■朱少瑞，馮佰研，王豐年，牛傳星 ■山東科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，山東 青島 266590

由于地區(qū)差異，對于高層建筑的劃分，不同的國家有各自的劃分方法。根據(jù)我國自然科技與社會經(jīng)濟的發(fā)展特點，在《民用建筑設(shè)計通則》(JG37－87)中將住宅建筑層數(shù)劃分為:1～3層為低層;4～6層為多層;7～9層為中高層。我國《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3－2002規(guī)定:10層及10層以上或高度超過28m的建筑稱為高層建筑，習(xí)慣上將超過100m的建筑稱為超高層建筑［1］。

翻開歷史，可以看到高層建筑在我國的發(fā)展可以追溯到封建社會時期的一些高塔等建筑。進入20世紀80年代以后，隨著我國社會主義市場經(jīng)濟改革的不斷深化，眾多的高層建筑不但出現(xiàn)在北京、上海、廣州這樣的大城市，而且出現(xiàn)在了一些二三線的中小城市，并且建筑高度不斷增長，建筑設(shè)計日臻成熟，結(jié)構(gòu)體系豐富多樣，土木工程更加注重科技，使建筑材料和施工技術(shù)都得到了發(fā)展和提高。

1 高層建筑發(fā)展的發(fā)展基礎(chǔ)

1.1 社會發(fā)展狀況

高層建筑的發(fā)展依賴于社會文明的進步，是時代發(fā)展的必然產(chǎn)物。進入20世紀80年代，隨著我國改革開放政策的實施，社會發(fā)展日新月異，全球經(jīng)濟進入一體化，越來越多的人們涌入城市，人民的生活品質(zhì)得到極大提高，促進了高層建筑向著超高化、智能化的方向發(fā)展。社會安定、經(jīng)濟繁榮會促進高層建筑的發(fā)展，同時戰(zhàn)爭爆發(fā)、經(jīng)濟危機也會致使高層建筑停滯不前。

1.2 高層建筑價值標準

對于高層建筑價值標準的判斷，按照時間順序主要可以分為以下三個階段:50年代以前，我國高層建筑設(shè)計標準主要基于歷史與宗教;50年代以后，隨著新中國的建立，面對國家百廢待興的局面，高層建筑主要注重功效與技術(shù);進入21世紀，隨著我國人民生活質(zhì)量的不斷提高，人居環(huán)境建設(shè)受到廣泛的關(guān)注，現(xiàn)在人居環(huán)境科學(xué)已逐步變成改造建筑、改造城市、改造社會的世界性的指導(dǎo)性理論，也將成為高層建筑新的價值標準，為今后高層建筑發(fā)展指出方向［2］。

2 我國高層建筑結(jié)構(gòu)類型與結(jié)構(gòu)體系

2.1 高層建筑結(jié)構(gòu)類型

目前，我國高層建筑廣泛使用的結(jié)構(gòu)類型主要有三種，即鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼－鋼筋混凝土混合結(jié)構(gòu)［3］。不同的結(jié)構(gòu)類型都有其各自的優(yōu)缺點，下面依次對三種結(jié)構(gòu)類型的特點進行分析:

(1)鋼結(jié)構(gòu)

鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展極大的帶動了現(xiàn)代高層建筑的發(fā)展，輕質(zhì)高強是其主要特點，同時這也是鋼結(jié)構(gòu)能在高層建筑中得到廣泛應(yīng)用的最主要原因。鋼結(jié)構(gòu)也存在著耐火性以及耐腐蝕性差的缺點，此外，鋼結(jié)構(gòu)在后期的維護費用也是相當?shù)拇蟆？偠灾?，鋼結(jié)構(gòu)以其輕質(zhì)高強的特點得到了廣泛的應(yīng)用，但其耐火、耐腐蝕性差的缺點也造成了其應(yīng)用上的瓶頸，應(yīng)是我們今后需要重點解決的問題。

(2)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

與鋼結(jié)構(gòu)相比，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于有混凝土的加入，其耐火性、防水性都有了較大提高，而且鋼筋混凝土的材料來源豐富，造價比較低。然而，自重大、抗拉強度低等缺點是我們需要重點解決的問題，同時由于混凝土的調(diào)配、養(yǎng)護過程要求較為嚴格，使整個施工過程的質(zhì)量很難得到控制。

(3)鋼－鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)

隨著我國高層建筑的不斷發(fā)展，鋼－鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)體系已經(jīng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，由于這種組合可以將兩種材料的優(yōu)勢相結(jié)合，從而使建筑物的結(jié)構(gòu)性能達到最優(yōu)。同時，這種材料也存在著許多的缺點，主要缺點便是鋼筋混凝土內(nèi)部的鋼材維護比較困難。

2.2 高層建筑的結(jié)構(gòu)體系

我國高層建筑應(yīng)用的結(jié)構(gòu)體系主要包括了框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框－剪結(jié)構(gòu)以及筒體結(jié)構(gòu)等幾種類型［3］。

(1)框架結(jié)構(gòu)體系

采用框架結(jié)構(gòu)體系的建筑，施工方便、結(jié)構(gòu)自重也比較輕，其墻體基本上是不承重的。但是，出于安全考慮，我國框架結(jié)構(gòu)體系的建筑物高度一般都控制在15－20層以內(nèi)。

