高层建筑的发展方向论文

高层建筑的发展方向论文（精选12篇）

高层建筑的发展方向论文 篇1

现代高层建筑是随着社会生产的发展和人们生活的需要而发展起来的,是商业化、工业化和城市化的结果。19世纪初,由于主要建筑材料依旧是砖、石、木材,因而建造的高楼仍摆脱不了古老的承重墙体系。直到19世纪末期,在美国芝加哥相继建成了不少高楼。1883年建造的11层芝加哥家庭保险公司大楼,是采用由生铁柱和熟铁梁所构成的框架来承担全部的荷载。从结构来看,它属于用于现代多层、高层建筑的框架结构,这是目前公认的世界上第一幢有现代意义的高层建筑,如图1所示。进入20世纪,现代高层建筑有了较大的发展,1913年建成的纽约伍尔沃思大楼,52层高,243.8 m,是当时的最高建筑。1931年,纽约的帝国大厦(Empire State Building)建成,大厦102层高,381 m,它的建成是世界建筑史上颇为引人注目的大事,它享有“世界最高建筑”之美誉长达40年,成为摩天楼的象征。马来西亚吉隆坡石油双塔大厦1998年建成,95层,高452 m,见图2。中国上海金茂大厦1998年建成,总高421 m,为我国大陆地区最高建筑;上海环球金融中心在建,总高492 m。目前,各国都在酝酿着500 m高度超高层建筑。中国台北101大楼,2003年建成,总高508 m,是目前世界上的最高建筑。

高层建筑的发展,充分显示了科学技术的力量。科学技术日新月异,轻质高强材料的出现以及机械化、电气化、计算机等在建筑中的广泛应用,使高层建筑向“空中城市”发展。未来的超高层建筑的发展趋势是智能化、生态化、巨型结构、与文化相结合,向技术先进和艺术完美相结合发展。

1 超高层建筑巨型结构

目前世界高层建筑发展的趋势是竞相推出高度超过500 m的超高层建筑和满足一些特殊功能的高层建筑。为了满足现代建筑的新需求,巨型结构具有潜在的高效结构性能,正越来越引起国际建筑业的关注。巨型结构是由巨型构件组成的主结构,与其他结构构件组成的次结构共同工作的一种结构体系,主结构通常为主要抗侧力体系,次结构只承担竖向荷载,并负责将力传给主结构。巨型结构是一种超常规的具有巨大抗侧刚度及整体工作性能的大型结构,是一种非常合理的超高层结构,对于建造500 m以上的超高层建筑物,是最合适的结构体系。

中国香港的中国银行大楼[2],是成功采用混合结构的杰出例子。该大楼72层,总高度368 m,主体结构为巨型的空间桁架构架,在抵抗倾覆力矩中承担压力或拉力的杆件,由原来的沿房屋周边分散布置,改为向房屋四角集中,埋置在3个桁架平面的3根工字形钢柱,不像通常那样用钢结构的复杂节点构造把它们连接起来,而是把汇集在角柱处的弦杆包藏在巨型的钢筋混凝土角柱内,避免了空间钢桁架的复杂节点构造,简化了制造工作量,节约了大量的钢材。由于巨大角柱在抵抗任何方向倾覆力矩时都有最大的力臂,从而更加充分的发挥了结构和材料的潜力。由于结构体系简单,结构性能良好,节省钢材(据统计,结构的用钢量还没有达到这种高度的建筑物结构正常用钢量的1/2),被誉为新一代高层建筑的先驱。

2 高层建筑与文化结合

高层建筑的兴起给城市文化带来了新的诠释,成为了城市的地标、文化、经济实力的象征。在不同的地区和位置,高层建筑独特的形象往往是建筑设计师的重要目标之一。城市是由建筑组成的,城市建筑作为城市精神的物质载体,与人的生活密不可分,建筑是城市文化最重要的表达方式。每栋建筑都作为一个符号独立存在着,成为城市文化景观中的必要组成部分,一个没有文化的城市是没有底蕴和活力的,而一座优秀的城市建筑,带给这个城市的文化价值则是难以估量的[3]。

欧美的高层建筑在20世纪90年代后,主要不是向高度突破发展,而是以多样化的形态更好地满足建筑功能和建筑艺术的要求。而20世纪90年代末兴建的柏林索尼中心则在圆环形布置的高层办公楼中间,形成了一个巨大的圆形中庭,由双层悬索架起膜和玻璃的屋面,产生一个超级的共享空间。

著名高技派建筑师西萨·佩里在马来西亚设计的吉隆坡石油双塔大厦,造型简洁的塔楼包含了传统伊斯兰文化韵味。中国国内的高层建筑同样传达了文化的魅力。上海金茂大厦建筑构思和结构构思借鉴了中国重檐砖塔形象,阶梯状层叠递缩的外形以逐渐加快的节奏向上升腾,直到高耸的塔尖,取得了雅俗共赏的效果(见图3)。

3 高层建筑智能化

智能建筑于1980年代初期在美国的康涅狄格州(Connectic-ut)诞生。人们普遍认为该州州府哈特福德市的City Place(城市大厦)是世界上第一幢“智能建筑”。智能建筑是把现代的高新技术——智能型计算机、多媒体、现代通信、智能保安、环境监控等技术与建筑艺术融合在一起,通过对设备的自动监控,对信息资源和对使用者的信息服务及其与建筑优化组合,使人们获得合理投资,从而向人们提供一个高效、舒适、便利的建筑环境。

最新的智能化节能思想,不仅能感应到室内温度,通过调节空调系统来调节温度,建筑的智能装置还能随室内外空气参数和天气状况的变化,做出合理利用外界环境和室内调温系统的综合考虑。如智能外遮阳系统、通风百叶装置,它能随天气而转动、启闭。建筑顶部的百叶窗以及跟踪式太阳能装置,都可以通过一种算法控制,从而随太阳的位置转动,达到充分地利用太阳能的目的,以最小的能源消耗维持建筑内部的舒适环境[4]。

建筑智能系统还能随外界环境的变化,由智能化系统进行控制,做出相应的变化。这种可变能力具有调整和适应能力,从而适应新环境,对不同的环境做出最合适的反应。

4 高层建筑的生态化

建筑生态学的概念,是20世纪70年代能源危机时期由美国建筑师鲍罗·索勒里发明的。“建筑生态学”是建筑学和生态学两词的结合,它力求结合生态学原理和生态决定因素,在建筑设计领域寻求解决人类聚居中的生态和环境问题,改善人居环境,并创造出经济效益、社会效益和环境效益相统一的效益最优化。所以说,建筑生态学的产生具有历史的必然性。

2004年,高达180 m,40层的庞然大物以优雅的姿态坐落在伦敦传统城区,它就是福斯特建筑师事务所以生态、环境友好为出发点,设计的号称伦敦第一座环境摩天楼(London’s First Environmental Skyscraper)(见图4)。预计比同等规模的办公建筑节能50%。这座大厦被伦敦人熟知的名号是一个可爱、形象的比喻——酸黄瓜。正是基于曲线形的结构设计,对气流产生引导,使其缓慢地通过,气流就被建筑边缘、锯齿形布局的内庭幕墙上的可开启窗扇所“捕获”,帮助实现自然通风。然后在空气动力学曲线所带来的上下楼层间的风压差的驱动下,沿螺旋形排布的被分隔为2层或6层的内庭中盘旋而上,这样的自然通风手段可以使该建筑物每年减少40%的空调使用量。内外庭幕墙的设计,为建筑提供了最大化的阳光投入,减少了人工照明的需要,配合光照度和运动感应器,防止了一切不必要的照明。除了平面布局和幕墙设计,用更策略化的方法推进可持续发展的环境建筑设计理念,例如使用天然气这样清洁的能源,在所有可能的地方使用低能耗照具[5]。

空中庭院。为了改善人远离自然,易导致空调综合症、生态环境差的缺点,在高层建筑之内营造空中庭园,这是近些年来国外某些高层建筑追求与探索的新课题。英国诺曼·福斯特设计的德国法兰克福商业银行总部大楼就是突出的一例。在设计招标书中业主就明确强调是在寻求一个确确实实与众不同的创新建筑物,并提出设计的环境呵护的好坏应和使用功能的价值一样重要。大厦标准层为三角形,利用中间三角形天井组织自然通风,工作空间则围绕着天井每隔8层布置一个3层高的空中温室花园,园中种植大量植物,不但解决了自然通风问题,而且使地处高密度市区的办公环境得到了明显地改善。

5 结语

1)巨型结构良好的结构性能和建筑适应性,适应了超高层建筑的发展,是今后超高层建筑结构发展的趋势。

2)文化的驱动力也是高层建筑发展的一个重要因素。

3)智能建筑是信息化时代的产物,基于智能化技术与绿色建筑节能技术相结合的可持续发展智能建筑是当今智能建筑的发展方向,高层建筑也必然要适应这种时代的潮流。

4)“可持续发展”是人类社会发展的理想。生态建筑就是人、自然、建筑和谐发展的产物,能耗巨大的高层建筑也必须向生态化发展。

摘要：综述了最近国内外高层建筑的发展趋势,结合实例从人类发展的主题和科学发展的方向两方面对高层建筑领域进行了分析,并对未来超高层建筑的发展趋势进行了展望。

关键词：高层建筑,发展方向,智能,生态

参考文献

[1]刘大海,杨翠如.高层建筑结构方案优选[M].北京:中国建筑工业出版社,1996.

[2]沈祖炎,陈荣毅.巨型结构的应用与发展[J].同济大学学报(自然科学版),2001(3):5-6.

[3]王睿,高层建筑造型艺术与结构概念设计[J].重庆大学,2007(6):16-18.

[4][英]迈克尔,威金顿,祖德.哈里斯:智能建筑外层设计[M].大连:大连理工大学出版社,2003.

[5]李真.180 m的生态——环境摩天楼瑞士保险公司大厦[J].时代建筑,2005(4):5-6.

