国内高层建筑结构设计的若干新进展

2019-02-01陈金晶杭州九米建筑设计有限公司浙江杭州310000

中国房地产业 2019年2期

文/ 陈金晶杭州九米建筑设计有限公司浙江杭州 310000

1、对高层建筑的理论介绍与新型工程实例

1.1 高层建筑

高层建筑是指超过一定高度的建筑。各国在对于高层建筑的最低高度的定义互不统一，当然这与各国城市化的进程与土地利用率有极大的关系。但无论怎样变化，高层建筑与城市的关系都是密不可分的。有专家曾这样总结过：“高层建筑是城市的衍生物，但不是附属品，两者在城市化进程中逐步呈现出一种共生关系。”由此可以知道，高层建筑对城市的环境，交通，乃至精神文化都起到一定的代表性与推动性。

1.2 高层建筑的结构设计及具体分析

结构设计是高层建筑建造必须的一种功能性技术。它对高层建筑结构进行一种规划性的设计。设计人员对高层建筑结构的安全性，严谨性，经济性，应用性，表现性等不断地进行发展优化，不断地创造高水准的高层建筑结构，对人们的居住需求，环境的适应性以及城市的建设需求和美观需求进行更多方面的考虑。理论联系实际，强调结合我国的设计规范与工程实际，对结构方案，计算简图，分析方法，截面设计等技能要进行熟练运用，我国要培养高层建筑结构设计的应用性人才，就必须要求设计人员对建筑结构具有极强的严谨度与创新度。重视理论与实践相结合，重视合作，为我国建筑结构设计业锦上添花。

1.3 工程实例

天津津塔；天津津塔的主要用途为写字楼，其平面呈椭圆形，周围有锯齿状的边缘设计，整个平面沿着竖向逐渐缩小。主塔楼有75层高，高度为336.9米，基地面积22257.9平方米。结构体系为钢管混凝土柱框架+核心钢板剪力墙体系+外伸刚臂抗侧力体系，塔楼的外框部分由钢管混凝土柱和宽翼缘钢梁组成，钢板剪力墙核心筒由钢管混凝土柱和内填结构钢板的宽翼缘钢梁组成；由于超过规范要求的高宽比较多，因此设置了四层伸臂桁架和腰桁架加强层，既在钢板剪力墙核心筒与外框之间布置大型钢桁架，在外框内布置腰桁架。

上海陆家嘴：陆家嘴位于上海市浦东新区的黄浦江畔，隔江面对外滩。是中国最具影响力的金融中心之一。其中的上海国际金融中心，是包括写字楼、酒店、公寓及商场的综合大楼。原先的方案定为两幢320米、约70层的双子塔，最新修订改为兴建3幢。该地块将兴建两幢分别高260米及250米的双子塔，再加一座85米高的建筑，但土地用途不变。根据以往的设计经验，双子楼的外檐采用混凝土外筒，中心部位是高强钢筋混凝土内筒，然后需要用高轧制钢梁支托的金属板与混凝土复合楼板将内外筒联系在一起。塔楼是由一个筏式基础和发卡桩承托的，位于圆形与正方形交接点位置处的混凝土柱子用于支撑上部结构荷载。用这种结构形式建造出来的双子楼具有美观、结实的特点。

2、高层建筑结构形式的进展

2.1 传统结构形式的优化与发展

近年来随着高层建筑建筑规模的扩大以及建筑形式的千变万化，高层建筑内部结构随形式的复杂化开展了一种适应性的变化，在传统结构的基础上，根据实际的建筑形态，做出一系列的建筑结构的调整与优化。在很多建筑中，核心筒仍然是使用较多的结构。但是对于一些规模十分庞大的建筑体，核心筒会随之产生一系列的变形，例如那些沿着竖向划分功能区间的建筑体，就常常采用一部分一部分变化的核心筒。

2.2 建筑承载多种结构形式

建筑体态的设计，规模的扩大，内部功能分区的丰富，都使得建筑结构愈加复杂，曾经所建立起来的单一的结构形式，已经很难去承载它强大的受力架构。所以在实际应用中，技术人员常常将许多种不同的结构形式加载在同一个建筑体上，并通过一定的技术手段使之进行一系列紧密的结合。有的是在一个独立的结构形式里嵌入一些小的受力体，组成其他的新型结构形式为主体做辅助，分担受力，有的是一整个庞大的建筑结构里有多种均衡的结构体系，互相借助，互相压制，互相平衡。

2.3 结构构件有一定的创新与突破

构件在建筑工程中是构成一种结构体系的基本，随着结构体系的变化、创新与发展，自然也会有新的构件顶替老的构件承载更多种形式的荷载。例如在建筑工程中常常使用到的钢管混凝土，它曾经虽然使用频繁却十分单一，多用于柱的结构形式，但现在随着技术人员的不断开发，可以与其他构件一起组成新的结构形式。如今有一种混凝土叫做预应力混凝土，它是由纤维复合材料力筋制作而成，在建筑过程中，面对跨径较大的建筑设计时，可以考虑采用这种构造的混凝土。这种混凝土能够承载更大的荷载，更安全、高效率的传递荷载。

2.4 能够开发更强大的抗侧立结构供使用

当前我们所发展起来的高层建筑，已经有了强大的抗侧力结构做支撑。曾经的抗侧力结构我们常用框架结构，对于不同的大型建筑体，我们技术人员常对其进行不断的优化与变形。但是近些年的建筑我们已经可以使用比框架的抗侧能力更强大的结构体近年来一些新兴的抗侧力体系如钢板剪力墙，组合剪力墙等，越来多的被应用在一些高层建筑中，这些结构体系有效的改善了钢框架结构侧向钢度低的缺陷，使它在应用的过程中克服了水平荷载作用下变形较大的问题。钢板剪力墙自身的重量很轻，又可以起到减轻地震的作用，它本身只承受水平力的作用，竖向力作用则是完全由周边的框架来承担的。钢板剪力墙不仅有很好的延展性，还可以靠钢材本身的塑性发展提供阻尼耗能的能力，同时还可以缓解对梁柱节点的延性要求。

2.5 新的建筑形式中悬吊结构与连体结构的更多应用

对于这两种结构，悬吊结构与连体结构，很早就存在了建筑结构中。但是因为两种结构实际应用起来较为复杂，技术手段较多且效果不好，所以一直未进行大规模的应用。但是在近年来，一些大规模的建筑体中开始将这两种结构进行实际性的工程运用，将这两种初始的结构利用起来，随着建筑结构的复杂而进行一定的改造优化，将原本的结构进行一种突破性的变形，逐步趋向复杂化。

2.6 建筑结构的设计工作取得实质性的进展

对于大型的高层建筑而言，建筑结构设计工作是一项庞大且环节居多的任务。像一张巨大的草稿纸，所有的设计理念，设计方向，对城市环境空间的索取，以及建筑的安全性，功能性的设计，都要铺张开来，才可以进行下一步的具体计划。对于建筑结构的设计工作在广度和深度上都相较以前更加周全；工作分配的合理性，工作进程中的细密与严谨，对于建筑结构进行的计算，在重力荷载、地震荷载、风荷载等其他荷载作用下结构设计的完善，设计的规范化，都取得了相当大的进展。