和。90年代到现在，我国高层建筑发展更为迅猛，建筑业成为国家的支柱产业，其中代表性的建筑为上海的金贸大厦和深圳的帝王大厦。目前，我国已建的高层建筑面积超过1.8×108㎡其中，高层住宅约占全部高层建筑栋数的80％。

2 我国高层建筑结构发展的特点

我国高层建筑概括起来主要有以下几个特点：建筑高度不断增加；结构体型日趋复杂；以混合、组合结构为主；涌现一些新型结构体系。

2.1建筑高度不断增加

据不完全统计，截至2008年底，150m以上的高层建筑已超过200栋，这些高层、超高层建筑中，300m以上的多分布在东南沿海地区，北方也有一批超高层建筑已经建成或正在设计建造中，如2007年北京建成了高度为330m的北京国贸三期，高度为337m的天津津塔预计2009年底结构封顶，其他如350m高的沈阳恒隆市府广场，383m高的大连裕景，333m高的天津嘉里中心办公楼等，正在设计建造中[4]。

据国际高层建筑与城市协会2006年出版的《世界上最高的101栋高层建筑》统计，落成及在建的最高的101栋高层建筑中，我国大陆有20多栋，中国大陆、中国香港、中国台湾总计33栋，美国也是33栋，数量相当，表明我国超高层建筑的数量居于世界前列[5]。

除数量增多外，超高层建筑的高度近年不断刷新，492m高的上海环球金融中心已正式投入使用；432m高的广州西塔结构已封顶。除上述代表性超高层建筑外，使用高度580m、总高度超过600m的上海中心已经于2008年底动工。全国各地尚有一批正在酝酿兴建的高层建筑，如设计中的深圳平安金融中心塔楼桅杆顶高度将超过600m，天津117大厦总高度也将超过600m。总之，我国高层建筑的高度正在从400m向600m挺进。

超高层建筑高度的不断攀高，其意义不仅仅在于高度的突破，而是带动了整个建筑业的发展，包括材料技术、设备制造技术等行业的进一步发展。超高层建筑发展是经济发展的大势所趋。

2.2结构体型日趋复杂

由于业主和建筑师为实现建筑功能以及在建筑艺术、建筑造型方面体现创新，设计了众多复杂体型和内部空间多变的高层建筑，使得我国高层建筑的复杂程度也处于世界前列。

随着国民经济的发展，高层建筑除了要满足建筑使用功能要求，越来越重视

建筑个性化的体现，使高层建筑的平面、立面均极其特殊。尤其近几年，各种新的复杂体型及复杂结构体系大量出现，如体型复杂的连体结构，楼板开大洞形成的长短柱，楼板与外框结构仅通过若干节点连接，悬挑、悬挂，大跨度连体的滑动连接等，这些复杂体型的高层建筑许多超出了现行设计规范的要求，以往的工程经验和震害资料都无法借鉴，需要进行更深入的研究[6]。特别是许多项目采用了国外设计师的作品，但一些境外建筑师来自非地震区，缺乏抗震设计经验，有些建筑方案特别不规则。而在日本神户、中国台湾及2008年的“5.12”汶川地震中，一些特别不规则建筑受到严重破坏。

我国绝大部分地区为抗震设防地区，而高层建筑集中的东南沿海地区又是台风频繁的地区，因此我国高层建筑设计绝大部分都要考虑抗震、抗风问题，加之体型日趋复杂，我国的高层建筑结构设计面临更大的挑战。

2.3超高层建筑中钢-混凝土混合结构为主

国外高层、超高层建筑以纯钢结构为主，而我国以钢-混凝土的混合结构应用居多。据不完全统计，中国已建成的150m以上的高层建筑中，混合、组合结构约占22.3%；200m以上的高层建筑，混合结构约占43.8%；300m以上的高层建筑，混合、组合结构约占66.7%，如上海环球金融中心及金茂大厦均为钢筋混凝土核心筒，外框为型钢混凝土柱及钢柱；北京国际贸易中心三期，为筒中筒结构，外部为型钢混凝土框筒，内部为型钢混凝土巨型柱与斜撑及钢梁组成的筒体，高度330m，为我国8度抗震设防地区最高的高层建筑。正在设计建造中的三栋600m以上的高层建筑(上海中心、深圳平安金融中心、天津117大厦)全部采用混合结构[7]。

钢-混凝土混合结构之所以得到了较大发展，一方面因为其可有效地将钢、混凝土以及钢-混凝土组合构件进行组合，既具有钢结构的技术优势又具有混凝土造价相对低廉的特点；另一方面，我国现场施工的人力成本比国外低，采用混合结构比采用纯钢结构经济方面更有优势。因此混合结构是符合我国国情的超高层建筑的结构体系，预计将来混合结构仍将得到较大的发展。

2.4一批新型结构体系涌现

随着超高层建筑的发展，近期涌现出了一些新型结构体系。已建成的330m 高的北京国贸三期主塔楼采用了钢—混凝土框架—核心筒结构，内筒采用了型钢、钢板混凝土巨型组合柱及型钢混凝土支撑结构体系；在建的337m高的天津津塔主要抗侧力体系由钢管混凝土柱框架+核心钢板剪力墙体系+外伸刚臂抗侧力体系组成，具有较高的抗侧刚度和延性，是目前世界上应用钢板剪力墙的最高的高层建筑；广州西塔采用了外部交叉网格结构体系，该体系具有较强的抗侧刚度及抗扭刚度，能较好地抵御风荷载和地震作用；巨型结构在超高层结构中被广泛采用，利用外框的带状桁架和巨型柱形成巨型框架，并辅以必要的外立面的斜撑，