高层建筑的发展方向论文 篇2

建筑业是中国国民经济五大支柱产业之一，在近十年的发展过程中，由于人们对建筑物外观质量和内在要求的不断提高，使装饰装修的比重在工程造价中不断提升，在高档建筑建设中，装饰装修已占工程造价的40%以上。与此同时，建筑装饰材料行业随着房地产、建筑装饰业的发展得到了快速发展。目前，中国已经成为世界上装饰材料生产大国、消费大国和出口大国。

1、概述

1）中国建筑装饰协会统计显示，2005年建筑装饰行业实现工程产值1万亿元人民币，首次超过了汽车产业，从业人员达到1400万人。

2）建筑装饰行业年增长速度达15%以上，在国民经济各行业中处于中上水平，并远远高于GDP的增长速度，为国民经济增长做出了显著贡献

3）预计到2010年全行业实现工程产值将达到2万亿元。

建筑装饰装修材料品种门类繁多，更新换代十分迅速，与人民生活水平提高和居住条件改善密切相关，是极具发展潜力的建筑材料品种之一。它的品种、质量和配套水平的高低决定着建筑物装饰档次的高低，对美化城乡建筑、改善人民居住和工作环境有着十分重要的意义。

2、建筑装饰材料市场各领域发展现状

装饰业的发展带动了装饰材料行业的快速发展，新材料的研发和使用也促进了装饰行业的进步。总体上看，20年来，我国建筑装饰材料行业随着房地产、建筑装饰业的发展得到了快速发展。目前，中国已经成为世界上装饰材料生产大国、消费大国和出口大国。材料主导产品不仅在总量上连续多年位居世界第一，而且人均消费指数已接近和高于世界先进水平。

3、发展前景预测

党的十六大提出全面建设小康社会目标，国民经济要保持7%以上的发展势头，这无疑为建筑装饰行业提供更大的发展机遇。

高层建筑的发展方向论文 篇3

【关键词】擦窗机；BMU；吊篮；建筑物外饰面

Development of high-rise buildings rub and trends analysis window Machines

Wang Xu-ri

（Tang Kehua Electric Power Equipment Co.， Ltd. in Beijing， Hebei Branch Handan Hebei 056001）

【Abstract】This article outlines the development process of high-rise buildings rub windows machine status and future trends， and to accelerate the development of our industry， the gondola made personal views.

【Key words】BMU；BMU；Gondola；Finishes outside the building

1. 引言

1.1 随着现代城市建筑的日益发展，作为一个城市、企业象征的高层、综合性建筑的外饰面，大多采用高级而又美观的装饰材料。为了使建筑物永保青春，减缓由于自然环境造成的城市建筑的老化过程，其外墙的定期清洗、维护、装饰越来越引起人们的高度重视，安全、实用、高效的外墙面清洗维护系统（擦窗机）已经成为高档建筑的一个必备设备。擦窗机Building Maintenance Unit（简称BMU）。

1.2 擦窗机主要有以下几个功能：

维护：可以承载两名工作人员对建筑物外饰面进行检查和维护。

清洁：可以承载两名工作人员定期对建筑物外饰面进行保洁、维修，可以使建筑物的外观保持整洁并风貌常新。

应急：在火灾等特殊情况下，可以垂直运送被困人员。

运输：可以垂直吊运一些电梯无法运送的物品和部件。

2. 擦窗机的发展历程及现状

2.1 我国擦窗机是在高处作业吊篮技术的基础上发展起来的，在上世纪80年代末，高层建筑在我国逐步出现，我国开始从德国、日本、荷兰、卢森堡等国家进口擦窗机产品。进入2000年以后，随着我国城市化建设的快速发展，各地通过高层建筑提升城市形象的要求，出现了越来越多的高层建筑，必然会加大对擦窗机的需求。因此在我国，擦窗机在城市建设中应用也越来越广泛，而且呈现出迅猛增长的势头。从国外进口擦窗机虽然能够满足我们的使用要求，同时也存在有成本高，设备供货期长，维护不方便等许多问题。

2.2 擦窗机在国外起步较早，目前国际著名擦窗机企业的产品都已进入了中国市场。这些企业的产品种类齐全，性能稳定，研发能力强，能适应各种复杂建筑外墙立面的清洗和维护的要求。

2.3 而我国擦窗机产品则起步发展较晚。

（1）上世纪八十年代中期，中国建筑科学研究建筑机械化研究分院、上海房屋科学研究院、北京建筑工程研究院等科研单位与国内的一些企业合作，在借鉴欧洲高处作业吊篮产品相关技术的基础上，开发研制了国产的建筑外墙施工用高处作业吊篮，并通过了省、部级鉴定，并投入批量生产。到了八十年代后期，中国建筑科学研究院建筑机械化研究分院为长安街上的中国人民银行金融中心研制了国内第一台建筑外墙清洁用擦窗机，填补了国内该类产品的空白。该产品是在高处作业吊篮的基础上，对悬挂吊篮屋面支架根据建筑物楼顶的特殊结构按非标设计完成，产品于1989年通过了部级鉴定。

（2）此后建筑机械化分院又与北京建筑运输机械厂合作，为西安东方大酒店项目研制了国内第一台上卷扬型轮载式擦窗机，并通过了北京市组织的检测、鉴定。之后国内一些企业和单位如北京清华紫光土木公司、北京建筑工程研究院等也相继开发了同类产品。但相对于国外总体来说，品种型号较少，技术性能相比还存在较大差距。到了上世纪九十年代中期，我国擦窗机产品进入了迅速发展阶段，通过消化吸收国外的先进技术，一些国内企业迅速开发出了多种型式的产品，也相继成立了多家专业性公司。

（3）目前国内已有50多家生产吊篮和擦窗机的企业。据中国工程机械协会装修与高空作业机械分会初步统计，擦窗机产、销量从2000年到2005年间增长了7%～10%。为适应市场需求，提升产品质量，2003年我国颁布了《擦窗机》国家标准GB19154-2003，为该产品的发展和进步起到了积极的促进作用。目前国内擦窗机生产厂家已发展到二十多家，形成了轨道式、轮载式、悬挂式、插杆式、滑梯式5种型式的系列产品，年产量约为400～500台套，产值约3～4亿。随着我国法律、法规的不断健全，文明程度的提升，大厦物业管理制度的建立，对高层建筑外墙的定期清洗及检修维护，已越来越得到人们的高度重视。大绳吊板人工清洗方式终将被取缔，擦窗机则是完成高层建筑外墙作业最安全、实用、高效的专用常设设备。安装擦窗机的必要性已得到了普遍认可。高层建筑设计独特，标新立异，要求的擦窗机型式也不尽相同，因此高层建筑在建筑设计时就要考虑擦窗机的安装型式，结构设计的承载要求，屋面的预留通道，擦窗机的停泊机位，与擦窗机专业公司、幕墙公司的配合设计等。高层建筑擦窗机就好比电梯，已成为一个大厦功能齐备标志的常设设备，得到了人们的普遍共识。

3. 我国擦窗机的发展趋势

擦窗机是一种科技含量较高的机电一体化设备，它也是一个和建筑设计及建筑施工密切关联的机械设备，所以涉及的知识面和专业面比较广。就我国目前现有的产品而言，虽然产品的品种和产品的性能已经有了很大的进步，但总体技术性能与国外先进厂家的产品相比还是存在着一定差距。因此，我国擦窗机发展的总趋势是致力于扩大作业范围，满足不同建筑的需要，让产品系列化，多功能，多适用性，完善安全机构的设计、落实关键部件考核试验，确保设备及作业人员的安全，并对产品的结构进行调整，重视企业的创新。

3.1 扩大作业范围，满足不同的需要。

（1）擦窗机产品需根据建筑物的高度、立面及屋面结构、承载、设备的通行空间等多方面因素来定型，仅一种型式是不能满足建筑结构需求的，所以要研发各种形式和不同规格的产品。

（2）除了轨道式外，目前企业还开发有轮载式、悬挂式、插杆式、台车式、滑车式、滑梯式等多种型式的擦窗机。其中轨道式的吊臂结构也要多样化，包括单臂、双臂、固定臂、变幅臂和伸缩臂等。国外技术成熟的厂家开发了许多新型结构型式的擦窗机使其具有较大作业范围，满足特殊建筑物的要求，如荷兰的LALESSE公司开发了可回转和伸缩的工作平台解决了外墙凹进立面的清洗维护作业，其最大工作平台可向前伸展可达6m。挪威的KOLTAK公司和芬兰的ROSTEK公司开发的悬挂式擦窗机，其电动爬轨器除可在水平轨道上行走外，倾斜轨道、圆弧轨道、垂直轨等都可行走作业。德国的MANNESMANN公司和澳大利亚COX公司为解决多个立面的清洗和维护作业，开发了伸缩臂式擦窗机，其最大伸出距离达45m。目前我国已开发应用的擦窗机吊臂最大伸出距离达到了40m，工作平台伸缩量可达4m。

3.2 产品的系列化。

系列化是擦窗机发展的重要趋势。所以要逐步实现产品系列化，从微型到大型不同规格的产品。这样可以明显缩短更新换代的周期，还能大大提高企业在国内、国际市场中的竞争能力和抗风险能力。大型产品特点是科技含量较高，研发与生产周期较长，投资较大、市场容量有限，但市场竞争相对较少，产品的利润相对较高。相对于我国目前本行业产品，在系列化上就显得很单薄，所以这方面要引起重视。事实证明，单一产品的生命周期是有限的，它的抗风险能力很低。企业必须尽快开发完善系列产品，努力向产品系列化，高效和节能方向发展。

3.3 产品的安全性。

3.3.1 操作人员的作业安全始终擦窗机技术发展的最重要环节。近年来为了进一步提高作业安全性，德国、澳大利亚、英国、比利时等国厂家在设备的电气、液压、制动以及传动机构和结构等方面都设计了安全保护系统。如德国MANNESMANN公司研制的上卷扬式擦窗机，除具备主制动、卷扬超速保护、后备制动保护、防撞保护、超载保护等装置外，在卷扬系统中还增设了钢丝绳防松保护装置、防乱绳保护装置。比利时POWERCLLM BER公司增设了以下安全装置对原爬升吊篮式擦窗机进行了改进：

（1）工作悬吊钢丝绳上设计电力联锁的超速制动保护装置；

（2）后备安全钢丝绳上设计吊篮防松落保险装置；

（3）吊篮工作悬吊钢丝绳断裂或倾斜时自动锁紧保护装置；

（4）当安全装置起动时，电力自动中断装置；

（5）当吊篮超载时电力自动中断装置。

3.3.2 此外，在近期的产品开发中，德国、澳大利亚、日本擦窗机产品采用了工作参数的自动监控和故障自动诊断技术，设备的远程监控，使产品的自动化程度、使用的安全性、可靠性及工作效率都得到了明显的提高。

3.3.3 我国擦窗机产品在安全保护系统研究上也有了取得了较大进步。中国建筑科学研究院建筑机械化研究分院和北京凯博擦窗机械技术公司合作承担了建设部“九五”科技攻关项目“墙面清洗、维护装修设备”，并研制了新一代的机、电、液一体化擦窗机产品。在安全保护系统方面，除以上所述国外的安全装置外，在上卷扬式擦窗机超速保护装置中，又创新设计了电控保护系统，使设备具备机械和电控双重保护，使产品的可靠性更加提高。

