1、高层建筑结构的特点及在中国的发展【摘要】高层建筑，是指超过一定高度和层数的多层建筑。19世纪末期至20世纪初期开始了第一次高层建筑时期，芝加哥的一场大火是个悲剧也是次机遇，正是这场大火导致的城市重建使其成为高层建筑的发源地，从此开启了高层建筑领域的大门。在这里，简单的总结下高层建筑的发展历史以及结构特点，所使用的结构选型。着重提出在我国的发展现状以及对于前景的展望。【关键词】高层建筑 结构选型 发展历史 中国当代【正文】一、 高层建筑的发展史第一次高层建筑时期（1890-1900）18世纪末至19世纪末，欧美的工业革命图1兴起带来了生产力的繁荣与发展，城市化发展的迅速以及城市人口的高速增长。为
2、了节省空间的需要，建筑物开始向高空处发展，钢结构的发展也是促成高层建筑形成的契机。美国在1840年之后的所兴起的铸铁梁，熟铁架以及铸铁柱的笼子结构成为迈向高层建筑的第一步。之后从19世纪初开始又相继出现具有横向稳定能力的全框架金属结构，电梯系统，蒸汽供热，电气照明以及排水等系统，促使高层建筑进入新的发展阶段。 而1871年在芝加哥发生的大火【图2】既是一次不幸的意外(1) (2) (3) 事故，同样也成为快速发展高层建筑的契机。火灾后的芝加哥建筑防火更为谨慎严密，在重建过程中各种因素的作用下使得芝加哥在余后十几年里取得了高层建筑发展史上的辉煌成就，同时吸引了大批如詹尼（设计了第一栋高层建筑-家
3、庭保险公司大楼图3），布斯海姆（设计第一个采用大面积玻璃外墙的建筑信托大楼），沙利文这样的的优秀建筑工程师，形成了影响深远的“芝加哥学派”，这一时期的革命性建筑技术是放弃了传统石承重墙，采用框架与外墙分离。而第一座普遍认为的高层建筑是1985年建成的10层高家庭生命保险大厦，建筑史称它为“钢铁结构进化中决定性的一步”。19世纪末之后随着建筑不断升高必须探索新设计构图方法，芝加哥高层建筑风格经过三次演变：1、原始高层建筑风格，强调水平部分，顶部为府邸式。2、扩展府邸式风格或三段式构图，伸长中间部分。3、商业风格（芝加哥框架），不强调立面构图，而是明确地表现支撑结构和自然的表面。第二次高层建筑时期
4、（1900-1935） 在第一次以及第二次世界大战时期美国经济实力急剧膨胀，建筑投资进入繁荣时期，当1895年21层纽约美国担保大厦建成，高度的竞赛就由芝加哥转移至纽约。这一时期技术已不再是限制建筑高度发展的因素了，1931年102层的帝国大厦【图4】的落成标志着美国摩天楼黄金时代达到顶点。这一时期美国高层建筑所经历的发展阶段：1、1900-1920年的折中主义阶段2、1920-1940年的艺术装饰阶段，同时涌现了一批欧洲现代主义建筑创始人。1、密斯凡德罗的现代主义高层建筑，以建筑外表覆盖纯净透明的玻璃幕墙这 （4）一典型的理性主义观点为特点。 2、勒柯布西耶的摩天楼建筑，以混凝土的粗糙与沉重
5、为特点，被称为“粗野主义”除此之外还有国际式高层建筑与超高层建筑。第四次高层建筑时期（1980-现在）这段时期开始为现代主义高层建筑，设计越来越极端偏执，设计师们为了寻求解决的途径，后现代主义推翻了现代主义，设计了新哥特式、新 Are Deco等带传统意味的高层建筑。而目前高层建筑正处于新古典、新技派、生态观、解构主义等多元并存的时期。二、 高层建筑所采用的主要选型 高层建筑的选型在建筑的建造过程中是至关重要的，针对于不同的高层建筑的不同方面都有不同的要求，结构选型的方法也随之不同。1、 高层建筑结构型式分类(1)框架结构体系 采用梁柱组成的结构体系作为竖向承重结构，同时承 受水平荷载，适用于
6、多层或高度不大的高层建筑。(2)剪力墙结构体系 利用建筑物墙体作为竖向承重和抵抗侧力的结构体系，适用于要求小房间的住宅旅馆等。(3)框架-剪力墙结构 将框架和剪力墙结合在一起而形成的结构型式，是高层建筑中应用较为广泛的一种。(4)筒体结构 有框架和剪力墙结构发展而来，有若干纵横交接的框架或剪力墙所围成的筒状封闭骨架。2、 高层建筑结构选型主要要求（1） 根据建筑物所处的场地来确定建筑物的抗震要求，明确建筑物的抗震设防分类。（2） 由建筑高度和体型来合理选择结构体型，尽可能在建筑方案设计中提前介入（3） 采用的结构体型要求尽可能的经济合理。（4） 在实际设计过程中要考虑施工过程的简便可行。3、高
