摘要：隨著社會(huì)的快速發(fā)展，高層建筑已經(jīng)成為一種主要趨勢，在現(xiàn)代城市建設(shè)中發(fā)揮著非常重要的作用。各國對高層建筑的計(jì)算有著不同的規(guī)定，針對高層建筑，本文簡要介紹了我國高層建筑的結(jié)構(gòu)以及我國高層建筑產(chǎn)生和發(fā)展的歷史，闡述了我國高層建筑發(fā)展的特點(diǎn)，指出了中國高層建筑的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：高層建筑；發(fā)展；結(jié)構(gòu)；展望

1我國高層建筑及其結(jié)構(gòu)

1.1高層建筑概述

房屋的高度是指建筑物室外地面到屋面或屋面板的高度，不包括電梯房、水箱、框架等高度。在我國，高層建筑的邊界規(guī)則并不完全統(tǒng)一。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》，高層建筑是指10層以上、28m以上的鋼筋混凝土民用建筑。根據(jù)《高層民用建筑設(shè)計(jì)》（GB50045-1995），高層建筑是指10層以上的住宅建筑（包括一樓有商業(yè)服務(wù)點(diǎn)的住宅）和24m以上的公共建筑。根據(jù)使用的結(jié)構(gòu)材料，高層建筑可分為三種類型：鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)和鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高、重量輕、抗震性能好、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)。但由于國內(nèi)鋼材供應(yīng)量大、造價(jià)高、施工精度高、防火性能差、舒適性差等原因，鋼結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用受到限制。混凝土結(jié)構(gòu)具有可塑性強(qiáng)、鋼材消耗量小、材料使用方便、施工簡單、造價(jià)低、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。隨著各種高效抗震墻組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，混凝土和鋼筋的強(qiáng)度等級不斷提高，促進(jìn)了混凝土結(jié)構(gòu)在超高層建筑施工中的快速響應(yīng)�；炷两Y(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是自重、延性差、施工速度慢、構(gòu)件占地面積大、占地面積大。鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)是指由鋼-混凝土組合構(gòu)件和鋼筋混凝土構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)類型。由于鋼-混凝土組合構(gòu)件形式多樣，可形成混合結(jié)構(gòu)體系。該結(jié)構(gòu)能有效發(fā)揮鋼構(gòu)件的作用。鋼-混凝土組合構(gòu)件和鋼筋混凝土構(gòu)件是它們各自的特點(diǎn)。與鋼結(jié)構(gòu)相比，混合結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)整體側(cè)剛度明顯提高，鋼用量減少，成本低，耐火性能好。與混凝土結(jié)構(gòu)相比，混合結(jié)構(gòu)具有占地面積小、占地面積小、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)�；旌辖Y(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的協(xié)同性能。規(guī)范的控制指標(biāo)需要進(jìn)一步補(bǔ)充和完善。不同結(jié)構(gòu)體系的結(jié)構(gòu)占用面積如表1所示。

1.2高層建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及體系

建筑結(jié)構(gòu)必須承受水平和垂直載荷。低層建筑結(jié)構(gòu)通常要抵抗豎向荷載，水平荷載（如風(fēng)荷載）或效應(yīng)（如地震效應(yīng)）對低層建筑的影響較小。由于低層建筑產(chǎn)生的內(nèi)力和位移相對較小，一般可以忽略不計(jì)。因此，豎向荷載往往是低層建筑結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)的控制因素，材料消耗、成本和結(jié)構(gòu)方案的確定主要由豎向荷載控制。但在高層建筑結(jié)構(gòu)中，水平荷載對結(jié)構(gòu)的影響較大，橫向位移已成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要控制目標(biāo)之一。建筑高度導(dǎo)致完全不同的應(yīng)力條件，水平荷載和垂直荷載共同作用，兩者都是設(shè)計(jì)中需要考慮因素。高層建筑構(gòu)件也會(huì)受到多種變形的影響。在一般情況下，通常只考慮構(gòu)件彎曲變形的影響，由于構(gòu)件軸向和剪切變形的影響比較小，可以忽略不計(jì)。在高層建筑中，變形的原因是地基不均勻沉降，主要表現(xiàn)在墻體開裂。由于結(jié)構(gòu)特性的限制，橫向阻力系統(tǒng)的選擇和組成是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首要考慮和決策重點(diǎn)。高層建筑的選型在結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)中起著極其重要的作用，結(jié)構(gòu)選擇主要包括以下內(nèi)容：合適的基礎(chǔ)以及豎向和水平承重結(jié)構(gòu)。影響高層建筑結(jié)構(gòu)選擇的主要因素是環(huán)境、功能要求、結(jié)構(gòu)材料、施工水平和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的發(fā)展。建筑位置的環(huán)境條件是選擇基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、豎向和水平承重結(jié)構(gòu)的基本依據(jù)。地震設(shè)防烈度的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)難以確定的原因是地質(zhì)條件的復(fù)雜性、地震運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)性和結(jié)構(gòu)損傷規(guī)律的不確定性，這樣結(jié)構(gòu)選型也就不容易。為了解決上述問題，提出三個(gè)設(shè)防水準(zhǔn)和兩階段設(shè)計(jì)，并考慮到建筑的重要性。

