高层建筑的现状与发展趋势的探讨

高层建筑的现状与发展趋势的探讨

中文摘要：高层建筑是经济发展及城市化进程的必然结果，而科学技术的发展、机械、电气化的实现等，为其发展提供了技术和物质保证。简述了高层建筑的概况、现状、存在问题及今后的发展趋势。

关键词：高层建筑结构；特点；现状；趋势

引言

超过一定层数或高度的建筑称为高层建筑。高层建筑的起点高度或层数,各国规定不一,且多无绝对、严格的标准。它与各个国家和地区的地理环境、地震强度、建筑材料、建筑技术、电梯的设置标准以及防火的特殊要求等很多因素有关。如在美国,24.6m或7层以上视为高层建筑;日本则为31m或8层以上;英国为等于或大于24.3m;在我国一般8层以上的房屋就需要设置电梯,对10层以上的房屋就有提出特殊的防火要求的防火规范,因此我国的《民用建筑设计通则》(GB50352-2005)、《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-95)将10层及10层以上的住宅建筑与高度超过24m的公共建筑和综合性建筑称为高层建筑。从结构受力性态的角度来看,8层以上的房屋,风和地震等水平荷载或作用显得越来越重要,甚至起控制作用,因此《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)将10层及10层以上或高层超过28m的钢筋混凝土结构称为高层建筑结构。当建筑结构高度超过100m时,称为超高层建筑。高层建筑的特点建筑结构需同时承受水平和竖向的荷载或作用。

1高层建筑的发展概况及现状

高层建筑虽然在19世纪末的美国就已出现，但是真正在世界上得到普遍发展还是20世纪中期的事。近几十年来，随着工业生产的发展，科学技术的进步和城市化进程的不断加快，高层建筑更是犹如雨后春笋遍及世界各国。我国则在改革开放之后，特别是20世纪90年代以来，高层、高层建筑不断出现，一幢幢摩天大楼拔地而起、负势竟上。各式各样的“地标建筑”在区域高地上竞相绽放，气势恢宏的“造山”运动正从大城市向中小城市扩张。

随着高层建筑的建筑高度的不断增加,建筑类型与功能的愈来愈复杂,结构体系的更加多样化,竖向结构体系成为设计的控制因素,其原因有两个:其一,较大的垂直荷载要求有较大的柱、墙或者井筒;其二,侧向力所产生的倾覆力矩和剪切变形要大得多。与竖向荷载相比,侧向荷载对建筑物的效应不是线性增加的而随着建筑高度的增高迅速增大。例如,在所有条件相同时,在风荷载作用下,建筑物基底的倾覆力矩近似与建筑物高度的平方成正比而其顶部的侧向位移与高度的四次方成正比,地震的作用效应更加明显。在高层建筑中,问题不仅仅是抗剪,而更重要的是整体抗弯和抵抗变形,可见,高层建筑的结构受力性能与低层建筑有很大的差异。一、高层建筑结构特点及类型1、高层建筑结构特点。高层建筑的结构要同时承受垂直荷载和风产生的水平荷载,还要具有抵抗地震作用的能力。低层结构的水平荷载对结构影响通常较小,但在高层建筑中,水平荷载和地震作用将成为控制因素。高层建筑随着高度的增加,位移增加很快。然而过大的侧移会使人感觉不舒服,从而影响使用,还会造成非结构构件和结构构件的损坏。

高层建筑结构设计特点

（1）水平荷载成为决定因素。一方面，因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与楼房高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖构件中引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比；另一方面，对某一定高度楼房来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。

（2）轴向变形不容忽视。高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大；还会对预制构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。

（3）侧移成为控制指标。

2高层建筑呈现的五大美学特征

“没有最高，只有更高”。如今，在世界各地范围内的建筑竟高比赛日趋激烈，我们已真正进入到了一个空前的高层建筑修造的年代。高层建筑因考虑结构受力的原因，多以平面对称、外形简单、体型方整为原则，结构体系则主要研究解决抗风力与地震力的影响，就其美学特征来看，主要呈现五大特点：

一是群体天际化。“最能感知新旧时代更替的是城市的天际线”。昆明从上世纪中期的云南饭店、邮电大楼至后期的工人文化宫、广电大楼、电信大楼、佳华广场乃至目前在建的300余米高的“南亚之门”，不断长高的建筑，不断被改变被突破的城市天际线，写出了昆明城市发展的历史。

与时俱进的上海陆家嘴，群群楼宇、摩天大厦与东方明珠交织成一个波澜壮阔的中国版曼哈顿形象工程，成为新上海不可或缺的风景和中国改革开放建设成就的标志。所向披靡的强悍天际线，最大限度地诠释出新上海打造国际金融中心的希望与梦想，展现着21世纪大都市应有的气魄与格局。

二是单体个性化。高层建筑造型在全球各地越来越呈现出多样化和个性化的趋势。各式各样的“地标建筑”在有限的空间中竟相绽放，形成激烈、混杂甚至奇幻的空间景象，高层建筑都力争“标新立异”并使自己成为城市的主角。陆家嘴金融区雍容端庄的金茂大厦和银装素裹的环球中心，一个有着东方的浪漫色彩，一个有着西方的理性光辉，两者并肩而立，直冲苍穹，但在不久的将来，上海中心又将后来居上，形成“三足鼎立”的态势。

三是工程高技化。随着高科技的创新与发展，高层建筑的功能与技术方面日益综合化与智能化，它主要在建筑内外表现了高科技的时代特点，使人们可以在传统艺术王国之外看到一个技术美的新世界。倍受争议的央视大楼，以其双塔高空大悬臂回旋式结构，营造了一个丰富的视觉效果，颠覆了人们通常认为的高层大楼应该高耸入云的概念。这座“另类”的高层建筑抛开其“与城市环境的和谐”，“最昂贵的秀场”等话题不谈，单是其震撼人心的工程威力与技术成就，已使它的建筑价值超越了自身的实用性而有着某种精神的意义。

四是功能生态化。生态、低碳、环保是当今建筑设计思想中的新潮流，世界各国的设计师都在探索实践着符合生态的设计策略，其中高层建筑也不例外。日照、通风、景观、绿化以及建筑与自然环境的有机结合，是人类共同追求的目标。建成于1996年的德国法兰克福商业银行大厦是高层生态建筑最杰出的代表，这座60层高的大厦主楼标准层平面呈弧状三角形，中央为一个贯穿上下的三角形露天空洞，大厦生态设计的中心是组织全楼的自然通风，为此在三个立面上各错位设计了三个三层高的空中花园，层层的绿化使这座大楼通风系统效果俱佳，反映了典型的生态节能意识，空透秀丽的建筑形体，虚实互补，使其成为高层建筑中的一朵奇葩。

五是风格地域化。极具现代感的高层建筑一直未停止对地域文化的探索，在高层建筑上表现地域文化特征是后现代主义惯用的手法。超过800余米的当今世界第一高楼迪拜塔，由连为一体的管状多塔组成，具有太空时代的风格外形，基座则采用当地建筑风格的几何图形六瓣沙漠之花，塔底部分最终螺旋式上升，扭结成塔尖，表达了对当地文化的尊重。上海金茂大厦则应用现代材料以及高层