谈高层建筑的发展

武 涛 段晓旭 许相宜

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

谈高层建筑的发展

武 涛 段晓旭 许相宜

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

简述了高层建筑古代与现代的发展历程，对框架—剪力墙结构及筒体结构两种常用的结构体系进行了研究，并探讨了高层建筑的施工技术，对促进高层建筑新结构、新工艺、新材料的产生具有深远的意义。

高层建筑，结构体系，施工技术，发展

多高的建筑才可以称为高层建筑，世界各国根据本国自身经济发展水平等因素的差异而有自己的评判标准。例如，在英国，把高度不小于24.3 m的建筑视为高层建筑；在日本，规定31 m或8层及以上的建筑视为高层建筑；在美国，把24.6 m或7层以上的建筑视为高层建筑；在我国，根据JGJ 3—2010高层建筑设计规范规定10层及10层以上或房屋高度大于28 m的住宅建筑以及房屋高度大于24 m的其他高层民用建筑混凝土结构视为高层建筑。于1972年在美国宾夕法尼亚州伯克利市举行的国际高层建筑会议上则第一次对高层建筑给出了较为一致的定义。在此次会议上认定高层建筑应分为四类：

第一类高层建筑：9层～16层(最高到50 m)；第二类高层建筑：17层～25层(最高到75 m)；第三类高层建筑：26层～40层(最高到100 m)；第四类高层建筑：40层以上(高度在100 m以上)。

1 高层建筑的发展历史

1.1 古代高层建筑的发展

高层建筑的发展具有悠久的历史，在我国古代就已经开始出现高层建筑。例如：建于公元523年的河南登封县嵩岳寺塔，共10层，塔高40 m，采用砖砌单筒体结构；又如：于公元1055年建于河北定县的料敌塔，采用十分罕见的砖砌双筒体结构，总高度达到82 m，11层。国外高层建筑在古代也已经出现，例如：在古罗马帝国时期，部分城市就开始使用砖石承重结构修建了10层左右的建筑。更有甚者，在公元1100—1109年间，意大利的Bologna古城先后修建了41座采用砖石承重的塔楼。其中最高的塔楼已达到98 m。以上有关高层建筑的例子无一不体现了我国古代劳动人民以及世界人民的聪明才智、对于高层建筑设计深入的认识以及高超的施工技术。

1.2 现代高层建筑的发展

现代高层建筑的萌芽真正起源于1883年在美国芝加哥修建的11层保险公司大厦，此建筑的结构采用独立的框架结构进行计算，第一次采用钢筋和铁柱的组合体系来承受全部荷载，外墙只承受自重，它开辟了现代高层建筑设计手法的先例，是现代高层建筑的始端。这是高层建筑发展的第一阶段，又称之为萌芽阶段。在此之后，高层建筑的发展又历经了两个阶段。

第一阶段自19世纪末至20世纪50年代，此阶段为现代高层建筑发展的初始阶段。在此阶段中，首次在高层建筑中采用钢、钢筋混凝土框架，并且首次出现了剪力墙承重结构和钢支撑结构，使建筑的使用空间得到了大幅提升。在此阶段中，受到建筑材料单一(多为混凝土)以及结构设计理论不完善的影响，建筑往往自身重量过大，且以框架结构为主，形式上缺乏创新。

第二阶段为20世纪50年代至今，此阶段为近代高层建筑的快速发展阶段。由于第二次世界大战的结束，世界经济迅速恢复和发展，大量人口涌入城市，使得建筑用地日益紧张，高层建筑又一次回到人们视线当中。在此阶段中，世界上很多国家都对高层建筑技术进行了大量基础性研究使得结构设计理论日趋完善。例如：著名的美国结构专家弗茨勒·汉提出了对钢筋混凝土及钢结构发展都有促进作用的筒体结构的设计概念。同时，电子计算机的出现和广泛应用、材料科学的迅速发展以及新的施工技术的出现，都为高层建筑的进一步发展提供了可能，同时也促进了超高层建筑的产生。现今世界最高的10栋摩天大楼见表1。

表1 现今世界最高的10栋摩天大楼

2 高层建筑的结构体系

限制高层建筑发展的一个重要因素就是建筑的结构体系，为了使结构体系适应高层建筑的发展趋势，国内外专家、学者先后提出了一系列结构体系。由最初的钢筋混凝土框架结构、框架—剪力墙结构、剪力墙结构到筒体结构再到多筒体结构、错层结构。这一系列结构体系的革新为高层建筑突破新高度提供了保障，为超高层建筑的发展创造了条件。现仅对国内应用较为广泛的两种结构体系：框架—剪力墙结构、筒体结构做简要介绍。