2我國高層建筑的產(chǎn)生與發(fā)展歷程

自古以來，人類就有越來越高的愿望和需求。從心理需求的角度來看，人工創(chuàng)造可以表達(dá)一種崇拜感，人們需要人工創(chuàng)造的物體來表達(dá)他們對人類的崇敬，超越普通的水平，比如對神和強(qiáng)大的統(tǒng)治者的崇敬。高人工創(chuàng)造可以象征權(quán)力，表現(xiàn)為金錢、權(quán)力和地位。從物質(zhì)需要的角度來看，高度就是高度。從高處看，視野可以非常開闊和遙遠(yuǎn)，讓人感覺神清氣爽。從東漢到清末，中國建造了數(shù)以萬計(jì)的木結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、石結(jié)構(gòu)和木石結(jié)構(gòu)的混合塔，現(xiàn)存約25000座。毫不夸張地說，中華民族有著建造高樓大廈的悠久歷史。新中國成立后，我國高層建筑的發(fā)展主要分為三個(gè)階段。第一階段：從新中國成立到60年代末，這個(gè)階段的建筑主要在20層以下，建筑結(jié)構(gòu)主要以框架的形式。第二階段：70~80年代，北京飯店于1974年在北京建成，20層，874m，1976年在廣州建成33層的白云飯店。20世紀(jì)80年代，中國高層建筑開始蓬勃發(fā)展。從1980~1983年的三年中，所有的高層建筑都在1949年之后竣工。第三階段：從20世紀(jì)90年代初開始，中國的高層建筑進(jìn)入了發(fā)展的跳躍階段。

3我國高層建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展的特點(diǎn)

我國高層建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展可以概括為：結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，層高越來越高，以混合結(jié)構(gòu)為主，出現(xiàn)了一些新的結(jié)構(gòu)體系。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高層建筑不僅要滿足建筑物的功能要求，而且要越來越重視建筑物的個(gè)性化，這使得高層建筑的平面和高程具有特殊性。特別是近年來，出現(xiàn)了各種新的復(fù)雜形狀和復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系。許多復(fù)雜形狀的高層建筑超過了現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。借鑒以往的工程經(jīng)驗(yàn)和震害資料，需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究。尤其是許多工程采用了國外的設(shè)計(jì)師的作品，但一些來自非地震地區(qū)的外國建筑師缺乏抗震設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，一些建筑方案尤其不規(guī)范。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2008年底，我國有150多米的高層建筑有200多棟，其中300多米主要分布在東南部沿海地區(qū)，許多高層建筑已經(jīng)在北方建成或正在設(shè)計(jì)。主要是鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)。在中國，最常用的是鋼與混凝土的混合結(jié)構(gòu)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在我國150多座高層建筑中，混合結(jié)構(gòu)和組合結(jié)構(gòu)占1/5左右。200m以上高層建筑中混合結(jié)構(gòu)占2/5左右，300m以上高層建筑中混合結(jié)構(gòu)占3/5左右。例如，上海環(huán)球金融中心和金茂大廈都是以鋼筋混凝土柱和鋼柱為外框的鋼筋混凝土核心管，再如北京國際貿(mào)易中心三期工程為鋼筋混凝土框架管外中管結(jié)構(gòu)，內(nèi)管高330m，由鋼筋混凝土巨型柱和斜撐鋼梁組成，是中國高層建筑的最高層。鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)由于能夠?qū)摵突炷两M合構(gòu)件有效地結(jié)合在一起，具有鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)優(yōu)勢和混凝土造價(jià)相對較低的優(yōu)點(diǎn)，得到了很大的發(fā)展。另一方面，我國現(xiàn)場施工的人工成本低于國外，采用混合結(jié)構(gòu)比采用純鋼結(jié)構(gòu)具有更多的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。因此，鋼混結(jié)構(gòu)是符合中國國情的超高層建筑體系。隨著超高層建筑的發(fā)展，近來出現(xiàn)了一些新建筑。北京國際貿(mào)易三期330m高主樓采用鋼-混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)層采用鋼板混凝土巨型組合柱和鋼-混凝土支撐結(jié)構(gòu)體系。正在施工中的337m高的天津金塔主要由鋼管混凝土柱框架、核心鋼板剪力墻體系和懸臂剛臂側(cè)阻力體系組成。它具有較高的側(cè)向剛度和延性，是世界上最高的鋼板剪力墻高層建筑。廣州西塔采用外跨網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系，具有較強(qiáng)的側(cè)向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度，能夠抵抗風(fēng)荷載和地震。巨型結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于超高層結(jié)構(gòu)中。它們由必要的外部立面和對角線支撐，并由桁架和巨型柱的外部框架形成。

