浅谈我国高层建筑的发展

高层建筑结构的特点、现状及发展趋势摘要:高层建筑是社会生产和人类生活需求的产物，是现代工业化、商业化和城市化的必然结果。科学技术的发展，高强轻质材料的出现，建筑机械化、电气化的实现，为高层建筑的发展提供了技术条件和物质基础。本文简要论述了高层建筑结构的特点、现状及未来发展趋势。关键词:高层建筑结构；特点；现状；趋势前言超过一定层数或高度的建筑称为高层建筑。各国高层建筑的起始高度或层数不尽相同，没有绝对严格的标准。与各个国家和地区的地理环境、地震烈度、建筑材料、建筑技术、电梯设置标准、防火特殊要求等诸多因素有关。比如在美国，24.6 m以上被视为高层建筑；在日本是31m或者8层以上；在英国等于或大于24.3米；在我国，8层以上的建筑一般都要配电梯，有防火规范对10层以上的建筑提出了特殊的防火要求。因此，我国《民用建筑设计通则》(GB50352-2005)和《高层民用建筑设计防火规范》(GB 50045-95)将设置10层和10层。从结构行为的角度来看，对于8层以上的建筑，风、地震等水平荷载或作用越来越重要，甚至起控制作用。因此，《高层建筑混凝土结构技术规范》(JGJ3-2002)将10层和10层或28m以上的高层建筑的钢筋混凝土结构称为高层建筑。当建筑结构高度超过100m时，称为超高层建筑。1高层建筑的特点建筑结构应同时承受水平和竖向荷载或作用。低层建筑结构通常抵抗竖向荷载，水平荷载(如风荷载)或作用(如地震作用)影响不大，产生的内力和位移较小，一般可以忽略。因此，在低层建筑结构中，竖向荷载往往是设计的控制因素。而在高层建筑结构中，较大的建筑高度造成完全不同的受力状况。水平荷载不仅是主要荷载之一，而且与竖向荷载共同作用，往往成为设计中的控制因素。因此，在水平荷载作用下，如果高层建筑结构的抗侧变形能力或抗侧刚度不足，就会产生过大的侧向变形，不仅使人感到不适，而且会使结构在竖向荷载作用下产生附加内力，使填充墙、建筑装饰、电梯轨道等服务设施产生裂缝和变形，甚至导致结构破坏或开裂，从而危及结构的正常使用和耐久性。因此，在设计高层建筑结构时，要求结构不仅要有足够的强度，还要有合理的刚度，使水平荷载引起的侧向变形限制在规定的范围内。同时，有抗震设防要求的高层建筑还应具有良好的抗震性能，使结构在可能发生的强震作用下，构件进入屈服阶段后，仍具有良好的塑性变形能力，即良好的延性。高层建筑除了上述结构受力特征外，还具有建筑特征。人们常说，建筑是凝固的音乐，美丽的高楼就像艺术品，成为城市一道亮丽的风景线；同时，建筑是时代的脉搏。高层建筑占地面积小，符合地价贵的时代需求。可以节省建设用地或获得更多的空闲地用于绿化等环境用地，并缩短城市道路和各种管线(如给排水管道)的长度，减少因向高空方向发展而带来的基础设施投资。当然，大量高层建筑的建设也会给城市带来不利影响，比如人口密集，交通拥堵；存在城市局部热场变化不利、地质沉陷、消防复杂等问题。基于上述高层建筑的力学特性，可以看出，与低层结构不同，高层建筑在强度、刚度、延性等方面要满足更多的设计要求。抗侧力结构的设计已成为高层建筑结构设计的关键。2高层建筑发展概述随着工业化、商业化、城市化进程的推进，城市人口急剧增加，造成城市生产生活用房短缺，土地价格居高不下，迫使建筑向高层发展，从多层向高层发展。19世纪末，钢框架和钢筋混凝土框架结构的现代高层建筑开始出现。SecodRandMeNa119层建筑(美国芝加哥)建于1898年，是世界上第一座现代钢框架结构的高层建筑。最早的钢筋混凝土框架结构高层建筑是世界上第一座现代钢框架结构的高层建筑。