高层建筑结构发展

孙宝

【摘 要】对我国高层建筑发展进行了回顾总结，介绍了我国高层建筑的发展历程、主要特点以及设计研究和标准规范工作， 并对今后的发展进行了展望。我国高层建筑发展主要特点表现在建筑高度不断增加且结构体型日趋复杂、钢- 混凝土混合结构应用较多，同时由于我国高层建筑大多要考虑抗震、抗风的问题， 设计难度较大。高层建筑结构相关的规范标准及研究工作在高层建筑发展中发挥了重要作用。针对我国高层建筑超高、复杂、混合的特点，今后应进一步加强相关研究工作。

【关键词】高层建筑；钢-混凝土混合结构；组合结构；弹塑性分析

我国的高层建筑发展始于上世纪初， 1921 年至1936 年， 上海、广州陆续建造了一些高层旅馆、办公楼和住宅； 解放后50 年代至70 年代， 高层建筑取得了一定的发展； 80 年代开始， 随着经济建设的发展， 高层建筑进入了快速发展时期， 兴建了大量的高层建筑； 近二十年来， 我国高层建筑取得了令世人瞩目的发展。尤其近年来， 我国内地成为世界高层建筑发展的中心之一。文中主要就我国高层建筑发展的特点、高层建筑结构设计研究和标准规范编制等方面进行介绍。

一、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。

1.1 建筑高度不断增加

解放以前， 20～ 30 年代， 上海、广州陆续建造了一些高层建筑， 代表性建筑如： 1929 年建成的22 层的上海大厦， 1931 年建造的24 层的上海国际饭店等； 解放后， 1959 年建成了12 层、47.4m 高的北京民族饭店， 1968 年建成了27 层的广州宾馆， 70 年代建成了17 层的北京饭店新楼以及114m 高的广州白云宾馆； 80年代开始到上世纪末， 随着我国经济建设的发展， 兴建了100 多栋高度超过150m 的高层建筑。代表性建筑为： 1990 年建成的208m 高的北京京广中心， 1992 年建成的63 层、200m 高的广东国际大厦， 1996 年建成的325m 高的深圳地王大厦， 以及1998 年落成的420m 高的上海金茂大厦。

据不完全统计， 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.

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。

1.2 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處于世界前列。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。

1.3 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。

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。

1.4 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，

二、我国高层建筑结构设计研究及标准规范编制

关于抗震研究工作， 针对我国高层建筑体型复杂和混合结构应用广泛的特点， 国内相关科研院所、高校等进行了大量试验研究。结合振动台试验及模型静力试验， 并利用各种计算机分析软件进行计算分析工作，完成了关于转换层、加强层、体型收进、带悬挑结构、连体结构等复杂高层建筑结构的研究应用， 为我国复杂高层建筑设计提供了依据。在高层建筑研究过程中， 进行了数百栋实际工程的模型振动台试验研究工作。通过整体模型振动台试验， 研究结构抗震性能， 对结构相对薄弱部位有针对性的采取加强措施； 除振动台试验外， 许多工程进行了大比例构件、节点试验研究， 以检验结构设计的安全性，并为设计提供参考。如上海环球金融中心、广州西塔等均进行了大量的试验研究工作。我国专门针对高层建筑结构设计的规程主要有高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ32010） 、高层民用建筑钢结构技术规程（ JGJ9998），前者适用于混凝土结构以及钢- 混凝土混合（ 组合） 结构的高层建筑，后者专门针对钢结构高层建筑。另外， 为保证建筑结构的设计质量， 对于特殊的超过规范要求的高层建筑（ 超限高层建筑） ， 由政府行政主管部门组织专家成立审查委员会进行专项审查， 在审查通过后方可实施。

三、展望

我国的高层及超高层建筑具有超高超大、功能复杂、造型新奇的特点， 不但其规模和复杂程度在国际上可谓少见， 而且许多建筑突破了我国现行相关技术标准与规范的要求， 而这种发展趋势仍将持续一段时期。如何保证这些超高层建筑符合抗震设防、抗风、防意外事件（ 爆炸与撞击） 、防火等的要求， 具备适当的安全度， 关乎国计民生。

1、在高层结构抗震设计理论和方法方面开展进一步研究。

2、加强对高层结构隔震减振控制技术的研究

3、加强对高层混合结构的研究。

4、抗风关键技术的研究

参考文献：

包世华，方鄂华.高层建筑结构设计[M].北京：清华大学出版社， 1985.

徐培福， 傅学怡， 王翠坤， 等. 复杂高层建筑结构设计[ M] . 北京： 中国建筑工业出版社， 2005.

汪大绥， 陆道渊， 等. 天津津塔结构设计[ J] . 建筑结构学报，2009， 30（S1） .