4我國高層建筑的展望

4.1減震和隔震技術(shù)

結(jié)構(gòu)消能減震技術(shù)是達(dá)到減震控制目的重要手段。在過去的兩年中，它已經(jīng)在中國的新建設(shè)項(xiàng)目中得到應(yīng)用。然而，我國的研究工作與世界先進(jìn)水平還有很大差距。隔震技術(shù)已在高層建筑中得到應(yīng)用，但仍存在隔震支座張力等技術(shù)問題，需要進(jìn)一步研究。主要研究內(nèi)容包括：調(diào)整隔震設(shè)計(jì)的適用范圍、橡膠隔震墊以外滑動(dòng)平移旋轉(zhuǎn)軸承的應(yīng)用設(shè)計(jì)方法和措施、消能減振的細(xì)化和改進(jìn)。設(shè)計(jì)方法、各種速度和位移阻尼器的適用范圍、基本設(shè)計(jì)原則和控制指標(biāo)。在結(jié)構(gòu)控制方面，除了必要的理論研究外，還應(yīng)加強(qiáng)產(chǎn)品研發(fā)，提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量。我國迫切需要一種高性能、高質(zhì)量的新型結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制裝置。

4.2抗風(fēng)技術(shù)研究

隨著高層建筑高度的增加，結(jié)構(gòu)對風(fēng)荷載的敏感性越來越高。在許多領(lǐng)域，風(fēng)阻研究和設(shè)計(jì)已經(jīng)成為控制結(jié)構(gòu)安全性和性能的關(guān)鍵因素。高層建筑水平風(fēng)響應(yīng)、等效靜風(fēng)荷載、干擾效應(yīng)、行人風(fēng)環(huán)境、居民舒適度等方面的研究有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

4.3綠色建筑

我國綠色建筑的范圍應(yīng)包括節(jié)能建筑、環(huán)保建筑和生態(tài)建筑。節(jié)能建筑通過提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能，利用自然能源，將建筑能耗降低到規(guī)定水平。環(huán)保建筑首先要具備自然采光墻和保溫的功能，選用環(huán)保材料和環(huán)保涂料。生態(tài)建筑應(yīng)充分利用環(huán)境。其特點(diǎn)及相關(guān)自然因素（如陽光、空氣、水等）使其適合人類居住，減少各種不利因素，保證當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的健康運(yùn)行。

5結(jié)論

在現(xiàn)代社會(huì)，高樓大廈正在蓬勃發(fā)展，高層建筑的發(fā)展引起了專家們的關(guān)注并對規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和使用都有很大的影響。今后的建設(shè)將加強(qiáng)高層建筑隔震減振控制技術(shù)，強(qiáng)化抗風(fēng)技術(shù)，發(fā)展綠色建筑。

參考文獻(xiàn)

[1]梁成.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析[J].建材技術(shù)與應(yīng)用，2014（10）：22~23．

[2]王麟.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012（02）：14~15．

[3]傅學(xué)怡.實(shí)用高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（第二版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[4]徐培福，傅學(xué)怡，王翠坤，等.復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[5]劉建文.高層建筑結(jié)構(gòu)選型與布置剪力墻合理數(shù)量研究[D].長沙：湖南大學(xué)，2006.

[6]呂大剛，邢方亮，張世海，王光遠(yuǎn).基于神經(jīng)模式識別的建筑結(jié)構(gòu)選型方案研究[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，12（35）：1418~1421.

[7]《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3－2002）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[8]陸偉良，丁玉林，楊軍志.對我國現(xiàn)階段以“綠色智能建筑”為綜合發(fā)展方向的探討[J].城市建筑，2007（4）：24~26.