7、层建筑的结构选型【1】关于抗震的高层建筑 建于抗震区的建筑，结构选型基本以抗震设计控制为主，场地尽可能避开地质结构不稳定的区域，将地震力的传递途径考虑进来。对于抗震，主要遵守几个原则：（1） 合理明确地震力传递途径（2） 具备多道抗震防线，良好的变形能力和较多的耗能潜力。（3） 尽量保证建筑物刚度与强度按需要合理均匀分布。在实际设计中，对竖向构件水平构件的合理布置能够使结构体型更利于抗震，山墙刚度的加强等设施也可维持墙体的稳定性与均衡。【2】高层建筑的高度和体型 所有建筑物对空间都有一定要求，如商业、办公、酒店等建筑，适合框架剪力墙或框筒结构，利用交通核布置剪力墙或筒体，其余大空间采用框架体系
8、；住宅较适合剪力墙结构，利用房间之间隔墙来布置剪力墙；当住宅下部几层为商业用房可以结合经济性比较，商业价值高的采用部分框支剪力墙。另外高宽比这种体型特征也是选型重要部分。【3】高层建筑建筑材料与施工的影响 建筑材料的发展促进建筑结构型制的改革，在高层建筑中轻质高强建筑材料更是运用广泛，所以结构选型要注意对材料的合理选择。随着科技的发展，高层建筑对于体型的选择越来越多样化。深基坑支护、大体积混凝土浇筑、桩基施工以及深层降水等技术，组合模板、爬升模板、大模板以及滑升模板等都日渐成熟。 不同的结构型式相应的材料消耗、劳动力以及建造成本等都会受影响，如高层建筑采用钢或者钢混结构能够有效减小竖向构件截面
9、尺寸等。因此施工与材料深深地影响着结构型式的选择。【4】经济因素对于高层建筑选型的影响 合理的建筑选型在降低建筑成本方面，比如为使剪力墙长度变短使用短肢剪力墙导致抗震性能以及其他方面性能的下降，而只需稍微拉长墙体，使墙长和墙厚比值达到8就可降低墙体含钢量。再比如为避免出现住宅设计中大空间出现大量框架柱的情况，使结构型式变为框架剪力墙。而通过局部增加墙体设置，对于剪力墙抗震等级还可按剪力墙结构选取，从而达到经济节约目的。三、 我国高层建筑的现状及发展前景我国高层建筑的发展始于上世纪初，从上海和广州等城市的高层旅馆办公楼开始发展，上个世纪80年代开始快速发展，近二十年来我国内地成为世界高层建筑发展
10、中心之一。我国的高层建筑主要有这几个特点：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；涌现新型结构体系。【1】 建筑高度不断增加上世纪80年代到上世纪末，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，如208m高的北京京广中心【图5】，200m高的广东国际大厦，325m高的深圳地王大厦等。而之后的金茂大厦，上海环球金融中心更是迈向超高层建筑的高度，其意义不仅在于高度的突破，而是带动了整个建筑业的发展，由此可见，超高层建筑发展是大势所趋。【2】 结构体型日趋复杂随着国民经济发展高层建筑除了满足使用功 能要求，越来越重视建筑个性化体现，使立面平面极其特殊。而我国大
11、部分地区为抗震设防地区，沿海地区又是高层建筑的集中区。因此我国高层建筑结构设计面临更大的挑战。【3】 超高层建筑钢-混凝土混合结构为主国外超高层建筑以纯钢为主，而我国以钢混结构为主。如上海环球金融中心及金茂大厦均为钢混核心筒，北京国际贸易中心为筒中筒结构。钢混结构之所以得到大发展一方面兼具了混凝土与钢的优势，也节约了纯钢所需要的大量人力成本。四、结论 在这个地上空间日益狭窄拥挤的时代，最大限度的利用土地资源成为每个国家的建筑领域急欲解决的问题，高层建筑的发展已成为一大趋势，更是在向着进一步的超高层建筑迈进。在我国更是如此，伴随这一情况出现的既有机遇也有挑战。大量复杂高层建筑的出现给结构的设计带
12、来的挑战。事实上，我国的高层以及超高层建筑具有超高超大、功能复杂、造型新奇，许多建筑突破了我国现行技术标准与规范的要求，在将来的发展中，要着重于防震防风方面的结构考虑，加快材料以及施工技术的进步。目前我国高层建筑正处于发展阶段，正步入国际先进水平，有很大的可能发展及进步。参考文献：1梅洪元，付本臣中国高层建筑创作理论发展研究R高层建筑与智能建筑国际学术讨会，2002.2赵西安现代高层建筑结构设计M北京：科学出版社，2004.3于险峰高层建筑结构设计特点及其体系J建筑技术， 2009（24）.4 冯望 高层建筑结构选型的探讨J 中华建设，2008( 4) : 64 655 黄世敏，王亚勇，丁洁民，等 GB 500112010 建筑抗震设计规范S 北京: 中国建筑工业出版社，2010
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