超高層建筑結構現狀研究及其阻礙因素解讀

張新行+朱晨菲+婁威威+蒲虹利

【摘要】隨著我國經濟的蓬勃發展，超高層建筑的數量日益增加，結合我國超高層建筑的發展現狀，從三個常用結構體系：筒體結構體系、巨型結構體系、混合結構體系，詳細介紹了超高層建筑結構的常見類型，為超高層建筑結構的選擇提供參考依據。從我國目前超高層存在的主要問題——防火和節能出發，提出合理化建議，促進我國超高層建筑又快又好發展。

【關鍵詞】超高層；結構體系；防火；節能

引言

近年來，我國超高層建筑如雨后春筍般一座座拔地而起，原有的結構體系已經不能滿足超高層結構的要求，在超高層建筑蓬勃發展的同時，結構的分析和設計面臨新的挑戰。隨之對應的筒體結構體系、巨型結構體系和混合結構體系被廣泛推廣和應用，但是目前阻礙超高層建筑發展的主要民生問題是防火和節能，如果解決防火和節能問題，我國的超高層建筑才能快速發展。

1.超高建筑的發展現狀

我國的超高層建筑主要分布在長三角、珠三角地區以及北上廣深等經濟發達地區，并且逐漸向全國其他區域擴展，根據相關文獻的數據統計結果顯示，2013年-2018時期我國計劃完成250m以上的超高層建合計164幢。

2.超高層建筑結構類型

2.1 筒體結構體系

筒體結構體系是由若干縱橫交接的剪力墻集中到房屋內部或者外部形成封閉式的筒體，目的是用來承擔來自房屋的豎向以及水平荷載的結構體系，筒體結構體系包括：框架—筒體結構、筒中筒結構以及束筒結構。

（1）框架—筒體結構：豎向荷載由框架和筒體共同承受，水平荷載由筒體承受，一般適用于大50層的超高層建筑的結構中，其結構形式又分為框架—空腹筒體結構和框架—實腹筒體結構。

（2）筒中筒結構：由中間剪力墻內筒和周邊外框筒組成。在水平力作用情況下，內外筒協同工作，內筒可布置電梯間、樓梯間等一些服務設施，外筒則可安裝玻璃幕墻。

（3）束筒結構：束筒結構也稱為組合筒結構，由字面意思可知該結構類型是將若干個筒組合成一個整體，共同承受豎向和水平荷載。

2.2 巨型結構體系

巨型結構體系由主結構與次結構共同工作的一種結構體系，其主結構主要為抵抗側力體系，次結構承受豎向荷載并將豎向荷載傳給主結構。

（1）巨型框架結構該結構由一級結構與每隔若干層設置一道巨型梁，一起組成剛度較大的巨型框架承受荷載。巨型框架與其他常規結構體系可以任意組合，得到許多性能優的巨型結構體系。

（2）巨型桁架結構該結構是由豎桿和斜桿共同組成的懸臂桁架，目的是共同承擔水平和豎向荷載。巨型桁架結構也可與其他常規結構體系組合，產成許多性能優的巨型結構體系。

2.3 混合結構體系

鋼—混凝土混合結構體系結合了兩種材料的優點，既鋼材自重輕、延性好、抗震性能較強優點以及混凝土造價長處，因此目前被廣泛應用于超高層建筑中?；旌辖Y構體系還有型鋼混凝土外筒+鋼筋混凝土內筒以及型鋼混凝土框架+鋼筋混凝土內筒等混合結構體系。

3.我國超高層建筑存在的問題

我國在超高層建筑發展上存在許多問題，在這里主要討論民生的兩大問題—防火和節能。防火問題歷來是我國建筑行業的重點的問題，可見防火的重要性以及必要性。在我國每年建筑行業的能源消耗量是非常驚人。隨著超高層建筑行業的蓬勃發展，防火和節能問題再一次引起了廣泛的關注。

3.1 建筑防火安全設置不規范

雖然我國的大多數建筑物結構是混凝土結構，在發生大火的情況下，整體結構形式不易發生變形。現代化的超高層建筑防火顯得非常重要，防火通道的建設上很不完善，比如在很多超高層建筑中，滅火工具方面不僅稀少，而且大多已經老化；在緊急的逃生樓梯通道上，因為樓層過高從而樓梯逃生速度緩慢。

3.2 節能環保意識不強

我國每年消耗在建筑行業的材料、能源數目是無法估計。建筑物越高，能源的消耗量就越大，如何在保證質量安全的前提下，最大化的減少能源消耗。而我國超高層建筑在節能建設上存在的許多問題是：對于超高層的建筑材料必須使用性能更好的材料，然而在建筑施工時，大多使用的是一般的傳統建筑材料，最大的問題就是保溫，防水等方面不過關。其次超高層建筑中存在大量的照明、電梯等一大批耗能設備，因此如何減少設施耗能也是一個關鍵的問題。

4.建設安全科學的超高層建筑的建議

4.1 嚴格規范超高層建筑的防火要求

保護生命和財產安全是社會民生的重大問題，因此必須嚴格要求防火安全。除在超高層建筑物內放置大量的滅火設施以外；對于超高層建筑來說，如何在發生火災后，迅速逃生才是最重要的；如果在超高層建筑中逃生完全憑借樓梯，是一個非常不現實的問題，所以必須投入人力物力設計出一款在火災中也可以乘坐電梯逃生設備，是阻礙超高層建筑發展的重要因素。

4.2 重視節能理念推進超高層建筑的建設

首先積極開發新型的節能材料來完成施工建設的質量。其次在北方地區適當增加建筑物墻體的厚度，減少熱能的流失。最后相關設計人員必須高度重視超高層建筑物的節能設計的研究，因為節能是未來超高層建筑的一個發展趨勢。

4.3 建設更加舒適安全的超高層建筑

民用建筑物建設的最重要的目的是為了給居民提供一個安全舒適的場所。我們不僅應該重視建筑物的美觀，更應該關注的是建筑物自身的使用性能。隨著時代的快速發展，人們更加傾向于建筑物的安全和舒適的功能。

5.結語

隨著超高層建筑的幾何形式的多樣化以及高度不斷增高，在結構的安全和使用功能方面提出了更高的要求，因此研究發展更加合理的結構體系將成為超高層建筑發展的關鍵；盡管我國的超高層建筑在發展中存在很多問題，但是這并不影響我們去設計出宏偉的藍圖，因為我相信，在不久的將來，我們一定會實現設計出安全舒適的居住夢想。

參考文獻

[1]李卉 超高層建筑結構體系的類型分析[J].山西建筑，2016

[2]丁潔民我國高度250m以上超高層建筑結構現狀 [J]. 建筑結構學報，2014

[3]張書茂 超高層住宅建筑設計的未來發展趨勢[J].門窗，2013