3.3.4 擦窗机能否安全、平稳、迅速地抵达工作位置进行作业，并使操作人员具有安全感，主要取决于该产品的使用性能，尤其是操作性能。国外厂商为了增强产品的国际竞争能力，很重视产品操作性能的完善。一些公司广泛在擦窗机上采用了计算机控制及交流调速控制系统。在这方面北京凯博擦窗机械技术公司，率先在国内开发出了具有国际先进水平的变频调压调速控制系统，采用一台变频器对多台电机进行分时控制，做到了擦窗机每一个动作都是软启动软着陆，降低了系统的震动和冲击，同时也降低了机械设计和机械传动的成本。在电气控制部分中采用了电脑可编程序控制器（PC机）逻辑控制，使很多控制和功能用程序来完成，减少了系统的硬件，大大提高了设备工作的平稳性和可靠性。此外，利用可编程控器智能化的特性，可以检测机械的运行速度，配合相应的执行元件带动机械制动器，可达到双重安全制动保护的目的。

3.4 产品结构的升级问题。

我国的擦窗机这些年虽然发展较快，但是在高端产品开发，新技术应用方面与国外的一些著名公司还有相当大的差距。尤其是产品的智能化控制方面，因此，擦窗机的发展要走高起点、高档次的精品化路线，才能使产品进一步走向世界。

4. 擦窗机的展望

随着中国经济水平的提高和现代建筑技术的发展，劳动成本也在不断的上涨。对安全，环保越来越重视，同样对擦窗机的需求量也在大幅度的增长。同时在中国建造的摩天大楼的数量占全球数量的一半还多，中国已成为建造摩天大楼的“头号主力”。目前中国正在建设的摩天大楼总数量已经超过200座，相当于美国现有同类摩天大楼的总数。未来3年，平均每5天将有一座摩天大楼在中国封顶。5年后，中国的摩天大楼总数将超过800座，达到现今美国总数的4倍。巨大的市场，也要求我们在学习国外先进技术的同时，可以结合我国的现状，发展具有中国特色的设备，符合中国市场需求的设备。

参考文献

[1] 薛抱新，祝志锋.高层建筑擦窗机的选型与建筑设计要求[J].建筑科学.2004（1）.

[2] 夏锈峰.浅谈我国高空作业车发展[J].装修与高空作业机械通讯.2010（1）.6～8.

[3] 陈建平.对我国高空作业平台产业发展的思考[J].装修与高空作业机械通讯.2010（1）.8～9.

[4] 兰阳春，薛抱新.擦窗机概述[J].建筑机械化.2010（7）.43～46.

[5] 张华，霍玉兰.BICES2009北京国际工程机械展会中高空作业机械观感[J].装修与高空作业机械通讯.2010（1）.16～24.

高层建筑的发展方向论文 篇4

一、绿色建筑与低碳建筑概念与特征

建筑是人类生活、工作、娱乐的主要场所, 但是建筑在从规划设计开始, 到施工、运行、后期的装修入户, 及至最终拆迁的生命周期内, 除规划设计外, 其他阶段都伴随着资源利用, 能源输入, 以及废水、废气、废物的排放。对于绿色建筑, 《绿色建筑评价标准》有如下定义:“在建筑的全寿命周期内, 最大限度地节约资源, 保护环境和减少污染, 为人们提供健康、适用和高效的使用空间与自然和谐共生的建筑”。

低碳建筑是指在建筑材料与设备制造、施工建造和建筑物使用的整个生命周期内, 减少化石能源的使用, 提高能效, 降低二氧化碳排放量。目前低碳建筑已逐渐成为国际建筑界的主流趋势。在发展低碳经济的道路上, 建筑的“节能”和“低碳”注定成为绕不开的话题。

二、如何实现建筑的低碳化

(一) 太阳能等可再生能源的利用

近年来, 可再生能源在世界范围内得到迅速发展, 可再生能源已成为实现能源多样化、应付气候变化和实现可持续发展的重要替代能源。太阳能作为一种天然的可再生能源, 具有常规能源所无法比拟的优点:储量的“无限性”、存在的普遍性、利用的清洁性和利用的经济性。在我们的平常设计工作中, 很多设计实例都用到太阳能, 太阳能的应用已越来越广泛。在海事大学东山游泳馆的设计中, 我们在建筑二层屋面上和建筑旁的坡地绿化中放置太阳能集热板, 吸收热量, 为泳池水加热, 是节能的一个好办法, 节约了很多能源。设计中使用的管板式太阳能热水器采用铜铝复合翘片管和高吸收涂料, 有很好的吸收并贮存热能的作用。在进行的住宅设计中, 已普遍采用太阳能热水器, 施工图设计中, 将太阳能热水器的竖向管道已布置在适合的位置上, 为建筑建成后安装太阳能热水器打下基础。

(二) 绿色材料的使用

20世纪90年代后, 绿色建材的发展速度明显加快, 国外已经建立了各种绿色建材的性能标准并推出相应的环境标志来规范绿色建材的发展。我国也相继颁布了一些与空气质量和绿色建材相关的标准, 如《室内建筑装饰装修材料有害物质限量》等。

在我们平时的建筑设计时, 选择什么样的建筑材料, 它们的性能怎样, 是否环保, 这些都应该是我们建筑师要迫切关注并精心解决的重要问题。下面举一些工程上的例子加以说明。玻璃是常用建筑材料, 对于每个建筑都必不可少, 但是, 玻璃的种类如今却相当多, 对于不同的建筑, 按照不同的使用要求, 需要采用不同功用的玻璃。我们现在的工程实例大多采用保温节能玻璃, 其隔热性能相当良好, 热量透过这种单面玻璃时会减少70%。我们使用的双玻中空玻璃, 双层6mm厚普通玻璃中间夹12mm后真空层, 能起到很好的绝热保温的作用。在金州中心汽车站等工程实例中, 需要改变光的透射率, 我们就使用镀膜玻璃, 在玻璃表面镀上一层金属薄膜, 改变玻璃的透射系数和反射系数, 对阳光有良好的控制作用, 可以吸收或反射太阳辐射, 减少室内外的热量交换。其中较为常用的LOW-E玻璃, 也叫镀膜低辐射玻璃, 我们在金石滩武警办公楼中采用, 可实现建筑的节能低碳要求。作为建筑材料的重要组成之一, 墙体材料正朝着高强、轻质、保温、隔热、隔音、防火、防震、防水、无毒、无害、无环境污染方向发展。我们在设计中, 现已普遍使用外保温系统, 外保温系统具有适用范围广、技术含量高、保护主体结构延长建筑物寿命、减少建筑物热桥、材料广泛、经济效益显著等优点。

三、发展绿色低碳建筑的意义

建筑本身就是能源消耗大户, 同时对环境也有重大影响。据统计, 全球有50%的能源用于建筑, 同时人类从自然界所获得的50%以上的物质原料也是用来建造各类建筑及其附属设施。另外, 建筑引起的空气污染、光污染、电磁污染占据了环境总污染的1/3还多, 人类活动产生的垃圾, 其中40%为建筑垃圾。对于发展中国家而言, 由于大量人口涌人城市, 对住宅、道路、地下工程、公共设施的需求越来越高, 所耗费的能源也越来越多, 这与日益匮乏的石油资源、煤资源产生了不可调和的矛盾。另外, 在建筑过程中使用的能量, 如电能、汽油、柴油等都附属有CO2的产生, 如电能来自煤的燃烧, 建筑物材料的运输来自于电能或者汽油、柴油的燃烧等, 而且这些耗能是巨大的。我国处在经济快速发展时期, 人们对高水平的生活的追求越来越强烈, 这种消费升级使得人们对建筑的要求越来越高, 人均耗能也越来越高, 产生的CO2废弃物越来越多, 这与全球倡导的保护环境理念相违背。

绿色低碳建筑体现了“科学发展观”, “以人为本”, “和谐社会”等多重理念, 符合人类社会发展要求, 顺应了时代潮流。我认为低碳的概念其实和节约型社会的概念是连在一起的, 这也正符合我国可持续性发展的需求。它本身不仅仅是指建筑节能, 而是将能源的消耗、环境等各个因素整合起来的一个概念。低碳主要是指减少整个社会的能源消耗, 因此低碳是大环境下的低碳, 只有在整个大环境下实现低碳, 才可能真正做到可持续性发展。

四、结论

发展低碳建筑, 倡导节能减排, 我们不仅要作为口号, 要将其落于实处。作为建筑师, 深知低碳建筑的益处, 应在实际工作中将其发扬光大。减少碳的排放, 减少建筑在生产和使用中能源的浪费和垃圾的排放, 创造清洁、安全、卫生的环境, 是每一个建筑师义不容辞的责任。中国的发展, 是可持续的发展, 经济要发展, 人民生活要改善, 在人民生产改善中不能照抄西方的道路, 高能耗的道路, 我们应该用比西方低得多的能源让我们的人民过上健康的小康生活, 成为建筑节能技术和建筑节能产业的强国。

摘要：随着社会的发展, 建筑节能和能源再利用的观念日渐深入人心。因此, 开展建筑节能, 提倡“低碳生活”, 对推动建筑节能乃至全社会的节能工作均具有重要作用。绿色低碳建筑正是顺应了这种潮流, 目前受到了全社会的关注。本文从绿色低碳建筑的概念和特征入手, 继而结合工程设计谈如何实现建筑的低碳化, 最后阐述实现绿色低碳建筑的意义。

高层建筑的发展方向论文 篇5

2.1外墙施工技术的发展

目前，为了提高高层建筑工程墙体的强度、刚度和稳定性，已经在外墙的施工技术上加大了研究，通过研究也取得了较好了成绩。在高层建筑的外墙施工中，大多数采取外墙与结构整体现浇的剪力墙模式，这样不仅仅能有效提高外墙的强度和稳定性，而且对于结构的整体性能有有所提高，对实现工程的效益具有良好的促进作用。

2.2厚板转换施工技术的发展

上文已经提到了高层建筑转换层的技术，这种转换层技术根据建筑物的施工特点、建设目的各不相同，其转换层的高度也各自有所不同。转换层结构一般有三种类型，即板式、梁式、桁架式三种，其中，板式转换结构是目前使用最多的一种形式，特别是在预应力结构研究出来之后，其厚板转换技术的发展提到了飞速的提高，促进不少高层建筑的建设。