2.1 框架—剪力墙结构

框架—剪力墙结构又称框剪结构，它是在框架结构的基础之上通过布置一定数量的剪力墙来承受由于风荷载和水平地震力作用而产生的水平荷载，竖向荷载则由框架承受。这种组合下，剪力墙位置不固定，可以灵活的分割使用空间，满足不同的使用功能。同时由于剪力墙的存在，使体系的刚度和承载力比纯框架高很多，减小了侧向变形。剪力墙的布置应遵循一定的规则。首先，剪力墙应该均匀对称的在建筑中布置；其次，剪力墙应该尽量与框架柱紧邻，特别是在转角处以扩大剪力墙的刚度和抗扭能力；再者，剪力墙宜沿建筑通高布置且墙厚可逐渐减薄。

2.2 筒体结构

筒体结构是为了适应超高层建筑的发展在框架—剪力墙结构与全剪力墙结构的基础之上发展起来的一种新型结构。它将剪力墙及框架柱分别集中布置于建筑结构的外围或内部而形成筒体。按照外筒及内筒承重形式的不同又可分为筒中筒、框筒、筒体—框架、束筒四种形式。其中，筒中筒结构中内筒为剪力墙结构，外筒则为柱距小于3 m的密柱，两者间用楼板连为一体，抗侧移刚度大并具有良好的抗扭刚度，内部空间布置灵活。但因为外筒为密柱，使底层入口布置较难，为解决这一问题常在底层部分设承托大梁，将底层密柱转化为稀柱，费用相对较高。

3 高层建筑的施工技术

高层建筑的迅速发展也促进了高层建筑施工技术的进步，并使其成为一门独立的学科而引起了人们高度的重视。高层建筑施工技术主要包括基础工程施工技术、混凝土施工技术、模板工程施工技术、钢筋连接技术等内容。在基础工程方面，高层建筑多以桩基础、箱形基础为主。其中桩基础近年来发展迅猛，长110 m，直径2.5 m的灌注桩已变成现实，与之相匹配的支护结构、深层降水问题也得到了妥善解决。地下连续墙是常用的支护技术，轻型井点则是常用深层降水方法。在混凝土施工方面，高强混凝土的出现及广泛应用，使结构刚度上升。近年来随着缓凝剂等一批外加剂的使用，使得混凝土的性能得到改进。同时，保温防裂措施的引入使混凝土裂缝得到了有效控制。混凝土输送泵的出现使混凝土施工机械化水平得到提高。在模板工程方面，国内的支模形式主要有中、小模板，大模板，滑模，爬模四种。中、小模板成本低、灵活方便，但是需要大量人力；大模板整体刚度好、墙面平整但自重大；滑模主要用于剪力墙、筒体结构施工；爬模则将大模板和滑模优点相结合，墙面光滑、整体性好。在钢筋连接方面，连接方式已从传统的焊接、搭接发展为各种形式的接头连接。不仅可以提高接点强度还可以节约钢材，减少施工时间。

4 结语

随着全球人口的不断上涨，特别是在发展中国家。用地日趋紧张，发展高层建筑用以解决这一问题势在必行。随着全球各国对高层建筑结构设计理论的不断深入研究，以及与高层建筑相关的领域——材料科学、施工技术不断完善与发展，为高层建筑的进一步发展插上了翅膀，相信高层建筑在未来的发展必将更加地繁荣。

[1] 黄 白.高层、超高层建筑发展综述[J].华中建筑,1988(4):18-23.

[2] 霍昌盛，曾智勇.高层建筑综述[J].科技创新导报,2007(36):118.

[3] 赵西安.高层建筑结构设计最近的一些进展——第九届全国高层建筑结构学术交流会部分资料综述[J].建筑科学,1986(4):38- 43.

Discussion on high-rise building development

Wu Tao Duan Xiaoxu Xu Xiangyi

(CollegeofCivilEngineering,NortheastUniversityofForestry,Harbin150040,China)

The paper discusses ancient and contemporary high-rise building development history, studies two common structural systems of frame-shearing wall structure and frame tube structure, and explores high-rise building construction technologies, which has significant meaning for producing high-rise building with new structure, new technology and new materials.

high-rise building, structural system, construction technology, development

1009-6825(2015)07- 0021- 02

2014-12-26

武 涛(1994- )，男，在读本科生； 段晓旭(1994- )，男，在读本科生； 许相宜(1994- )，女，在读本科生

TU971

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