最早的钢筋混凝土框架结构的高层建筑是美国辛辛那提的InallaBuildin和法国巴黎的富兰克林公寓，建于1903年。所以现代高层建筑的历史只有117年。20世纪50年代以后，由于轻质高强材料的研制成功，抗风抗震结构体系的发展，新的设计计算理论的建立，计算机在设计中的应用，以及新的施工技术和机械的不断出现，为高层建筑的大规模经济建造提供了充分的条件，使其得以迅速发展。在钢筋混凝土结构方面，其结构体系的发展过程也与钢结构相似。从最初的框架结构(1903，glnallsBuildin)逐渐发展为框架剪力墙结构或框架筒体结构、巨型结构等结构体系，使得混凝土结构的建造高度越来越高。钢结构具有强度高、重量轻、抗震性能好等优点。钢结构的构件可以在工厂加工制作，施工速度快，工期短。钢是建造高层建筑的理想材料。但整个钢结构用钢量大，成本高，耐火性差，需要昂贵的防火涂料。钢筋混凝土结构具有节约钢材、成本低、材料来源丰富、成型性好等优点，且承载力不低，通过合理设计还能获得较好的抗震性能。所以只有在发达国家，大部分高层建筑采用钢结构，而在发展中国家，大部分高层建筑采用钢筋混凝土。由于高性能混凝土的发展和施工技术的进步，钢筋混凝土结构仍将是未来高层建筑的主要结构形式。特别是近年来，由于钢筋混凝土结构的优点，发达国家采用钢筋混凝土材料建造的高层建筑也越来越多。当然，钢筋混凝土结构构件截面尺寸大，减少了建筑面积；由于其自重，地基造价增加，抗震性能不如钢结构。因此，为了充分发挥钢和混凝土的特点，更合理的结构形式是同时采用钢和钢筋混凝土材料的混合结构或组合结构。通过合理的设计，这种结构形式可以达到经济合理、技术性能优良的效果，成为近年来的研究热点和发展方向。3高层建筑结构的发展趋势高层建筑的发展充分显示了科学技术的力量，使得建筑师从过去的强调艺术效果转向重视建筑的独特功能和技术因素。未来的高层建筑将朝着先进的技术和功能与完美的艺术相结合的方向发展3.1新材料和超强材料的发展与应用在高层建筑结构的技术问题中，首先要解决的是材料问题。现在混凝土的强度等级已经达到C100以上。强度高、韧性好的混凝土有利于减小结构构件的尺寸，减轻结构重量，提高结构的抗震性能。同时，为了实现轻质高强的目标，高层建筑结构必须发展轻骨料混凝土、轻质混凝土、纤维混凝土、聚合物混凝土、约束混凝土和预应力混凝土。高性能混凝土的发展和应用将继续引起人们的关注，也必将给高层建筑结构带来巨大而深远的影响。考虑到强度和塑性，钢是高层建筑结构的理想材料，人们从未停止过提高钢的强度、塑性和可焊性的工作。特别是新型耐火耐候钢的研发意义重大，可以减少或放弃钢材对耐火材料的依赖，提高建筑用钢的竞争力。用于制造高层建筑某些部件的复合材料正在被开发和实践。3.2混合结构广泛应用于高层建筑结构中。如前所述，合理设计的混合结构可以以优良的技术性能(如抗震性能)达到经济合理的效果，并能轻松满足高层建筑的抗侧刚度要求，可用于建造比钢筋混凝土结构更高的建筑。因此，在高层建筑中，混合结构往往仍是合理可行的结构方案，未来建筑混合结构的比例还会增加。3.3新的设计理念和新的结构形式的应用现代建筑的功能趋于多样化，建筑的造型和结构体系趋于复杂多变，趋于立体化。随着时代的要求，新的设计理念和结构技术不断深化，采用了新的结构体系，如巨型结构体系、蒙皮结构、带加强层的结构、建筑立面大开洞以减少风力、结构控制技术设置抗震机制等。3.4高层建筑结构高度的新突破20世纪90年代以来，高层建筑发展迅速，数量、质量、高度都有很大飞跃，高层建筑中的科技含量越来越高。参考文献【1】常岳峰，赵文忠。高层建筑结构用钢板的开发与生产[A].1999中国钢铁年会论文集(下)[c] .5438+0999 .