高层建筑结构的发展与展望

高层建筑结构的发展与展望

本文主要就是针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。

标签： 高层建筑;建筑结构;发展

住宅是人们不断适应自然以及改造自然的产物，同样也是人们为了不断满足家庭生活的需要而构建的空间环境，同时伴随着人类社会的发展而在不断的演变之中。在改革开放的推动之下，我国的综合国力同时也在逐渐的提高，在这之中房地产业出现快速的发展，使得建筑业变成社会支柱产业之一。在当前的社会之中，因为经济蓬勃的发展，此外土地资源非常宝贵，因此高层建筑如同雨后春笋般快速增长，同时也在不断的壮大之中。这就要求在设计领域之中的队伍应该在不断的提升中发展。

1、我国高层建筑结构的设计标准

大量复杂结构高层建筑物的出现，给结构设计带来了很大的挑战。我国对高层建筑结构的设计研究主要表现在抗震、抗风等方面。在抗震方面，国内相关科研机构与院所进行了大量的工作，结合振动台试验及模型静力试验，并利用计算机分析软件进行计算，对转换层、加强层以及体型收进等结构进行了研究应用，通过一系列研究应用为我国建筑结构的发展提供了重要依据与保障。同时，针对混合结构使用广泛的特点，进行了整体模型结构拟静力试验，对加强混合结构的延伸力及抗震力进行了分析，对数百栋实际工程的模型振动台进行了试验。在抗风方面，主要是针对复杂体型及复杂风环境的试验，为进行高层建筑结构的设计提供了更为可靠的依据。尤其是在近几十年来，随着人们对居住环境的重视程度不断增加，对风工程研究工作显得由为重要。目前，我国商业化高层建筑的计算分

析程序主要有SATWE，PMSAP等，这些程序及模型的出现都为我国高层建筑的发展奠定了基础。

2、我国高层建筑结构发展的特点

2.1钢结构混凝土建筑逐渐增多

在国外的高层建筑物建设中主要以纯钢结构为主，在我国主要以钢结构混凝土建筑为主。据不完全统计资料显示，我国已经建成的150m以上的高层建筑物中，混合、组合结构约占到22.3%，300m以上的混合、组合结构约占70%左右。这种采用钢结构混凝土结构的建筑既具有一定的技术优势又具有相对的成本优势，这种成本较国外的纯钢结构相比，成本造价比较低，同时混合结构也符合我国国情建设，混合结构的使用率明显增多，预计未来一段时间内还会更多。

2.2建筑结构复杂程度不断增加

各类高层建筑在发展过程中不仅高度不断增加，而且面对新时期客户需求程度也在不断的增加，这就要求高层建筑的建筑功能在建筑艺术以及建筑造型等方面要能够不断的创新，只有这样，才能够更好的适应社会发展需求。随着我国国民经济发展的迅速加快，高层建筑物的个性化体现程度也在不断增加，如楼板与外框结构仅通过若干点连接等，这些设计复杂的建筑物在理论上都超出了现行的设计标准，在以往的建设经验中都是没有的。特别是对于抗震的要求，需要在建筑物建设过程中特别考虑。在台风频繁的地区，还要充分考虑台风的因素，只有这样，才能够更好的应对新时期的发展需要。

2.3建筑高度不断增加

我国建筑在以往的一段时间里，层数都是不高的。只是到了近代才陆续出现，比如说1931年上海出现的24层国际饭店。十一届三中全会以后，随着我国社会经济发展的不断加快，各类高层建筑不断出现，如上海环球国际金融中心（631m），已经成为我国社会经济发展的重要标志。据不完全统计，截止2008年底，我国超过150m以上的高层建筑物已经超过了200栋，这些建筑物为社会经济发展发挥了重要作用。在未来的一段时间内，这些高层建筑物的数量还会增加，高度也将会被再一次刷新。同时，还有超高层建筑物的数量也在不断的增多，超高层建筑高度的不断刷新，必将会带动我国建筑技术及材料装备的进一步发展，发展超高层建筑将是我国经济发展的必然趋势。

3、高层建筑结构发展趋势以及展望

3.1结构耗能减震化

建筑结构的减震主要可以分为被动耗能减震以及主动耗能减震。在高层建筑中主动减震是由计算机来控制的，由各种驱动器驱动的调谐质量阻尼器对结构进行主动控制和混合控制的各种作用过程。然而，被动耗能减震有带竖缝耗能剪力墙、安装各种被动耗能阻尼器、耗能支撑以及被動调谐质量阻尼器等等。其实是通过安装在结构上的各种传感器以及驱动装置，并且与计算机连接起来，计算机系统对结构与震动反应来进行实时的分析，从而向驱动装置来发出信号，使得驱动装置对其结构不断的施加各种与结构反应相反的作用，来最终达到在风或者是地震的作用之下降低结构反应的目的。现今，在日本、美国等的国家各种耗能减震控制装置已经在高层建筑结构中得以充分的应用。在我国的部分高层建筑工程之中应用了该项技术。随着人类进入信息的时代，各类办公电子设备、通讯设备以及计算机，不受到震动干扰而安全平稳地运行，具有非常重要的现实意义。