(2)剪力墻結(jié)構(gòu)體系

剪力墻體系憑借其良好的抗震性能，能較好的抵制剪切變形，在迅速發(fā)展的高層建筑中得到了廣泛應(yīng)用。在我國的城市中，當高層建筑的層數(shù)在30－40層之間時，一般選擇剪力墻結(jié)構(gòu)作為主要的結(jié)構(gòu)體系。

(3)框架－剪力墻結(jié)構(gòu)組合體系

為了使我們的建筑物在具有良好的抗側(cè)移的基礎(chǔ)上還能滿足我們對空間靈活的要求，結(jié)合前面的介紹，我們很自然的想到可以將框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)組合起來，讓他們的優(yōu)點結(jié)合，于是便誕生了框架－剪力墻結(jié)構(gòu)體系，這種組合的結(jié)構(gòu)體系經(jīng)驗證是具有良好的可靠性，因而也得到了廣泛的應(yīng)用。

(4)筒體結(jié)構(gòu)

筒體結(jié)構(gòu)的概念最早是美國在20世紀60年代初的時候被出來的，并建造了很多標志性的筒體結(jié)構(gòu)的高層建筑物。筒體結(jié)構(gòu)的優(yōu)點［3］是可以使得建筑物的平面布置非常的靈活，而且它的抗震、抗風(fēng)能力很好。該結(jié)構(gòu)在我國的發(fā)展較為緩慢，在今后的高層建筑中應(yīng)大力推廣。

3 我國高層建筑的分析方法、設(shè)計研究與規(guī)范編制的發(fā)展

3.1 分析方法的演進

(1)以手算為基礎(chǔ)的各種算法

從新中國成立至70年代后期，由于我國高層建筑結(jié)構(gòu)體型較為簡單，而且受到當時計算機使用條件的限制，因此這個時期的高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法基本上是靠手算的。當時的主要結(jié)構(gòu)形式是三大常規(guī)結(jié)構(gòu)，計算方法也因其形式而各異［4］。

(2)高層建筑結(jié)構(gòu)空間協(xié)同工作分析法

高層建筑結(jié)構(gòu)空間協(xié)同工作分析法最早于1974年提出，適應(yīng)當時國內(nèi)計算機內(nèi)存小、速度低的狀況，該法適用于一般框架、剪力墻和框架－剪力墻結(jié)構(gòu)，極大地促進了80年代我國高層建筑的高速發(fā)展。但該法也有著不可回避的缺點，由于并沒有考慮變形協(xié)調(diào)問題，因此僅適用于平面布置較為規(guī)則的框架、剪力墻和框架－剪力墻結(jié)構(gòu)，其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)為正交或接近正交布置。

(3)多種單元組合的有限元法

為了對高層建筑進行更細致、更精確的結(jié)構(gòu)分析，可以將高層建筑結(jié)構(gòu)離散為彈性力學(xué)平面單元、墻元、板元和桿元的組合結(jié)構(gòu)，但方該法涉及更大量的未知量，對計算方法提出了新的挑戰(zhàn)，對計算機的存儲和處理器硬件也有更高的要求。進入21世紀后，隨著科學(xué)技術(shù)特別是信息技術(shù)的跨越式發(fā)展，使得我國計算機技術(shù)有了很大的飛躍，甚至躋身世界前列，為我們提供了強有力的計算工具，并促使有限元方法的使用得到推廣并進一步完善。

3.2 我國高層建筑的設(shè)計研究進展

隨著人們需求的多樣化，高層建筑的結(jié)構(gòu)和功能越來越復(fù)雜，給設(shè)計工作者帶來了巨大挑戰(zhàn)。針對現(xiàn)代復(fù)雜高層建筑的特點，對我國高層建筑的抗震、抗風(fēng)方面展開了大量的研究工作。除試驗研究外，隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，高層建筑結(jié)構(gòu)的計算分析手段有了很大改善與提高。

近年來，彈塑性分析理論在我國高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域中得到了很好的發(fā)展，在對一些新建復(fù)雜高層建筑除進行傳統(tǒng)的彈性計算分析外，還要進行彈塑性的分析和計算，以期找出結(jié)構(gòu)的薄弱部位并對其進行加固措施。

4 展望

高層建筑是社會經(jīng)濟與科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，還是國家或地區(qū)財富與權(quán)勢的象征。我國高層建筑正朝著多功能、智能方向發(fā)展，同時，新高度的突破，將進一步使城市規(guī)劃由二維向三維過渡。由于電子計算機技術(shù)的高速發(fā)展，其在高層建筑的設(shè)計、施工乃至運行方面都將顯得日益重要，計算機輔助設(shè)計可以在方案優(yōu)化和決策中發(fā)揮越來越重要的作用。同時應(yīng)當使我們建成物與周圍生態(tài)環(huán)境融為一體，使我們的高層建筑在發(fā)揮既有功能的基礎(chǔ)上實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

［1］陳穎輝，黃明.淺談高層建筑的發(fā)展.昆明大學(xué)學(xué)報(綜合版)［J］.2005，(1):48－51.

［2］李閻魁.高層建筑的發(fā)展研究與展望——兼論現(xiàn)代高層建筑在上海的發(fā)展.同濟大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版)［J］.2000，7(增):48－51.

［3］方思.高層建筑結(jié)構(gòu)淺析.中華民居［J］.2014，4∶125.

［4］李淮.我國高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法的演變及其作用［J］.廣東土木與建筑，2010，09∶29－30.

［5］徐培福，王翠坤，肖從真.中國高層建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展與展望［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2009，39(9):28－32.