楊 科 王國(guó)珍

（山東科技大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院， 山東 青島 266590)

0 前言

根據(jù)我國(guó)的《民用建筑設(shè)計(jì)通則》GB50352-2005的相關(guān)規(guī)定，對(duì)超高層建筑做出了這樣的解釋?zhuān)翰还苁亲≌€是公共建筑物，只要建筑高度大于100m，就被看做是超高層建筑。在1909年，世界上第一棟在高度上超過(guò)200m建筑—“大都會(huì)人壽保險(xiǎn)公司大樓”在美國(guó)紐約被建成。新中國(guó)成立后，中國(guó)在設(shè)計(jì)理論和技術(shù)方面比較落后，超建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展一直處于停滯不前的狀態(tài)，尤其是高層和超高層建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展比較緩慢，直到改革開(kāi)放后才逐漸起步。本文通過(guò)回顧建國(guó)以來(lái)尤其是改革開(kāi)放后中國(guó)超高層建筑的發(fā)展?fàn)顩r，結(jié)合我國(guó) 2個(gè)具有代表性的超高層建筑，分析超高層建筑所采用的建筑結(jié)構(gòu)體系以及所面臨的方案優(yōu)化問(wèn)題，大膽預(yù)測(cè)中國(guó)今后超高層建筑的發(fā)展方向。

1 我國(guó)超高層建筑發(fā)展概況及代表性建筑

1973年，香港首棟超高建筑物—香港怡和大廈，在香港被建成，它的共有52層(178.5m)，它一建成就成為了當(dāng)時(shí)香港以及東南亞最高的建筑。1976年初，廣州白云賓館基本完工，主樓總高114.05m，為剪力墻結(jié)構(gòu)，共34層(包括地下室一層)，為當(dāng)時(shí)中國(guó)第一高樓。1985年12月，有53層樓，高159.5m的深圳國(guó)貿(mào)大廈被建成，創(chuàng)造了一個(gè)在當(dāng)時(shí)建筑史上獨(dú)特的新紀(jì)錄：建成一層樓的速度是三天。1991年，廣東國(guó)際大廈被建成，它的主樓高度是200.18m，它的建成，成為了當(dāng)時(shí)中國(guó)大陸在19世紀(jì)90年代期間建成的有最多的樓層和有最高的高度的建筑。在1990年，高度是367.4m的香港中銀大廈被建成，它的設(shè)計(jì)工作是由世界上著名的華裔建筑設(shè)計(jì)師貝聿銘完成的。1996年，高度是383.95m，有 69層的深圳地王大廈被建成，它應(yīng)用了鋼框架—RC核心筒的結(jié)構(gòu)，它一建成就成為“亞洲第一高樓”，創(chuàng)造了中華歷史上的摩天紀(jì)錄。1997年，高度是391m，共有80層的廣州中信廣場(chǎng)樓被建成，它的建成成為了當(dāng)時(shí)中國(guó)最高的建筑，也是世界上最高的混凝土大廈。上海金茂大廈與1999年落成并營(yíng)業(yè)，高420.5m是一座富有中國(guó)特色的摩天建筑。隨著中國(guó)進(jìn)入21世紀(jì)，大量的高層和超高層建筑在中國(guó)各地被建成，不僅代表了中國(guó)建筑結(jié)構(gòu)理論與施工技術(shù)的發(fā)展，更是中國(guó)經(jīng)濟(jì)崛起的標(biāo)志。

中國(guó)指數(shù)研究院在2016年02期《中國(guó)房地產(chǎn)》中報(bào)道了“中國(guó)建筑新地標(biāo)代表城市新高度”的專(zhuān)題，“中國(guó)十大建筑新地標(biāo)”的建筑高度都在300m以上，并且有一個(gè)好的地理位置，基本處于大中城市核心位置。

