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1、21 世纪高层建筑结构技术 的发展与成就 摘要： 解放前，在上海、广州、天津等城市，由国外设计 建造了少量高层建筑。 关键词： 高层 结构技术 发展 一、高层建筑发展概 况 新 中国 成立后，五十年代我国开始自行设计建造高层 建筑，如北京的民族饭店 (14 层)、民航大楼(16 层)等。六十 年代建成的广州宾馆(27 层)，其高度与解放前最高的上海国 际饭店相同。七十年代北京、上海、广州等地建成了一批剪力 墙结构住宅和旅馆。1975 年广州白云宾馆(剪力墙结构 33 层、 112 米)的建成，标志着我国自行设计建造的高层建筑高度开 始突破 100 米。八十年代我国高层建筑发展进入兴盛时期， 十
2、年内全国(不包括香港、澳门、 台湾 )建成 10 层以上的高 层建筑面积约 4000 万平方米，高度 100 米以上的共有 12 幢。 1985 年建成的深圳国际贸易中心(筒中筒结构、50 层、160 米) 是八十年代最高的建筑。九十年代我国高层建筑进入飞跃发 展的阶段。截至 1998 年末，全国(不包括香港、澳门、台湾)建 成的 10 层以上高层建筑面积约 2 亿 5 千万平方米，高度 100 米以上的高层建筑达 200 幢，其中 150 米以上的 100 幢，200 米以上的 20 幢，300 米以上的 3 幢，最高的上海金茂大厦 88 层、365 米、塔尖高度 420 米。1995 年发
3、布的世界最高的 100 栋建筑中上海金茂大厦、深圳地王大厦(81 层、325 米)和广州 中天广场(80 层、322 米)分别列为第 4、13 和 14 名。另有 460 米高的上海环球 金融 中心正在建造中。特别值得提及的是， 我国的超高层建筑绝大多数建于地震区。 二、高层建筑结 构体系的多样化和复杂性 七十年代以前，我国的高层建筑 多采用钢筋混凝土框架结构、框架剪力墙结构和剪力墙结 构。 进入八十年代，由于建筑功能以及高度和层数等要求， 筒中筒结构、筒体结构、底部大空间的框支剪力墙结构以及 大底盘多塔楼结构在工程中逐渐采用。 九十年代以来，除 上述结构体系得到广泛 应用 外，多筒体结构、带
4、加强层的 框架筒体结构、连体结构、巨型结构、悬挑结构、错层结构 等也逐渐在工程中采用。 为适应结构体系的多样化，结构 材料向多样性发展，八十年代以前高层建筑主要为钢筋混凝 土结构。进入九十年代后，由于我国钢材产量的增加，钢结构、 钢混凝土混合结构逐渐采用。如金茂大厦、地王大厦都是 钢混凝土混合结构。此外，型钢混凝土结构和钢管混凝土 结构在高层建筑中也正在得到广泛应用。高层建筑结构采用 的混凝土强度等级不断提高，从 C30 逐步向 C60 及更高的等 级发展。预应力混凝土结构在高层建筑的梁、板结构中广泛 应用。钢材的强度等级也不断提高。 我国高层建筑早期多 为单一用途，为适应建筑功能需要，向多用
5、途、多功能发展， 高层建筑平面布置和立面体型日趋复杂。 结构平面形式多 样，如三角形、梭形、圆形、弧形，以及多种形式的组合等亦 多采用。高层建筑立面体型亦有丰富的变化，立面退台、部分 切块、挖洞、尖塔、大悬臂等，使高层建筑的刚度沿竖向发生 突变。 由于建筑功能的改变，使结构体系、柱网发生变化， 因此主体结构要发生转换，即由上部剪力墙结构到下部筒体 框架或框架剪力墙结构的转换；或主体结构由上部小柱网、薄 壁柱到下部大柱网的转换。 结构体系的转换及立面体型变 化丰富的结构在地震区建造难度较大，还有待于进一步深入 研究 ，并经历强震的检验。 三、高层建筑结构设计 方法 不断创新 高层建筑结构的 分析
6、 计算 已基本告别传统 的手工计算而采用计算机程序计算，基本上都采用三维空间 结构分析计算程序。常用的计算分析模型有，空间杆薄壁 杆件分析模型、空间杆墙组元模型及空间杆壳元分析模 型。 有些程序可考虑楼板变形进行结构分析计算，能更真 实反映复杂结构的受力特点。除可进行钢筋混凝土结构计算 外，有些计算分析软件还可进行钢结构、钢混凝土混合结 构的计算。弹性动力时程分析的程序已相当成熟，一般以层 模型进行动力时程分析，可输入各种类型的地震波，求得结 构的位移与内力。 弹塑性分析计算近几年已开始进行，已 初步开发出一些可应用于工程设计的程序，包括弹塑性静力 分析、层模型动力分析、杆模型平面结构动力分析
7、等程序。 对结构体系进行了大量的研究工作。从 1974 年开始对剪力 墙结构进行了大量的试验研究，逐步形成了高层剪力墙结构 体系；为适应高层住宅底部设置商业服务设施等要求，从 1980 年开始进行了底层大空间，上层为大开间剪力墙结构体 系的研究。进入八十年代，为完善筒体结构的计算方法与设 计，我国进行了一些复杂的筒中筒结构的有机玻璃模型试验。 近年来对复杂体型的高层建筑如带有转换层、刚性层的结构 错层结构、连体结构等进行了一批模型振动台试验。为了解 钢混凝土混合结构的抗震性能，进行了带有转换层、刚性 层的钢筋混凝土内筒、周边为钢框架的模型试验。另外对复 杂体型的高层建筑进行了风洞试验。通过试验
