國內高層建筑結構設計的若干新進展

文/ 陳金晶 杭州九米建筑設計有限公司 浙江杭州 310000

1、對高層建筑的理論介紹與新型工程實例

1.1 高層建筑

高層建筑是指超過一定高度的建筑。各國在對于高層建筑的最低高度的定義互不統一，當然這與各國城市化的進程與土地利用率有極大的關系。但無論怎樣變化，高層建筑與城市的關系都是密不可分的。有專家曾這樣總結過：“高層建筑是城市的衍生物，但不是附屬品，兩者在城市化進程中逐步呈現出一種共生關系。”由此可以知道，高層建筑對城市的環境，交通，乃至精神文化都起到一定的代表性與推動性。

1.2 高層建筑的結構設計及具體分析

結構設計是高層建筑建造必須的一種功能性技術。它對高層建筑結構進行一種規劃性的設計。設計人員對高層建筑結構的安全性，嚴謹性，經濟性，應用性，表現性等不斷地進行發展優化，不斷地創造高水準的高層建筑結構，對人們的居住需求，環境的適應性以及城市的建設需求和美觀需求進行更多方面的考慮。理論聯系實際，強調結合我國的設計規范與工程實際，對結構方案，計算簡圖，分析方法，截面設計等技能要進行熟練運用，我國要培養高層建筑結構設計的應用性人才，就必須要求設計人員對建筑結構具有極強的嚴謹度與創新度。重視理論與實踐相結合，重視合作，為我國建筑結構設計業錦上添花。

1.3 工程實例

天津津塔；天津津塔的主要用途為寫字樓，其平面呈橢圓形，周圍有鋸齒狀的邊緣設計，整個平面沿著豎向逐漸縮小。主塔樓有75層高，高度為336.9米，基地面積22257.9平方米。結構體系為鋼管混凝土柱框架+核心鋼板剪力墻體系+外伸剛臂抗側力體系，塔樓的外框部分由鋼管混凝土柱和寬翼緣鋼梁組成，鋼板剪力墻核心筒由鋼管混凝土柱和內填結構鋼板的寬翼緣鋼梁組成；由于超過規范要求的高寬比較多，因此設置了四層伸臂桁架和腰桁架加強層，既在鋼板剪力墻核心筒與外框之間布置大型鋼桁架，在外框內布置腰桁架。

上海陸家嘴：陸家嘴位于上海市浦東新區的黃浦江畔，隔江面對外灘。是中國最具影響力的金融中心之一。其中的上海國際金融中心，是包括寫字樓、酒店、公寓及商場的綜合大樓。原先的方案定為兩幢320米、約70層的雙子塔，最新修訂改為興建3幢。該地塊將興建兩幢分別高260米及250米的雙子塔，再加一座85米高的建筑，但土地用途不變。根據以往的設計經驗，雙子樓的外檐采用混凝土外筒，中心部位是高強鋼筋混凝土內筒，然后需要用高軋制鋼梁支托的金屬板與混凝土復合樓板將內外筒聯系在一起。塔樓是由一個筏式基礎和發卡樁承托的，位于圓形與正方形交接點位置處的混凝土柱子用于支撐上部結構荷載。用這種結構形式建造出來的雙子樓具有美觀、結實的特點。

2、高層建筑結構形式的進展

2.1 傳統結構形式的優化與發展

近年來隨著高層建筑建筑規模的擴大以及建筑形式的千變萬化，高層建筑內部結構隨形式的復雜化開展了一種適應性的變化，在傳統結構的基礎上，根據實際的建筑形態，做出一系列的建筑結構的調整與優化。在很多建筑中，核心筒仍然是使用較多的結構。但是對于一些規模十分龐大的建筑體，核心筒會隨之產生一系列的變形，例如那些沿著豎向劃分功能區間的建筑體，就常常采用一部分一部分變化的核心筒。

2.2 建筑承載多種結構形式

建筑體態的設計，規模的擴大，內部功能分區的豐富，都使得建筑結構愈加復雜，曾經所建立起來的單一的結構形式，已經很難去承載它強大的受力架構。所以在實際應用中，技術人員常常將許多種不同的結構形式加載在同一個建筑體上，并通過一定的技術手段使之進行一系列緊密的結合。有的是在一個獨立的結構形式里嵌入一些小的受力體，組成其他的新型結構形式為主體做輔助，分擔受力，有的是一整個龐大的建筑結構里有多種均衡的結構體系，互相借助，互相壓制，互相平衡。

2.3 結構構件有一定的創新與突破

構件在建筑工程中是構成一種結構體系的基本，隨著結構體系的變化、創新與發展，自然也會有新的構件頂替老的構件承載更多種形式的荷載。例如在建筑工程中常常使用到的鋼管混凝土，它曾經雖然使用頻繁卻十分單一，多用于柱的結構形式，但現在隨著技術人員的不斷開發，可以與其他構件一起組成新的結構形式。如今有一種混凝土叫做預應力混凝土，它是由纖維復合材料力筋制作而成，在建筑過程中，面對跨徑較大的建筑設計時，可以考慮采用這種構造的混凝土。這種混凝土能夠承載更大的荷載，更安全、高效率的傳遞荷載。

2.4 能夠開發更強大的抗側立結構供使用

當前我們所發展起來的高層建筑，已經有了強大的抗側力結構做支撐。曾經的抗側力結構我們常用框架結構，對于不同的大型建筑體，我們技術人員常對其進行不斷的優化與變形。但是近些年的建筑我們已經可以使用比框架的抗側能力更強大的結構體近年來一些新興的抗側力體系如鋼板剪力墻，組合剪力墻等，越來多的被應用在一些高層建筑中，這些結構體系有效的改善了鋼框架結構側向鋼度低的缺陷，使它在應用的過程中克服了水平荷載作用下變形較大的問題。鋼板剪力墻自身的重量很輕，又可以起到減輕地震的作用，它本身只承受水平力的作用，豎向力作用則是完全由周邊的框架來承擔的。鋼板剪力墻不僅有很好的延展性，還可以靠鋼材本身的塑性發展提供阻尼耗能的能力，同時還可以緩解對梁柱節點的延性要求。

2.5 新的建筑形式中懸吊結構與連體結構的更多應用

對于這兩種結構，懸吊結構與連體結構，很早就存在了建筑結構中。但是因為兩種結構實際應用起來較為復雜，技術手段較多且效果不好，所以一直未進行大規模的應用。但是在近年來，一些大規模的建筑體中開始將這兩種結構進行實際性的工程運用，將這兩種初始的結構利用起來，隨著建筑結構的復雜而進行一定的改造優化，將原本的結構進行一種突破性的變形，逐步趨向復雜化。

2.6 建筑結構的設計工作取得實質性的進展

對于大型的高層建筑而言，建筑結構設計工作是一項龐大且環節居多的任務。像一張巨大的草稿紙，所有的設計理念，設計方向，對城市環境空間的索取，以及建筑的安全性，功能性的設計，都要鋪張開來，才可以進行下一步的具體計劃。對于建筑結構的設計工作在廣度和深度上都相較以前更加周全；工作分配的合理性，工作進程中的細密與嚴謹，對于建筑結構進行的計算，在重力荷載、地震荷載、風荷載等其他荷載作用下結構設計的完善，設計的規范化，都取得了相當大的進展。

結語：

對于以上本文對近期我國高層建筑結構設計的若干新進展的大體分析可知，我國高層建筑的發展境況是非常好的，所有理論上的要求都得到了較為完善的實施，技術的逐步發展與成熟已經可以支撐我國高層建筑表現形式的千變萬化。