2.3新材料施工技术的发展

现代住宅建筑设计的发展方向 篇6

关键词 住宅现状问题；住宅功能；住宅环境

中图分类号 TU 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)011-0181-01

住房市场化以后，我国住房建筑火爆发展。随着市场经济的成熟，我国房地产也进入了理性的发展时代。住房市场化就要求住宅建筑设计施工都随之有所发展，人们现在不单要求一个房子，而是一个良好的居住地。户型的设计直接关系建筑物居住是否舒适，房间的各个使用面积设计合理采光好坏成了评价住宅好坏的主要标准。居住条件要求的提高不单单是要求住宅面积的简单扩大，居住质量的提高为其根本。所以对设计人员提出更高的要求。

1 住宅现状问题

1）建筑过于密集。现代城市化的过程中，城市土地的价格寸土寸金。房地产的快速发展造就了一些开发商为了得到最大的利益把建筑物建的非常拥挤。大多数的商品房规划的不合理，大部分土地都用于建筑物的建筑而留给绿化很小的面积。这就给人们的住宅条件的提高带来了不利。现代住宅建筑要有足够的日照，这就要求建筑物与建筑物之间要有合理的空间和布局。

2）户型雷同化。过去的住宅建筑收到造价等方面的影响，建筑物的户型设计都出现雷同化。建筑物和建筑物的户型都基本一样。雷同化的建筑物使人们的生活单调、无趣，显然不适合人们对现代住宅建筑物的要求。

3）建筑结构不合理。房地产开发商为了取得最大的利益，有时候盲目的跟风，大小户型设计部合理。建筑物的内部各部分设计也不合理，没有根据具体的使用功能和条件合理的进行设计，空间没有得到更好的有效利用。导致我国住宅建筑在装修的时候首要就是拆墙砌墙，对室内各部分进行重新规划，这样不仅忽略了住宅建筑设计的部分，也造成了不必要的浪费。

4）采光通风不良。部分房地产开放商把利润放第一，在利润的驱使下很多建筑物采用的是大进深设计方式，建筑物进深高达20多米，这就给通风和采光带来了极大的难题。很多的建筑物的厨房只有内走廊的方向通过高窗进行采光，基本没有烟道，厨房的油烟基本都是通过排气扇直接像窗外排放。还有部分住宅的厕所是通过厨房进去的，根本不能达到通风和采光的要求。在实践过程中，建筑物的进深应在10 m-13 m为宜。现代住宅建筑主卧和侧卧都要有直接的采光和通风，厨房和卫生间也都必须达到规定的通风采光要求。

2 发展方向

1）完善住宅功能。住宅建筑的户型应满足用户的基本生活需要，住宅的功能必须要完备。现代住宅建筑物内部结构功能一般没有太大的变化，但是功能空间的专用程度在不断的提高。为了达到功能使用质量的提高，功能空间的专用程度就必须不断的提高。这就要求建筑物在功能上要公私分离，餐寝、居寝分离，起居、进餐、就寝分离。

公私分离就是把内部结构分为公共区和私密区。把客厅、餐厅、厨房、公用卫生间等划为公共区，而卧室、专用卫生间等私密性高的部分划分为私密区。在进行设计的时候按公私分离的原则对建筑物内部单元进行合理的划分以达到设计要求。在建筑面积容许的条件下可以将餐厅专用的分离出来，也可以将用餐空间和厨房设计在一起形成餐室厨房，也可以把餐厅附带有起居室内。

内部单元的设计也应该做到内外有别，干湿分区，公共区域和生活休息等区分开，尽可能的满足人性化的要求，做到高品质的舒适和健康的生活环境。

2）优化建筑结构。现代的住宅结构内部单元的规划基本上都是设计师设计完好的，但是不同的人群由于自身的原因对建筑内部结构要求也是不尽相同。这就给我们设计出的建筑物要满足各类人带来了极大的难题，而且现代住宅如果不具备留给住户更多的改造空间，那么再好的户型也会随着时间的推移而过时。

为了满足用户的需要设计师可以设计一种户内无梁无柱，只是由门窗、外墙、分户墙等维护结构组成的大空间住宅。通过这样的大空间住宅的设计，用户可以自己参与住宅的设计当中，设计自己喜欢的的内部单元。设计人员可以只将建筑物通过分户墙简单的把用户划分出相应的使用面积，并在其内部预先设计好一些使用功能单一，但是受设备、管道等制约和对住宅建筑物外型影响比较大的部分。这些房间的大小和布局都应该统一固定，比如：阳台、厨房、卫生间等。建筑物余下其他部分就可以让用户根据自己具体的想法和需要自行规划设计，并且可以满足用户随着家庭成员增多等原因对住宅内部结构进行重修划分。

由于现代住房建筑通常是框架结构，框架剪力墙结构，砖混结构等常用的结构体系。这些结构体系无法满足上面我们做出的对建筑物户型设想的要求，所以必须通过使用大跨度预应力楼板结构体系来达到这些要求的住宅型式。

这种住宅是未来住宅建筑发展的潮流，个性化的户型将支撑人的独立性并将成为以后的主导户型。于此同时这种住宅由于空间的可再造型，同样会成为日后二手房市场的宠儿，具有可再造性的房子即使是随着时间的推移也不会落后。

3）优化住宅环境。住宅小区的建筑设计通常要求有环境意识，良好的生境、生态的环境是人们理想的居住方向。当今住宅建筑的发展趋势就是关注生活区质量，高品质优美的自然环境、人文环境都对人们的生活、工作和健康都有很大的影响。现代的小区设计绿化面积不少于30%，并要和周围建筑物等协调统一。目前人们对住宅环境要求不是几个花坛和几片绿地能满足的，良好的生活环境是其理想的生活环境。

建筑物环境的设计部单单要满足用户的需要，其还得达到生态环保的要求。房地产的生态发展趋势越来越得到重视，这是人类可持续发展思想指导社会发展的大的方向。生态住宅的可持续发展就是不仅要满足当代人们对住房要求，又不损害后代的需求和发展。生态住宅业不是仅仅满足人们的需要，它更重要的是要保证社会整体的环境，保证能源合理使用及循环再利用，使能达到可持续发展的要求。

4）使用新材料和技术。在科技飞速发展的今天，住宅建筑在技术和材料上也要不断的创新，以满足人们对住房功能的要求。现代建筑物的功能越来越多，对建筑材料的要求也越来越高，隔热板、防辐射防水材料不断被使用。同时为了达到美观的要求，一些旧的建筑构件也被取代，比如铁窗等。住宅小区应采用先进的控制系统，热水中心系统、家用中央空调、红外监控可视对讲等功能、停车刷卡系统等先进技术产品运用也增多。

高科技新产品的运用不但可是改善建筑物使用功能和美观特点，还能增强建筑物的个性化和性价比。个性化、网络化等智能系统的使用可以提高建筑产品的品质和竞争力，满足用户需求的情况下达到更高的要求。

3 结束语

当今社会是个高品质的社会。住宅建筑的设计不但要满足用户的基本要求，还要达到更高目标。设计人员要努力探索新的布局，新的组合对建筑物布局和空间做更好的设计和规划，努力设计出更多更好的不同于现有建筑物的建筑住宅，不断通过各种创新来引导建筑设计市场，设计和建造出一定技术水平和艺术水平的新一代住宅建筑，并带动新一轮的宅建筑业市场的迅猛发展。

參考文献

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我国高层建筑建造技术的发展 篇7

1987年, 我国JGJ37—1987《民用建筑设计通则》规定:高层建筑是指10层以上的住宅及总高度超过24m的公共建筑及综合建筑。2010年我国JGJ37—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》规定高层建筑是指10层及10层以上或房屋高度大于28 m的住宅建筑结构以及房屋高度大于24 m的其他民用建筑混凝土结构。建筑高度大于100 m的民用建筑为超高层建筑。

高层建筑是近100多年来世界城市化、工业化和科技发展的产物。19世纪中叶, 美国开始兴建高层建筑, 到20世纪初才开始有较大的发展。1931年在纽约建成了102层, 高381m, 有65部电梯的摩天大楼——帝国大厦;20世纪名列第一高度的是马来西亚基隆坡的石油大厦, 88层, 450m高;进入21世纪, 目前排序的阿联酋迪拜哈利法塔以828m的高度堪称全球最高摩天楼;沙特麦加市的皇家钟塔酒店以高601m位居第二。正在建造的沙特吉达的“王国塔”, 设计高度1000m, 可能“后来居上”。

我国高层建筑起源于上海。1937年前, 上海已建成10层以上高层建筑约35栋, 其中1934年建成的国际饭店, 24层, 高82.5m, 不仅是解放前国内最高的建筑, 也是当时远东最高建筑。

中华人民共和国成立后, 从20世纪50年代开始, 在北京、广州等地, 建造了少量8~13层公共建筑;60年代, 在广州首次建成27层, 高87.6m的广州宾馆;70年代后期在一些大城市陆续兴建了一批高层建筑, 如广州的白云宾馆, 33层, 高115m, 北京前三门一条街共40万m2, 9~16层的高层住宅楼。进入20世纪80年代, 随着改革开放的深入发展, 全国各大中城市陆续兴建了一批以外事、旅游和商业、办公为主的高层建筑, 高层住宅也在兴起。据统计, 迄止20世纪末, 从当时国内已建成最高的100栋高层建筑来看, 全部为1985年以后建成, 其中93栋在90年代建成。这说明, 进入20世纪90年代, 高层建筑不仅数量越来越多, 且越建越高, 如上海金茂大厦88层, 高421m, 已是当时世界第三高度建筑;深圳地王大厦81层, 高325m, 名列世界第13, 尤其是进入21世纪近10年来, 我国的城市地标在不断长高, 房屋建筑的高度在不断刷新, 当前已建和在建、拟建的超过500m超高层建筑有:深圳平安国际金融中心, 115层, 高660m;上海中心大厦, 高632m;武汉绿地中心, 高606 m;天津高银金融大厦, 117层, 高597m;大连绿地中心, 高518m;北京CBD核心区“中国尊”, 108层, 高508m。

国内外高层建筑得到迅速发展的主要原因是:城市工业化和商业化的发展, 城市人口的迅速增长, 建筑用地的高度紧张, 促使建筑向高空发展。加之新型建筑材料——水泥、钢铁和电梯等设备的发展, 为发展高层建筑提供了物质基础。

《踩钢丝的巨人——世界超高层建筑研究报告》显示, 我国是目前全球拥有250m以上超高层建筑最多的国家, 共122座, 占全球总数一半以上。超高层建筑主要集中在人口密度较高的亚洲国家, 中东富庶国家如阿联酋和沙特阿拉伯的超高层建筑数量也相当多, 约占全球的21%, 而欧洲国家甚少。250~300m高的项目是目前已建成超高层建筑的主流, 而超过400m高的建筑共有16座, 除中东、美国、马来西亚共7座外, 其余都在中国。

发展高层建筑具有以下特点:

(1) 在市场竞技条件下, 城市建设用地价格昂贵, 发展高层建筑, 可以减少建筑占地面积, 减少各种市政管钱和道路的投资, 节约建设用地和城市设施费用。

(2) 发展高层建筑, 可将日常人们需要的各项社会服务, 诸如购物、餐饮、健身、办公、旅居等, 由传统的平面设置建筑改为按竖向立体分区进行布局, 这样人们可不出大楼即将事情办成, 既节省了人们行走的时间, 又可解决分散使用与集中管理的矛盾, 其经济和社会效益十分显著。

(3) 发展高层建筑, 可给人们提供更多的地面自由空间, 进行绿化, 增设休闲娱乐设施, 达到改善城市环境、美化都市景观、丰富城市面貌的目的。

1 高层建筑采用的结构材料和工艺多种多样

国内高层建筑的结构材料主要采用钢筋混凝土、钢-钢筋混凝土和钢结构三大类, 其中大量采用的是钢筋混凝土结构。进入21世纪, 由于超高层建筑的增多, 且超高层房屋高度大、层数多, 结构轴向力很大, 为减小混凝土结构断面尺寸的增加, 采用型钢混凝土结构或钢管混凝土结构等组合结构, 以提高结构的整体抗震性能, 确保结构有效使用空间, 并有利于结构防火。该类结构形式已广泛应用于超高层建筑, 如上海森茂大厦、国际航运大厦、世界金融大厦、新金桥大厦;深圳发展中心以及北京京广中心等。

混凝土结构体系的建造工艺, 主要有现浇工艺、预制装配工艺和预制装配与现浇相结合工艺, 其中以现浇工艺应用最为广泛。预制装配与现浇相结合工艺以及预制装配工艺, 虽然在20世纪70年代后期得到推广应用, 如北京曾建造16层全装配式高层住宅, 1976年北京前门十里长街曾采用预制装配外墙和楼板构件, 内墙墙体采用现浇方法, 建造了40万m2高层住宅建筑, 但由于存在工程造价比现浇工艺较高等诸多原因, 到20世纪90年代, 已被全现浇所取代。

2 地基基础地下工程施工技术迅速发展

高层建筑由于体形高大, 上部荷载大, 因此, 须加大地下的埋深嵌固深度, 以确保高层建筑的稳定性;须选用有效的基础形式, 使上部荷载更有效地传递给地基。为此, 高层建筑的基础工程绝非采用传统的独立基础和条形基础所能满足, 须采用桩基础、筏形和箱形基础以及桩基和箱基复合基础等技术。所以, 高层建筑的基础工程施工技术, 须解决桩基施工的送桩和沉桩技术、深基坑挡土支护技术以及筏基、箱基大体积混凝土施工技术等难题。

国内在高层建筑中采用桩基础已很普遍, 尤其在沿海软土地区更为广泛。随着建筑的高度越来越高, 桩的深度越来越深, 桩的直径越来越大, 单桩的承载能力也越来越大。

桩基础按成桩工艺分为打入桩和灌注桩两种。钻孔灌注桩在各地大量采用, 从非挤土灌注桩发展到部分挤土和挤土桩等数十种桩和成桩工艺, 灌注桩的最大直径已达3m, 最深达100m左右。钻孔灌注桩的特点是噪声和震动小, 施工简便, 造价较低, 尤其在土质较好、建筑密集的大城市采用较多。对于成孔技术, 除少数深度较浅及低地下水位的桩基可以采用人工成孔外, 一般均采用长短螺旋钻孔机成孔。

为提高灌注桩的单桩承载能力, 目前已向大直径 (d≥800 mm) 桩和扩底桩发展, 并研发了桩端压力注浆工艺, 对孔底虚土起到填充、压实、固结和加强周边土层的作用。目前水下钻孔和混凝土灌注技术均有新的发展。桩基的不断发展, 也带动了桩基承载力检验技术的发展, 目前已开发应用了高应变动测技术。

我国深基坑工程设计施工均已取得重大进展, 不仅在类型和品种上有所发展和创新, 且得到了综合应用。常用的有挡土灌注桩、钢板桩、土钉墙及地下连续墙, 部分配合土层锚杆进行加固, 以提高其挡土支护能力。如北京京城大厦工程, 基坑深23.76m, 采用锚拉式支挡结构, 将H型钢板桩打入土层, 挖土时沿基坑深度施加3道预应力土层锚杆, 比设5道土层锚杆节约工程费用约1/3。另外采用大直径灌注桩加土层锚杆的支挡技术也已广泛应用。土层锚杆技术不仅可用于较好的土层, 也已成功用于含水量饱和的软粘土层。将地下连续墙与土层锚杆结合起来使用, 也已取得较好效果, 如广州国际大厦工程。

已有工程将挡土支护结构与地下工程结构结合起来, 采用桩墙合一技术和桩柱合一技术等, 取得了显著的效果, 如北京新世纪饭店工程将挡土桩与地下钢筋混凝土外墙结合一起, 改为地下围护结构, 使挡土桩成为基础结构承重体系的一部分;另外, 将地下室的边柱用桩代替, 既可挡土支护, 又能承担结构荷载。

部分工程沿着基坑不同的深度, 综合采用几种不同的支挡技术, 取得了明显的效果。如北京某工程基坑深20多m, 上部采用土钉墙, 中部采用桩锚技术, 下部采用地下连续墙。大多数地下工程都采用上部土钉墙、下部桩锚施工技术, 如北京远洋大厦, 工程基坑16.75m, 成功采用了土钉墙 (6.75m高) 加桩锚 (挡土高度10m) 的组合式挡土支护结构。

土钉墙由原来用于深10m的基坑, 如今已扩大到15m深基坑, 并可与中间加土层锚杆和圈梁工艺相结合使用。内支撑也由满堂红支撑发展改为沿边圈局部支撑工艺 (利用圆拱原理) , 既可扩大基坑施工空间, 有利土方开挖, 又节省了支撑费用。如武汉绿地中心工程, 基坑深35 m, 土方量100万m3, 采用5道环形内支撑, 支撑最大截面为2.8m×1.5m。天津117大厦工程基坑直径188m, 基坑支护采用超大环形内支撑, 可称世界之最。

在一些软土地区, 发展“逆作法”和“半逆作法”进行基坑施工, 取得了显著效果。如南京青奥中心两栋塔楼, 高度分别为249.5m、314.5m塔楼与群房地下工程均采用全逆作法施工, 从高度、体量、工期上看均为国内首创;上海中心大厦, 基坑最深达29.3m, 土方量达60万方, 基坑施工采用逆作法, 创逆作法施工新记录。

在地下水位较高的地区, 为解决基坑施工降低地下水位问题, 虽然成功采用真空井点、喷射井点、电渗井点和深井泵等抽水降水技术, 并试点采用了冻结法, 但为节约地下水资源, 减少降水造成附近地面严重沉降问题, 许多地区采取了将抽水降水改为止水工艺, 确保周围建筑不致因为过度抽水而造成地基下沉等弊端。如北京绿地中心工程, 地下5层, 深31.3m, 针对地下水分布复杂的情况, 在基坑外四周, 采用止水帷幕封堵地下水, 在基坑内采用疏干井和集、排水井明排地下水, 效果显著。

为解决由于地下车库和高层空间群房大量出现产生的“抗浮”问题, 抗浮桩、抗浮锚杆和钢渣压重等抗浮技术正在不断发展。

3 混凝土结构的模架技术和钢筋混凝技术得到全面发展

随着我国高层建筑混凝土结构占主导地位的迅速发展, 模架技术和钢筋混凝土技术突飞猛进。

3.1 模架技术更新换代

模架技术与混凝土是一对孪生兄弟, 任何混凝土结构工程, 离开模板和支撑均不能成型。随着现浇混凝土结构广泛用于高层建筑, 促使模架技术全面更新。

自20世纪80年代提出“以钢代木”以来, 模板技术逐步发展已形成了组合式、工具式和永久式三大系列。有用于框架、框架-剪力墙结构梁、板、柱和墙体施工的组合式全钢模板和钢框木 (竹) 胶合板模板;在竖向结构施工中, 有适用于剪力墙结构墙体施工的工具式大模板, 有适用于高耸构筑物 (烟囱、电视塔、水塔等) 施工的工具式滑动滑板, 有适用于电梯井施工的工具式简形模和适用于筒体结构内筒施工的工具式爬升模板, 有适用于框架柱施工的工具式钢、塑料、玻璃钢柱模板;在水平结构施工中, 有适用于无梁楼盖结构施工的工具式桌 (飞) 模和适用于密肋楼盖施工的工具式模壳;还有各种永久性模板。对节约木材、确保绿色施工、减轻劳动强度、加快工程进度起到了决定性作用。其中特别值得重视的是:用于剪力墙结构的墙体大模板, 已发展采用面板与支架可以用不同材料 (钢材, 多层板等) 装拆组合的“组装大模板”, 大大增加了模板的周转效率, 确保模板材料的充分利用;用于筒体结构内筒施工的爬模, 大量推广使用了“液压爬升模板”, 爬升高度超过300m, 爬升速度达到2d/层, 不仅用工少, 而且解决了材料垂直运输问题, 减少了塔式起重机的设置数量;用于水平构件施工的各种永久性模板, 可减少模板的支撑数量, 加快了施工速度。在跨度大、有标准层、层高及开间布局变化不大的工程中, 其水平结构模板采用了先拆支撑后拆模板的“早拆技术”, 这样可缩短模板材料的使用周期, 减少材料用量, 降低施工成本, 效益显著;积极采用清水混凝土模板技术, 消除墙 (筒) 体表面抹灰湿作业, 既防止墙 (筒) 体表面抹灰易出现空鼓、裂缝等质量通病, 又降低了工程成本。

目前各地正在研发组合式和工具式铝合金、塑料模板, 积极实现以钢代木、以塑代木。但是近十多年来, 模板技术也出现了一些滞退现象, 主要是由于项目经理负责制的推行和模板专业化设计施工推进速度的迟缓, 致使为了单纯追求项目工程的经济效益不愿重金购置上述系列模板, 反而采用成本较低且不利环保的木模、多层板, 值得引起高度重视, 努力促进改革。

近年来, 模板的支承架和脚手架结合使用已很普遍, 取得了经济适用的效果。为了适应高层、超高层建筑的发展, 脚手架技术已从扣件式、碗扣式研发采用承载力大、适应性强、更加安全可靠的插接式、盘销式脚手架, 另外附着式升降脚手架、桥式、吊挂式、悬挂式及电动施工平台取代散支散拆的钢、木、竹脚手架, 用于高空作业, 正得到推广。