1.1 上海中心

上海中心周?chē)薪鹈髲B和上海環(huán)球金融中心這兩個(gè)比較大的建筑，這三個(gè)超高層建筑有了他們各自的意義，其中金茂大廈代表著中國(guó)的“過(guò)去”，代表中國(guó)“現(xiàn)在”和“未來(lái)”的是上海環(huán)球金融中心和上海中心，建成之后的上海中心成為了上海市新的地標(biāo)。[1]上海中心是一個(gè)高度為632m的功能齊全的建筑大樓，它的功能包括辦公，酒店，商場(chǎng)，觀(guān)光等，它有地上部分和地下部分，其中地上面積約38萬(wàn)m2，而地下的部分有14萬(wàn)m2總建筑面積，它的主樓結(jié)構(gòu)包括豎向結(jié)構(gòu)和水平結(jié)構(gòu)，其中豎向采用了核心筒和巨型柱，而水平結(jié)構(gòu)由樓層鋼梁、樓面桁架、帶狀桁架、伸臂桁架以及組合樓板組成。

它有突出的結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)點(diǎn)，第一，它的重力和水平荷載可以充分的利用結(jié)構(gòu)材料來(lái)抵抗，所以有比較高結(jié)構(gòu)效率，建筑結(jié)構(gòu)的造價(jià)就相應(yīng)低了不少。第二，它的外立面大空間由它的結(jié)構(gòu)創(chuàng)造，并且它的外立面通透度被提高了很大。[2]

1.2 平安中心

位于深圳市福田中心區(qū)的平安金融中心項(xiàng)目，面積接近達(dá)到1.9萬(wàn)m2， 它的建筑面積和建筑基底面積分別達(dá)到46萬(wàn)m2和 1.23萬(wàn)m2。平安中心地上部分共118層，并且它的標(biāo)準(zhǔn)層高是4.5m。它主體的屋蓋高度達(dá)到588m，塔尖高度達(dá)到660m，頂層高度達(dá)到554.5m。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)高嵩，為保證建筑足夠安全，塔樓采用巨型鋼斜撐外框架+勁性鋼筋混凝土核心筒+伸臂鋼桁架結(jié)構(gòu)+空間帶狀桁架+角部 V形撐體系[3-4]。主體分為可以?xún)?nèi)筒和外框結(jié)構(gòu)，內(nèi)筒和外框分別采用型鋼-鋼筋混凝土筒體和框架柱、梁，其中外框中的框架柱、梁由8根巨柱、7道空間帶狀桁架、7道平面角桁架、巨型鋼斜撐和角部V形撐及各層由帶狀桁架分層支托組成。在塔樓高度方向設(shè)置的四道鋼桁架外伸臂把核心筒和巨柱很好的連接起來(lái)，這樣就提高了抗側(cè)剛度。

2 超高層結(jié)構(gòu)體系的選用及其優(yōu)缺點(diǎn)比較

超高層建筑結(jié)構(gòu)由于具有高嵩的特點(diǎn)，必然要采取特殊的結(jié)構(gòu)體系，且隨著其高寬比的不斷增大，其所面臨的側(cè)向抗力（主要由風(fēng)荷載引起）也隨之增大。

框架結(jié)構(gòu)。高層建筑框架結(jié)構(gòu)與多層框架一樣由縱橫框架形成一個(gè)空間框架結(jié)構(gòu)，可以很好的來(lái)承受水平和豎向荷載。和其他的高層結(jié)構(gòu)體系作比較，框架結(jié)構(gòu)的空間可以靈活布置，如會(huì)議廳、餐廳、休息廳和貿(mào)易廳等功能房間的靈活布置很容易滿(mǎn)足。當(dāng)有地震作用時(shí)，框架結(jié)構(gòu)的延性較好可以抵消地震作用的一部分能量，但因?yàn)闃?gòu)件較小的截面尺寸，所以抗側(cè)剛度會(huì)比較小而相應(yīng)的水平位移就會(huì)增大，會(huì)使非結(jié)構(gòu)的構(gòu)件因?yàn)榇笞冃味茐?，高度上就受到了很大限制?/p>