8、研究与分析， 提出了相应的设计建议，并做为规范条文修订的依据。 在 总结 科研、设计、施工的基础上， 1980 年颁布施行了我国自 行编制的钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规定(JZ102- 79)，通过实践应用又积累了更多的经验，在 1991 年修改为 钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程(JGJ3-91)。九十 年代以来由于钢结构、钢混凝土混合结构的兴建，1998 年 我国编制了高层民用建筑钢结构技术规程(JGJ99-98)。最近 由于体型复杂的高层建筑增多及超过 200 米的超高层建筑的 出现，需要对钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程 (JGJ3-91)进行修订，修订后名称为高层建筑混
9、凝土结构技 术规程， 内容 将包括：总则、荷载和地震作用、常规高度结 构设计的一般规定、结构计算分析、框架结构设计、剪力墙结 构设计、框架剪力墙结构设计、筒体结构设计、复杂高层建 筑结构设计、混合结构设计、超高层建筑结构设计、基础设计、 高层建筑结构施工等，将更适合高层建筑结构的设计应用。 其中按建筑物的高度、结构体系、抗震设防烈度可确定各类 构件的抗震等级，从而按各类构件的延性要求，确定各构件 的截面配筋设计及构造要求，以确保其良好的抗震性能。 四、高层建筑结构施工技术迅速 发展 高层建筑由于对抗 震、抗风的要求高，且建筑多样化，层数、高度日益提高，九 十年代以来国内高层建筑的施工 方法 是
10、以全现浇钢筋混凝 土施工为主体，另外由于钢结构和钢混凝土混合结构的兴 建，需辅以此类结构的预制安装方法和多种混合施工方法。 高层现浇钢筋混凝土施工技术着重解决了模板、混凝土、钢 筋 3 个方面的施工新技术。九十年代国内采用 4 种类型支模 方法：即采用中、小模板、大模板、滑模、爬模，各种模板均有 其优缺点和适用范围，今后要向标淮化、工具化方向发展。 高层建筑采用的混凝土强度等级已由常用的 C30、C40 逐步 向 C50、C60、C80 及更高的强度等级发展。高强高性能混凝 土的生产要有严格的质量控制与管理措施，应由工厂预拌生 产。国内预拌商品混凝土近年发展很快，约占全部混凝土总 量的 21%
11、。高层建筑还需要解决泵送混凝土 问题 ，1997 年 可用国产混凝土拖式泵一次泵送到 200 米以上高度。 在普 及 C50、C60 级混凝土的工程 应用 ，扩大 C70、C80 级的工 程试点的同时，开发配制 C100 级高强混凝土。主要手段是在 常规水泥、砂石的基础上，依靠化学外加剂和矿物掺合料来 降低混凝土用水量和改善微观结构，使混凝土更加致密并获 得高强。1995 年以来 C80 混凝土已在辽宁、上海、北京、广州 个别工程中局部试用。1997 年国内建筑业应用高强混凝土 776 万立方米，占全部混凝土总量的 4.6%。 在高层建筑基 础采用大体积混凝土施工技术方面取得了经验，其主要措施
12、 为：减少水泥水化热，采用较低水化热水泥，掺粉煤灰和减水 剂，提高砼抗拉强度；采用泵送预拌混凝土、分段、分层连续 作业的合理浇捣方法，并及时养护及进行测温监控。新上海 国际大厦基础底板 76 米72 米，主楼底板厚 3.5 米，裙 楼底板厚 3 米，不设结构缝，采用 C30 混凝土斜面分层浇筑， 每层厚度不超过 50 厘米，17000 立方米混凝土共用 64 小时， 一次浇筑到顶，刮平养护后未发现裂缝。 对于 1440 毫米 粗钢筋的连接，从八十年代至今 研究 开发了 4 种连接技术； 电渣压力焊，套筒挤压连接、锥螺纹连接、直螺纹连接，均在 工程中得到应用，并迅速推广。 从五十年代到八十年代，主 要对混凝土预制装配框架、装配式大板、升板、盒子结构等预 制安装技术进行了研究，取得了一定成效。从八十年代至今 由于钢结构、钢混凝土混合结构的兴建，钢结构安装技术 有了新的发展。主要以塔式起重机为主机进行安装，高强螺 栓连接已取代铆接和部分焊接。钢结构还需解决防火、防锈、 防腐等问题。深圳佳宁娜友谊广场两座 33 层公寓楼相距 25.2 米，在其顶部由 8 层高钢结构连成整体，总重 8500KN， 采用卷杨机高空平移法施工，获得成功。 高层建筑施工技 术在迅速发展，在即将跨入的 21 世纪将继续保持这种发展 趋势。