高层、超高层建筑筒体内结构施工采用中小距承重液压升降物料平台与组合模板一体化成套技术, 经专家评定该技术达到国际先进水平。该技术可带多面模板爬升, 可承载500kg/m2施工物料, 可提供多层施工作业平台, 满足方形、三角形、圆弧形等筒体结构施工。

3.2 高强钢筋、钢筋机械连接和后张预应力技术广泛应用

钢筋工程是混凝土结构工程的重要组成部分。我国建筑用钢筋经历了由低强度向高强度发展的历程, 初期的钢筋品种仅为碳素钢 (Q235) I级光圆钢筋时, 只能自行利用冷拉或冷拔工艺牺牲钢筋塑性方法, 提高钢筋强度。

随着高层建筑的逐步发展, 以低强度钢筋为钢筋混凝土结构主材的形势已经不能满足需要, 须进行低成本、高性能钢筋的研发, 克服建筑工程的“肥梁胖柱”, 减轻结构自重, 实现“四节一环保”。从20世纪80年代开始, 经过我国冶金行业的科技攻关, 逐步研制出建筑工程使用的高强钢筋, 如今已得到了推广应用。GB50010—2010《混凝土结构设计规范》已明确规定:400MPa、500 MPa级高强热轧带肋条钢筋作为纵向受力的主导钢筋;推广具有较好的延性、可焊性、机械连接性及施工适应性的HRB系列普通热轧带肋钢筋;列入HRBF系列细晶粒带肋条钢筋;RRB系列余热处理钢筋一般可用于变形性能及加工性能要求不高的构件中;冷加工钢筋不再列入规范应用。

高层建筑混凝土现浇结构工程施工, 粗直径 (Ø20~Ø40) 钢筋用量大, 需要在施工现场进行的钢筋连接量也大, 它直接影响着工程施工进度和工程质量。传统的焊接工艺如帮条焊、搭接焊不仅劳动强度大, 而且每个焊接接头焊接的时间长, 远远不能满足施工要求, 且配筋密集区在混凝土浇筑带来难度。20世纪80年代虽然研发了电渣压力焊和气压焊, 用于少量工程施工, 但因施焊技术要求高, 且质量难以完全保证故很少再采用。自90年代起至今, 研发了一系列钢筋机械连接技术, 如径向套筒挤压连接、轴向套筒挤压连接, 锥螺纹连接和镦粗锥螺纹连接以及各种镦粗直螺纹连接等, 这些接头的强度虽然都能接近或达到母材强度, 且具有无明火作业等特点, 但尤以其中等强滚压直螺纹连接和剥肋直螺纹连接, 不仅工艺简单, 而且性能稳定, 得到迅速推广应用。

此外, 钢筋网片的广泛应用, 可减少钢筋的绑扎时间;成型钢筋的推广应用, 可减少钢筋非工业化加工的损耗, 有利于质量的控制;钢筋锚固板的应用, 可取代传统的弯折钢筋锚固, 节约钢材, 方便施工, 减少结构中钢筋拥挤;钢筋定位件的采用, 可控制钢筋保护层和钢筋间距, 确保混凝土结构质量。目前均已制定了标准, 并得到推广应用。

随着现浇混凝土结构的广泛应用, 用于预应力技术的先张法已不适用, 后张法无粘结预应力技术也逐步得到推广应用, 特别用于大跨度梁、板结构显示出它的优越性。如北京饭店贵宾楼, 采用无粘结预应力技术用于无梁楼盖, 降低了楼层层高, 并在建筑总高度不变的情况下, 增加了2层, 效果十分显著;首都机场新航站楼跨度为18m的大梁, 采用了无粘结预应力技术, 使梁的高度降低为800mm, 大大降低了楼层高度, 并在30万m2的新航站楼工程中, 全部推广了无粘结预应力技术。无粘结预应力技术的迅速发展, 促使配套使用的大吨位锚固体系和张拉设备的研发日益完善。诸如金属波纹管和塑料玻纹管的成孔技术, 穿筋和环向、竖向超长预应力束等工艺均有了长足的发展, 如北京中央电视塔250m塔身、上海东方明珠高405m塔身及天津电视塔均采用了无粘结预应力技术。目前后张法预应力技术已发展用于有粘结施工、缓粘结施工、预制构件施工和体外预应力施工。

3.3 混凝土技术向预拌、泵送、高性能、机械化方向迅速发展

虽然我国应用预拌混凝土已经历近30年, 它能够克服城市施工现场狭窄、砂石堆放困难以及减少拌制噪声、防止污染环境等, 但由于诸多原因发展仍然比较迟缓。

随着高层建筑现浇混凝土结构的广泛采用, 促使混凝土施工工艺机械化水平迅速发展, 首先是采用预拌混凝土的城市快速增长, 据统计2011年全国预拌混凝土生产量已达14.2亿m3, 创历史新高;至今北京、上海、广州、深圳、南京、沈阳、大连、常州等城市应用预拌混凝土量已经达到该城市混凝土总用量的60%以上, 接近发达国家水平。另外, 预拌混凝土需求量的增长促使混凝土的运送机械化水平如搅拌运输车、输送泵、布料杆等设备得到迅速发展, 特别是混凝土的泵送技术有了很大的提高。如北京的京广中心工程混凝土一次泵送高度达200m以上;上海金茂大厦工程一次泵送达到400m以上;近期施工的上海中心大厦工程C60混凝土一次泵送达到500m以上。混凝土垂直运送工艺大为简化。

由于预拌和泵送工艺的大量推广应用, 采用布料杆泵送工艺解决地下基础工程在大体积混凝土底板, 工程不留施工缝的连续浇筑成为可能。如上海市海伦宾馆工程, 基础混凝土6.8万m3, 设计要求一次浇筑完毕, 不准留施工缝, 采用泵送工艺仅65h全部浇筑完毕;北京东方广场工程, 采用泵送工艺, 24h一次浇筑基础底板混凝土1.2万m3。

我国在研发和采用高性能混凝土进程中已广泛使用了各种外加剂, 如减水剂、早强剂、缓凝剂、防冻剂、引气剂、膨胀剂、速凝剂等, 对改善混凝土的工艺和性能均起到明显的作用。在掺合料应用方面, 尤其在综合利用粉煤灰方面, 在节约水泥、改善混凝土性能、减少混凝土收缩以及控制混凝土裂缝的产生方面, 均获得了可喜的成效。

高层建筑地下室箱基、筏基工程大体积混凝土的厚度有的达到几公尺, 为控制大体积混凝土温度裂缝的产生, 采用合理配制原材料, 掺用粉煤灰, 减少水泥用量, 利用混凝土后期强度 (60d或90d) , 取得了丰富的经验, 得到设计的认可, 并在规范、规程标准中作出了规定。另外, 在防止大体积混凝土应力集中、产生温度裂缝方面还采取各种有效措施, 如进行分段浇筑和“分仓法”施工;加强混凝土养护, 确保体内与体外温差不大于25℃等, 均取得明显效果。如北京绿地中心工程, 处于冬期施工的基础大体积混凝土厚度有1, 2.9, 3和3.2m四种, 采取添加掺合料 (煤粉灰+矿粉) , 减少水泥用量 (180kg/m3) , 加强保温等措施, 取得了很好的效果;再如北京兰色港湾地下基础工程, 面积300m×80m, 采用“分仓法”施工, 将整块混凝土底板切成30~40 m方块, 进行方块间隔浇筑, 半年后未出现肉眼可见的混凝土裂缝。

随着混凝土配制技术的进步, 目前用于高层建筑的低、中强度等级 (<C60) 的自密实混凝土 (self-compacting concrete简称SCC) , 其配制和应用已取得成果, 高强度自密实混凝土也已相继研制成功并已应用于工程建造。如北京新航站楼筒体墙采用了C60自密实混凝土;北京华能大厦工程的首层及中庭直径1400~1550mm的66根圆柱成功采用了C60自密实混凝土等。自密实混凝土用于垂直构件的浇筑, 已从高抛法发展采用泵送顶升法。如北京于家堡金融区起步区03-15地块工程, 26层C50~C60混凝土, 采用了顶升法浇筑。高层混凝土结构住宅建筑正在实现住宅产业化。

4 钢结构技术接近国际先进水平

21世纪以来, 随着我国钢产量的大幅增加, 超高层建筑的迅速发展, 以及建造技术经验的逐步积累, 采用钢结构日趋增加, 且钢材级别越来越高, 用钢量越来越大, 施工难度也越来越大。

钢结构作为一种节能环保可持续发展的结构材料, 由于取材对环境破坏小, 结构自重轻, 施工周期短, 抗震性能好, 且具有适合不同气候条件和大气环境等优点, 是实现绿色节能建筑的理想之一, 并于2005年被住建部列为建筑业推广、发展、应用十项技术之一。

钢结构建筑除了高度的优势外, 还可丰富建筑物的造型。纵观各地大城市建设, 高大巍峨的地标性建筑, 也都在建筑结构和形式上选择了钢结构。如国内具有代表性的钢结构建筑——央视新址工程, 既有高度, 也有建造技术难度, 被世界高层都市建筑协会2013年度高层建筑评委会评定为全球最佳高层建筑奖。

钢-钢筋混凝土结构, 既有钢结构的诸多特点, 且工程造价较低, 并有利于结构防火, 比钢筋混凝土结构可减小结构的断面尺寸, 确保结构有效使用空间, 也较多地用于超高层建筑。

近几年, 我国不仅在超高层公共建筑中广泛采用了钢结构, 且在住宅建筑中采用。它不仅具有上述钢结构的特点, 还比钢筋混凝土结构具有建筑立面丰富、户内有效使用面积大等特点。如陕西省咸阳市咸阳丽彩、天玺广场8度设防商住楼, 39层、高99.9m, 是我国采用钢结构建造的第一座高层住宅楼。再如包头万群都成32层住宅建筑群是国内最大的钢结构住宅小区。

钢结构 (包括组合结构) 的内筒体剪力墙, 目前已发展采用钢板混凝土剪力墙, 带钢斜撑混凝土剪力墙, 如北京奥林匹克公园瞭望塔, 高248m, 采用了圆弧钢板混凝土组合剪力墙;北京绿地中心工程, 地上55层, 高260m, 核心筒采用型钢混凝土剪力墙;深圳平安金融中心118层, 高558.45 m采用巨型框架-内筒组合剪力墙。另外, 在钢杆件的制造、连接等方面也在不断创新, 施工工艺也在不断发展。如深圳平安金融中心, 200mm厚八面体多棱角铸钢体焊接技术, 经鉴定认为达到国际领先水平;再如武汉绿地中心工程, 主楼高度636m, 主楼施工采用的塔式起重机高度达到580m。