剪力墻結(jié)構(gòu)。建筑物的縱墻和橫墻是承重墻，他們可以承受來(lái)自豎向與水平方向的荷載，這樣的墻體被稱(chēng)為剪力墻。通常，剪力墻都是鋼筋混凝土，超高層承受地震作用的能力比較好，那是因?yàn)榧袅?cè)向剛度比較好。剪力墻的間距也不能太小，以6～8m最為合適，否則建筑成本就比較高。

框架—剪力墻結(jié)構(gòu)?？蚣堋袅扔屑兛蚣艿膬?yōu)點(diǎn)也有剪力墻的優(yōu)點(diǎn)，滿(mǎn)足了超高層建筑空間布置的需要和抗側(cè)力的的要求。因?yàn)槌邔咏ㄖ拇蟛糠旨袅Ρ患袅Τ袚?dān)了，所以框架的整體受力和建筑內(nèi)力的整體分布有了很好的提高，建筑框架承受整體水平剪力可以減小很多。通常，在超高層建筑中，80%水平荷載是由剪力墻來(lái)承擔(dān)的，剩余 20%水平荷載是由框架來(lái)承擔(dān)的。一個(gè)很重要的問(wèn)題就是超高層建筑的整體布置，在結(jié)構(gòu)上要確?？蚣芘c剪力墻可以協(xié)同工作。要想使協(xié)同工作越好，就必須要求樓蓋的水平剛度如越大。如果剪力墻布置的太少，結(jié)構(gòu)側(cè)向的變形也就增大；剪力墻布置太多，經(jīng)濟(jì)上就不是很合適，在后期還會(huì)給超高層建筑帶來(lái)諸多的限制。

筒體結(jié)構(gòu)。通常由一個(gè)或者幾個(gè)筒體作為豎向的承重結(jié)構(gòu)。它包括框筒結(jié)構(gòu)、框架核心筒結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)、多重筒結(jié)構(gòu)和束筒結(jié)構(gòu)等。筒體結(jié)構(gòu)的水平荷載主要靠筒體來(lái)承擔(dān)，并且它的空間剛度比較大，抵抗地震能力也比較好。所以，在超高層建筑中筒體結(jié)構(gòu)在平面的布置方面和滿(mǎn)足相關(guān)功能方面有明顯的優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)論

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、建筑技術(shù)的日趨成熟和工程施工經(jīng)驗(yàn)的不斷地積累，因?yàn)槲覈?guó)人口比較多，人均用地比較少，所以高層和超高層建筑在中國(guó)的發(fā)展的潛力很大。我們可以看到隨著建筑結(jié)構(gòu)高度的增加，單一的建筑結(jié)構(gòu)型式已經(jīng)不能滿(mǎn)足超高層建筑對(duì)安全及使用功能的需要，所以應(yīng)用比較多的是巨型框架和巨型支撐，在超高層建筑結(jié)構(gòu)中鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。超高層結(jié)構(gòu)體系迎來(lái)的新的轉(zhuǎn)變，勢(shì)必會(huì)影響以后的超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由此可見(jiàn)未來(lái)中國(guó)的超高層建筑必定是以混合結(jié)構(gòu)體系為主，搭配巨型桁架和斜向支撐，同時(shí)廣泛應(yīng)用新材料。

[1]YiZhu,DennisPoon,SteveZuo,GuoyongFu.StructuralDesignChallengesofShanghaiT ower.[C].TheriseofAsia.2012.09.19.

[2]丁潔民.上海中心大廈之建筑與結(jié)構(gòu).[J].主體建筑：當(dāng)建筑與結(jié)構(gòu)相遇 2012（05）.

[3]黃用軍,何遠(yuǎn)明,彭肇才等.平安金融中心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究[J].建筑結(jié)構(gòu),2014,44(3),13-19.

[4]傅學(xué)怡,吳國(guó)勤,黃用軍等.平安金融中心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究綜述[J].建筑結(jié)構(gòu),2012,42(4),21-27.