3.2组合结构化

采用组合结构，就可以建造出比钢筋混凝土结构更高的建筑。在频繁发生地震的日本，组合结构的高层建筑发展极为迅猛，其数量已经超过了混凝土结构的高层建筑。目前应用比较广泛的有，外包混凝土的钢管混凝土双重组合柱、钢管混凝土组合柱以及外包混凝土组合柱等的多种组合结构。尤其是因为钢管之内混凝土处于三轴受压的状态，可以提高构件的竖向承载能力，从而也就可以节约大量的钢材。在香港的中国银行大厦中就是采用的是巨型组合桩，从而获得成功并且还取得了很大的经济效益，在上海金茂大厦结构中也成功地应用了巨型组合结构。随着结构构造施工和施工技术上的改进创新以及混凝土强度的提高，由此可见，组合结构在高层建筑中应用将进一步扩大。巨型框架结构柱体体系以其自身的刚度大，在其内部便于设置大空间等众多优点，也将得到更广泛的应用。多束筒结构体系在实际工程中的应用，已经充分的表明该结构体系在适应减小剪力滞后效应、丰富建筑造型、建筑场地以及满足多种功能等众多方面的优点，在超高层建筑结构实际工程中，多束筒结构体系也将会不断地应用之中。3.3材料高强度化

随着建筑高度的不断增加，随之结构面积占建筑使用面积的比例也是越来越大，为了有效地改善这一不合理的状况，采用高强度混凝土和高强度钢更是势在必行。随着高强混凝土材料的不断发展与研制，混凝土的韧性性能和强度等级也逐渐的得到改善。C100和C80强度等级的混凝土已经逐渐的在超高层建筑中得到极为广泛的使用。可以有效地减少结构的尺寸与构件，减少构件的自重，这样一来，势必就会对高层建筑的发展产生十分严重的影响。具有良好可焊性且高强度的厚钢板将成为以后高层建筑结构的主要用钢，然而在钢结构的抗火设计方面，耐火钢材FR钢的出现无疑很好的改善了这一问题。

3.4结构支撑化

用于高层建筑的高效抗侧力构件就是框筒，然而，它自身所固有的剪力滞后效应，极大的削弱了它的水平承载力以及抗剪刚度。尤其是当建筑功能需要而加大柱距或者是高层

建筑平面尺寸较大的时候，其剪力滞后效应就会更加的严重，最终导致翼缘框架抵抗倾覆力矩的作用就会大大的降低。为了使筒状结构可以充分的发挥出其自身的潜能，还可以有效的用于更高层的建筑之中，在框筒中增设斜向或者是支撑布置的抗剪力墙板，已经成为一种框筒的有力措施。

假如我们把在抵抗倾覆力矩中承担拉力或者是压力的构件，由之前的沿高层建筑周边分散布置，已经改为向房屋四角集中，在转角之处形成一个巨大柱，并且利用交叉的斜杆来连成一个立体支撑体系，是高层建筑结构中的又一发展趋势。

3.5建筑轻量化

随之建筑物的不断增高，其自身的自重也就会越大，从而引起的水平地震作用相应的也就会越大，对地基构成以及竖向构件所造成的压力也就会越大，进而带来一系列的不利影响。所以说，目前在高层建筑之中，已经开始推广应用轻质外墙板、轻质隔墙，以及采用火山渣以及陶粒等等为骨料的轻质混凝土材料，来有效地减轻建筑物自重。

3.6构件立体化

在高层建筑的水平载荷作用之下，主要依靠的是竖向构件所提供的抗推强度以及刚度来维持稳定。在各类豎向构件之中，其竖向线形的抗推刚度很小;竖向平面构件虽然在其平面内具有很大的抗推强度，然而其平面外的刚度依然小到可略去不计。由4片墙围成的墙筒或由4片密柱深梁框架围成的框筒，尽管其基本元件依旧是线性构件或平面构件，但它已经转变成具有不同力学特性的立体构件，在任何方向水平力的作用下，均有宽大的翼缘参与抗压和抗拉，其抗力偶的力臂，即横截面受压区中心到受拉区中心的距离很大，能够抗御很大的倾覆力矩，从而适用于层数很多的高层建筑。

3.7形体多样化

为了充分的体现出个性、追求新颖，使得高层建筑的立面、平面体型都极具各自的特性，结构的不规则度以及复杂度为国内外还一直都没有出现，为其结构设计带来非常大的挑战。立面出现各种类型转换、大底盘多塔楼、立开大洞、外挑、内敛以及连体建筑等复杂体型的建筑。而平面的形状有，菱形弧形、八角形、矩形、扇形、方形、L形、Y形以及圆形等等。

总之，中国建筑业正面临更大的发展机遇，人口及城市发展与用地之间的矛盾使高层建筑的发展成为必然。高层建筑结构所需承担的载荷和倾覆力矩将越来越大。在确保高层建筑物具有足够可靠度的前提下，为了进一步节约材料和降低造价，高层建筑结构构件将不断的更新，设计理念也将不断发展。

参考文献：

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