随着国内钢结构高层建筑的发展, 为了延长它的使用寿命, 钢结构的防腐蚀技术也得到发展和应用。在总结经验的基础上, 2011年分布了JGJ/T251—2011《建筑钢结构防腐蚀技术规程》, 将会促进钢结构防腐蚀技术水平的进一步提高。

5 现代装饰和新型防水技术得到广泛推行

5.1 装饰技术

随着大批高层公共建筑的兴建, 人们对建筑物的环境和功能有了更高的要求, 促使在建筑装饰设计、选材和施工方面, 均向着高层次、现代化方向发展。

饰面装饰已从传统的湿作业抹灰发展为采用石材饰面、装饰陶瓷、玻璃饰面、塑料饰面、金属饰面、壁纸和墙布等。室内外天然石材饰面的广泛应用促进了产品品种和镶贴技术的不断更新, 产品品种已发展为镜面、雕刻面等多种产品;镶贴技术已从传统的灌浆法发展到直接干挂工艺, 从而解决了长期存在的石材表面泛色问题。如北京协和医院门急诊楼, 采用干挂树脂板材, 与干挂石材相比, 具有色调温暖、色差小、易清洗、耐水耐湿、耐热耐磨性好、重量轻、易加工等特点。玻璃和金属饰面已从室内装饰发展到室外幕墙装饰。陶瓷、塑料、壁纸和墙布装饰的镶贴已采用了各种胶粘剂。

顶棚装饰技术已基本废除木龙骨板条抹灰作法, 发展为轻钢龙骨、铝合金龙骨和各种装饰 (吸声) 板吊顶, 其组合形式有活动式 (明龙骨) 、隐蔽式 (暗龙骨) 和敞开式, 且与灯盘、灯槽及空调、消防烟雾报警装置、喷淋装置等构成完整的装饰造型。另外, 采用玻璃或非玻璃透明材料作采光屋顶, 已成为现代屋顶装饰的一种时尚。

室内隔断墙根据需要, 除采用各种新型砌块砌筑外如石膏砌块、玻璃砖等, 也已发展采用整块板材拼装和轻钢龙骨与各类板材组装。

5.2 防水技术

随着高层、超高层建筑的发展, 出现了屋顶花园、采光屋顶、室内桑拿浴房和游泳池以及几十m深的地下室等, 其防水要求须根据建筑形式, 防水部位、功能特点等, 有针对性地选用防水构造、防水材料和防水工艺。

从20世纪80年代开始, 我国引进发达国家新型防水材料 (卷材、涂料) 用于一些大型公共高层建筑。随着材料的不断更新和国产化, 特别是为了满足环保要求, 其应用范围日益扩大。防水材料已由少数品种发展形成了多门类、多品种、包括各种堵漏、止水材料已得到广泛应用。防水设计和施工遵循“因地制宜、按需选材、防排结合、综合治理”的原则, 采取“防、排、截、堵相结合, 刚柔相济, 嵌涂合一, 复合防水, 多道设防”的措施, 使我国的建筑防水技术已日趋成熟, 并能够规范化作业。如研创的“排气屋面”技术, 使卷材屋面的平均使用寿命得到延长。再如防水、保温和找坡三合一的SF-Ⅲ屋面防水保温技术, 由于施工简便。造价较低, 很受欢迎。沥青非固化防水涂料 (信斯特SEAL) , 是一种胶状材料, 既可用于屋面、厕浴间防水, 也可用于地下防水, 能适应基层的变形, 曾用于国家体育场 (鸟巢) 工程。

近几年来, 刚性防水技术已逐步用于地下防水工程。它具有缩短施工工期、降低工程成本、延长防水寿命、易于修复、利于环保等特点。如水泥基“渗透结晶型防水材料” (赛柏斯) , 既可掺入混凝土体内, 也可进行混凝土表面处理, 并可用于堵漏;再如用于掺入混凝土体内的FS102和用于混凝土表面抹灰的FS101, 二者同时使用, 形成双保险复合防水, 已在国内普遍推广使用。另外, 曾经用于北京国家大剧院混凝土水池防水的“聚脲弹性防水涂料”, 效果较好, 也已得到推广使用。

6 建筑节能技术从无到有, 逐步发展

据统计, 建筑运行能耗约占全社会总能耗的1/3, 做好建筑节能工作对人居环境的可持续发展至关重要。外墙外保温技术是目前大力推广的一种建筑节能技术, 具有保护主体结构, 延长建筑寿命, 有效减少建筑结构热桥, 利于室温保持稳定等特点, 已在高层住宅建筑中普遍推广使用。

在高层、超高层公共建筑中, 随着玻璃幕墙越来越多的采用, 其本身的隔热保温作用对建筑物的能耗影响非常明显, 节能技术对玻璃幕墙的应用正在发展。除不断提高幕墙本身材料的保温隔热性能如采用中空玻璃等外, 在幕墙的构造上也向双层玻璃构造发展;在满足功能性方面如智能通风、智能遮阳、智能照明等方面, 也在研发采用, 如北京朔黄发展大厦工程, 地上18层, 高75m, 大厦主立面幕墙采用了双层玻璃幕墙, 玻璃肋幕墙、石材幕墙和光电屋顶等, 节能技术有隔热保温技术、高层通风技术、LED绿色照明技术、太阳能技术和智能控制系统。目前已有不少省市对多层、小高层建筑强制实行太阳能集中热水系统。建筑节能技术是一项涉及建材、建筑设计、建筑构造、建筑物理、建筑施工、暖通空调等综合性的工作, 还涉及到物业管理、政策法规多方面, 须加强合作, 协调配合, 努力实现目标。

参考文献

[1]侯君伟.近20年来我国建筑技术的创新建筑技术[S].建筑技术, 2001, 32 (11) .

[2]混凝土结构工程施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2014.

[3]建筑工程模板施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2015.

对我国高层建筑体系发展的研究 篇8

我国的高层建筑发展始于20 世纪初, 1921 年至1936 年, 在上海、广州首先出现了一些高层建筑物。50 年代到70 年代高层建筑出现了一定的发展, 知道80 年代我国高层建筑才得到快速的发展。1990 到2010 年我国高层建筑的发展取得了可观的成绩。近几年, 我国上海、广州、香港等地建设出了世界级的高层建筑。本文就我国高层建筑发展的特点、高层建筑结构设计研究和标准规范编制等方面进行了详细的介绍。

1 我国高层建筑结构发展的特点

通过对我国高层建筑体系的研究得出我国高层建筑的发展具有:高度增加、体型日趋庞大、新型混合结构不断涌现。

1.1 建筑高度不断增加

十九世纪20 年代到30 年代我国高层建筑首先出现在上海、广州, 主要的代表性建筑有:上海大厦、上海国际饭店等;解放后我国高层建筑的发展加快, 建成了47.5m高的北京民族饭店, 1968 年建成的广州宾馆;70 年代建成的114m高的广州白云宾馆是我国高层建筑的里程碑事件;1980 年以后随着改革开放的进行, 我国的经济得到了快速发展, 我国高层建筑的发展取得了可观的成就:1990 年建成了208m高的北京京广中心, 1992 年建成的广东国际大厦高达200m1998 年建成的420m的上海金茂大厦更是举世瞩目。

通过调查资料, 到2008 年我国150m以上的高层建筑已经达到200 多栋, 但是这些高层建筑在我国分布也不均匀大多分布在东南沿海地区。2006 年国际高层建筑与城市协会出版的世界上最高的101 栋高层建筑统计, 在所列的101 栋高层建筑中我国拥有33 栋其中大陆占有20 多栋, 这个客观的数据表明我国高层建筑建设已经居于世界前列。

1.2 结构体型日趋复杂

随着建筑行业的不断发展, 我国高层建筑仅仅在功能方面满足要求是不够的, 建设者在结构体型方面也不断进行改造, 高层建筑体系的发展得到了进一步的优化。

随着改革开放的进行, 我国经济得到了迅速的发展, 高层建筑的建设也展现出新的潮流, 结构更加完善、体型更加复杂、形体更加特殊。特别是近几年我国高层建筑出现了各种体型复杂的建筑物以及连体结构还有各种混凝土结构也在高层建筑中得到应用, 以往的设计规范以及设计标准已经难以满足新型的复杂的体系。主要的体现是抗震设计无法满足要求, 抗震设计很多都不规范。例如在日本神户、中国台湾及2008 年的5.12 汶川地震中, 一些特别不规则建筑受到严重破坏。

1.3 超高层建筑以钢-混凝土混合结构为主

我国高层建筑的结构与国外高层建筑结构有所不同, 国外主要是以纯钢结构为主, 而我国则以混凝土混合结构更多。据统计中国高层建筑中混合组合结构占很大的比例, 在不同的高度上所占比例也有所不同, 150m以上的高层建筑混合、组合结构约占22.3%; 200m以上的高层建筑混合结构约占43.8%;300m以上的高层建筑, 混合、组合结构约占66.7%。我国正在建设的高层建筑也主要采用的是混合、组合结构这也是我国高层建筑走在国际前列的一大表现。

2 高层建筑物的发展趋势

2.1 构件立体化

高层建筑在受到水平荷载压力时, 维持稳定性需要依靠竖向构件提供的作用力来提高稳定性。在所有的竖向构件中各类构件的抗推刚度也有所不同, 竖向线形抗推刚度很小;竖向平面构件只在平面内有具大的抗推力度。我国高层建筑运用的结构中有由4 片墙或者密柱围成的墙筒和框筒, 他们的基本原件虽然是线性构件或者平面构件, 但是已经转变成了立体构件, 其力臂的抗力也就是横截面受压区中心到受拉区中心的距离很大, 从而适用于层数很多的高层建筑。

2.2 结构支撑化

我国将高效的侧力构件框筒应用于高层建筑, 然而这种构件也有弊端它的抗剪刚度和水平承载力受到它固有剪力滞后的影响得到削弱。尤其是高层建筑的尺寸变得越来越大, 建筑功能的要求提高而需要增大柱距, 相应的剪力滞后效应就变得更大。致使翼缘框架抵抗倾覆力矩的作用大大降低。

为了提高筒状结构的效用, 在高层建筑中发挥更好的作用。我们在框筒中增设了抗剪力墙板。同时在如果将承担压力的或者拉力的构件, 由原来的在建筑周边分布转向分布在房间四角在转角的地方形成柱子, 最后连成一个立体支撑结构, 将会有效的改善我国的高层建筑。巨大角柱在抵抗倾覆力时能形成最大的力臂, 这个优点使得框筒结构更能发挥结构作用。例如中国香港的中国银行大厦就采用了筒体结构, 极大的降低了钢材的使用量。

