高层建筑结构发展现状

2019-02-17王朝阳

四川水泥 2019年2期

王朝阳

（莒县建设科技推广培训中心，山东日照 276500）

0 引言

高层建筑发展至今已经经历了一百多年，随着发展的深入，人们对建筑高度的要求越来越高，建筑物的高度已然成为一个国家或城市的标志，例如上海的环球金融中心，高度达到492米。随着社会的进一步发展，建筑物的高度越来越高，也反映出人们勇于拼搏，敢于创新，艰苦奋斗的伟大精神。

1 发展现状

21世纪以来,随着建筑技术的发展,越来越多的新型建筑材料被应用到高层建筑中, 全球范围内的高层建筑日益增多，为以后高层建筑的发展起到了重要的推动作用，超高层建筑的建筑高度也越来越高。远大集团的"天空之城"计划,更是将建造高度定到了1000米。容积率超过10的情况也越来越常见[1]。目前世界范围内正在设计的超高层建筑大部分位于亚洲，其中超过200米的建筑多达300多栋，超过400米的更是有数十栋[2]。

1.1 建筑高度的不断增加

到目前为止，我国超过150米的高层建筑已经超过了200栋，许多新建的超高层建筑的高度更是超过了600米。近几年来，我国超高层建筑的数量显著增加，建筑高度也正不断的突破极限，由此可见，这并不仅仅是对建筑高度的突破，更是带动了建筑行业的发展，代表我国的建筑业发展水平已经取得了很大进步，更是表明我国的经济水平正在飞速发展。

1.2 结构体型日趋复杂

随着社会的进步，人们越来越看重建筑的外观，这对建筑师的要求也越来越高，为了实现建筑的美观，建筑师需要不断创新，为此建筑师设计了许多体型复杂，功能多变的高层建筑，造成我国高层建筑越来越复杂，其困难程度绝不亚于其他各国。尤其近几年，为了更好的体现地标性建筑的独特性，高层建筑的平立面越来越特殊，出现了大量的复杂的结构体系，比如楼板开大洞形成的长短柱结构，悬挑及悬挂结构等，这些结构体系往往都超出了现行规范的要求，这就说明不能借鉴以往的工程资料，需要设计者进行更深入的探讨，多方合作。如果单纯的借鉴国外的成功案例，在我国往往会发生严重的工程事故，例如一些国外地区并不需要考虑抗震设防，因此设计的建筑方案极其不规则，而我国在2008年发生的"5.12"汶川地震中，那些特别不规则的建筑遭到了严重的破坏。由于我国的绝大部分地区均为抗震设防区，并且沿海地区又经常会受到台风的影响，因此建筑师在设计我国的高层建筑时，需要结合我国实际的工程条件，将地震及风荷载充分考虑在内，同时由于建筑的体形越来越复杂，受力分析更加困难，在高层建筑的设计过程中，仍有许多问题需要解决。

1.3 一批新型结构体系涌现

随着超高层建筑的发展,新型结构体系日益增多。例如，北京的国贸中心，高度最高的主塔楼部分高达 330米，采用框架及核心筒结构体系，框架部分主要采用钢-混凝土组合结构，并且核心筒的内筒部分的柱子采用的是型钢以及钢板混凝土的巨型组合柱，支撑部分采用型钢混凝土作为支撑；再如天津环球金融中心，高度最高的津塔部分高达 337米，其结构体系复杂，由三种结构体系组成，包括钢管混凝土框架结构体系，核心钢板剪力墙体系以及外伸臂桁架抗侧力体系，这三种结构体系合而为一，不仅抗侧刚度高、延性好，同时具有较好的变形能力,抗震性能较好。天津津塔为目前天津最高的建筑,其采用的结构体系也是世界上高度最高的钢板剪力墙结构[3]。

2 存在的问题

2.1 建造和运行过程中消耗大量的能源

高层建筑作为地标性建筑虽然节约了用地，但是其耗能也明显高于一般的大型公用建筑。根据统计结果，超高层建筑的单位面积的能耗比一般的大型公用建筑要高出1～3倍，更是普通公用建筑的4～10倍[4]。

2.2 在实际工程中出现了很多规则性很差,体型复杂不利于抗震的高层建筑

首先，造成结构平面不规则，为了满足建筑效果，建筑平面往往存在较大的凹入口，并且随着高度的增加，造成楼板平面狭长，并且楼板开洞面积经常超过楼面面积的 30%，这样会造成楼板削弱较大，楼板水平地震力的传递也会因此产生影响，不利于结构的安全。其次，造成结构竖向不规则，竖向范围内容易形成较大范围的错层，剪力墙也会因此产生错层，这样就会造成结构的竖向刚度不规则，不利于结构的抗震。因此，为了尽量避免这种情况，应尽量采用规则的结构，同时采取必要的措施来加强建筑物的抗震能力。

3 高层建筑物的发展趋势

3.1 高强度新材料的开发运用

对于高层建筑来说，为了解决实际使用面积与建筑面积的比例差距悬殊的问题，新型的建筑材料得到发展。例如高强度混凝土材料，这种新型材料的强度和韧性都较高，具有减小建筑结构构件尺寸及建筑物自重的优点，使建筑物真正的达到轻质高强，随着高强度混凝土材料的开发和使用，将会度对以后超高层建筑的发展产生巨大作用；其次，高强度的厚钢板也是一种极佳的建筑材料，它具有可焊性高，造价低等优点，目前这种材料在国内外已经陆陆续续的开始应用，随着厚钢板的使用，对防火材料的使用将极大的降低，因为厚钢板虽然保护层面的厚度不大，但却具有抗火的功能。另外复合材料也是一种新型建筑材料，以后将逐渐用于超高层建筑的开发过程中。

3.2 施工技术的迅速发展

高层建筑对地震与风的作用极其敏感，由于长细比较大，在水平荷载的作用下，会对结构产生不利的影响，因此度对建筑的抗风和抗震要求也越来越高，对施工的要求也越来越高。为了满足超高层建筑的施工要求，施工方法必须标准，有理可依，必须朝着标准化的方向发展。

3.3 建筑高度出现新的突破

在做到以上两点之后，超高层建筑将不仅仅局限于现在的建筑高度，在高度上会有进一步的突破。到目前为止，高层建筑在质量方面和高度方面已经有了很大的进步，相信随着时代的进一步发展，超高层建筑将会得到进一步的发展。

3.4 高层建筑生态化

美国建筑师鲍罗索勒里在上世纪七十年代提出了建筑生态学的概念[5]。所谓"建筑生态学"，顾名思义,就是建筑学和生态学的结合，从人与自然这一出发点出发，结合生态学原理，在建筑设计领域努力寻求解决在建筑物建造及使用过程中的环境问题，尽量减少对环境的破坏，改善自然环境及居住环境，真正做到人与自然和谐发展。因此，建筑生态学的产生具有其历史必然性。纽约帝国大厦通过实施窗扇翻修、散热器改造、照明系统及控制更新、空调更换、制冷系统变频驱动、控制系统优化升级、通风系统二氧化碳控制、租户能源管理系统引入等技术改造后实现节能38%以上[6]，获得LEED-EB金级认证。