2.3 形体多样化

建筑师在建设高层建筑的过程中, 也渐渐地追求建筑的个性化, 高层建筑的平面、体型的新颖以及特性, 平面形状不再单一出现了扇形、八角形、圆形, 立面出现了外挑、内敛、立体、连体等结构, 这些变化为结构设计的标准和规范提出了更高的要求。

2.4 材料高强度化

随着建筑高度的增加, 结构面积占建筑使用面积的比例越来越大, 为了改善这一不合理状况, 采用高强度钢和高强度混凝土势在必行。

随着建筑结构对混凝土要求的不断提高以及混凝土材料的研发的不断发展, 混凝土在韧性以及强度等级方面得到改善。如今的高层建筑中已经大量应用C80和C100 强度等级的混凝土。这种高强度混凝土在减少构件的自重的同时还可以减少构件的尺寸, 极大的推动了未来高层建筑的发展。随着高层建筑的发展, 高层建筑中钢材的运用也得到改善, 更多的运用具有良好的可焊性的厚钢板, 大大的提高了高层建筑的稳定性。

2.5 建筑轻量化

随着高层建筑越来越高。自重也越来越大, 相应的高层建筑物对抗震要求越来越高, 相应的自重变大使得对竖向构件和地基压力越来越大, 也带来了许多不利的影响。为解决高层建筑自重变大的影响, 目前许多高层建筑已经采用高强轻质混凝土, 以减轻建筑物自重。例如, 美国的52 层、高218 米的贝壳广场大厦就是采用轻质高强混凝土。

3 结语

我国高层建筑物正面临着巨大的机遇和挑战, 经济以及城市的快速发展, 城市用地越来越少, 高层建筑必然成为城市建设的发展趋势。然而高层建筑的不断发展, 建筑物所需要的承载力以及抗震要求各种规范越来越高, 我们要不断地提高设计理念, 向各国高层建筑学习经验, 加大高层建筑的研究, 为我国高层建筑体系的发展做好推动力。

参考文献

[1]沈小璞.高层建筑结构设计[M].合肥工业大学出版社, 2006, 12.

[2]唐兴荣.高层建筑结构设计[M].中国建筑工业出版社, 2007, 1.

[3]张珊珊.高层建筑造型艺术[M].黑龙江科学技术出版社, 2005, 3.

[4]覃力.日本高层建筑[M].中国建筑工业出版社, 2005, 4.

[5]中国建筑标准设计研究院.高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程[M].中国计划出版社, 2008, 10.

高层建筑结构设计的发展研究 篇9

现代高层建筑起源于美国, 1894年纽约曼哈顿的人寿保险大厦标志着进入超高层建筑发展阶段。建筑业作为国民经济发展中的一大行业部门, 受近几年土地价格上涨和建筑技术提高因素的推动, 高层建筑如雨后春笋般涌现, 逐渐成为国内建筑业中的核心力量。2008年竣工的上海环球金融中心, 总楼层数101层, 主体高度492 m, 居世界第二;2009年的珠江新城西塔, 总高度432 m, 楼层数104层;2010年的广州电视塔, 主体高度450 m, 总建筑高度510 m……但是, 数量的增加并未带来质的提升, 国内的高层建筑在结构设计方面还存在着一系列的问题, 这些问题的存在也阻碍了建筑行业的进一步提高。为此, 本文将从各方面、各角度入手, 探析高层建筑中所存在的结构设计问题, 谈谈解决问题的对策。

2 高层建筑结构设计所存在的问题

我国高层建筑的结构材料一直以钢筋和混凝土为主, 而随着建筑设计思想和理念的更新与变换, 国内各建筑设计师对高层建筑的结构设计趋于多样化和复杂化, 这不仅对建筑结构材料提出了更高、更细的要求, 也给建筑技术带来了一定的难题。

2.1 嵌岩桩的竖向承载力计算和长径比问题的分析和计算

桩作为建筑物的基础, 在建筑的设计、施工等环节都有着重要的影响, 其承载能力的高低、对地层条件的适应性强弱和控制沉降性能的好坏对今后建筑施工有着积极的意义。自80～90年代以来, 受建筑技术和设备不断提高和升级的影响, 业内发明了很多新的桩型和新的工艺, 使得桩能更好、更大程度地满足于各类土木工程的实际需求。据相关数据统计, 有70%以上的建筑在设计和施工中需要利用桩, 而桩的费用占了工程造价的25%-33%左右。为此, 对设计人员来说, 对桩的承载能力如何计算和分析有着重大的现实意义。随着国内高层建筑的发展, 嵌岩桩得到了广泛应用, 然而由于嵌岩桩具有承载力大、试验耗费大的特点, 故完整的试桩实测资料不多, 这就约束了其承载性能的全面认识。近年来, 国内外大量的实测资料都表明, 嵌岩桩即使是在无覆盖层条件, 并非一律就是端承桩, 而较长的嵌岩桩大多属于摩擦桩, 很长的嵌岩桩可能完全属于摩擦桩。

2.2 超长钢筋混凝土结构温度应力

近年来, 超长钢筋混凝土结构在公共建筑和高层建筑中不断得到应用, 然而建筑设计理念与美感的要求, 使得建筑设计师要求在结构设计上不设或者少设温度伸缩缝, 导致不设温度伸缩缝的建筑结构长度远远超出了我国规定的伸缩缝限值。相反, 国外对伸缩缝的间距并没有严格的要求与规定, 只是要求建筑结构的长度超过一定值时, 计算温度引起的应力即可。同时, 由于混凝土结构尺寸的增加, 温差变化所引起的温度变形和混凝土水化热, 而温度变形和混凝土水化热又引起伸缩变形而造成应力问题。目前, 国内对温度荷载作用并没有严格的定义与规定, 只是在结构构造上做了一定的要求。由于温度应力是引起超长结构裂缝的主要原因, 容易受到自然环境或人为作用的影响, 也时时刻刻经受温度的改变, 当温差变化所引起的拉应力超过荷载引起的拉应力值时, 混凝土结构便会出现裂缝, 将危及结构的安全。

2.3 地下车库的建设

人民生活水平的提高使得近年来私家车数量逐渐增加, 城市中停车已经成为了一大难题, 而各高层建筑作为人口密集地, 如何解决好停车问题成为了建筑设计中的重要一环。为此, 国内大部分高层建筑的停车场都将地下停车库作为首选。据相关规定, 地下车库的柱网尺寸基本上在8.4 m×6 m左右, 而其结构设计由地质结构与水文条件所决定, 且车库内部还需保有消防通道和消防设施, 使得车库容积大大缩小。

2.4 钢筋混凝土梁腹部开孔后的承载能力

城市高层建筑一般都是作为写字楼的办公之所, 因此, 在建筑设计与施工中往往需要考虑配置空调、消防等设备, 而这些设备通常都是配置在楼层梁底下, 而这些梁需要在其腹部进行开孔后, 才能进行设备的安装。腹部开孔后的梁的承载能力与未开孔的大大不同, 其承载能力大大减小, 且不仅容易在弯矩或剪力最大处发生破坏, 而且还有可能发生在洞口处, 这大大增加了梁破坏的概率。

3 解决对策

(1) 运用有限元理论和ANSYS软件解决嵌岩桩的相关计算与分析问题。有限元方法是将结构离散化, 把荷载和位移简化到结点上来分析的数值计算方法。其既可以以位移为未知数, 也可以以应力为未知数。运用岩土的本构模型 (本构定律) 对材料的应力、应变、强度和时间的关系进行计算与分析, 为了便于计算与分析, 可广泛应用ANSYS软件。ANSYS软件在钢筋混凝土房屋建筑等工程中可以广泛地应用, 对这些建筑结构在各种外载荷条件下的受力、变形、稳定性及各种动力特性做出全面分析, 从力学计算、组合分析等方面提出了全面的解决方案。同时, 根据工程设计与施工的实际情况, 建立嵌岩桩的三维弹塑性有限元模型, 计算分析得到了嵌岩桩单桩竖向承载力特征值。

(2) 运用温度应力理论对温度载荷进行分类, 并加强对混凝土结构温度变形和温度应力的计算与分析, 着重分析计算季节温差引起的温度应力。同时, 考虑到影响温度载荷的因素涉及各方个面, 通过设定温度载荷组合系数、刚度折减系数和松弛系数等来分析和构造混凝土结构温度载荷的组合。

(3) 在地下车库设计与构建过程中, 加强顶板布置结构的设计和消防车等荷载的计算。地下车库的顶板设计关系着建筑物的结构受力与开发商的经济效益, 为此, 地下车库的次梁如何布置, 是否布置有着重要的影响。对此, 可采取8.4 m跨度方向设置1道次梁, 6 m跨度方向设置1道次梁, 顶板厚度180 mm;8.4 m跨度方向设置1道次梁, 6 m跨度方向不设置次梁, 顶板厚度取22 mm等各种不同的方案来权衡顶板的结构受力与经济效益。同时, 由于地下停车库需要设立消防通道, 为此, 要计算地下停车库对消防车的载荷能力。通过输入板跨长度、板厚以及覆土深度等信息, 结合《建筑结构荷载设计手册》得出消防车通道的荷载, 再考虑地下室顶板板跨和覆土深度, 计算各种情况下的消防车荷载。

(4) 结合不同类型, 加强钢筋混凝土梁腹部开孔后的承载能力计算与分析, 并就梁腹部的开孔进行规范。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》和《混凝土结构构造手册》的相关规定, 对钢筋混凝土梁腹部开孔的位置、大小、环节与流程等进行规范。同时, 通过计算开孔梁承载力、开孔梁挠度、开孔梁裂缝宽度以及孔洞周边补强钢筋等方面的计算, 来分析钢筋混凝土梁腹部开孔后的承载力;也可以根据计算的方法与依据, 对该计算过程进行编程, 简化计算流程, 提高建筑设计与施工的效率。当然, 在计算过程中, 要结合各种不同类型的腹部开孔方式来计算钢筋混凝土梁的承载力。例如早期建成的北京京伦饭店, 其剪力墙结构无缝长138 m, 超过了当时《高层建筑混凝土结构技术规程》45 m的限值。南京国展中心工程主体部分是两层的部分预应力混凝土框架结构, 建筑物总长度达292 m, 宽158 m, 纵横向不设缝均远远超出了我国规范规定的限值。此外, 杭州萧山国际机场楼228 m火72Jn, 采用无粘结扁梁一平板体系, 短向不设伸缩缝;杭州江干区全民健身中心117 m×51.6 m, 在梁上布置了无粘结预应力筋, 设置后浇带及加强配筋等措施以减少温度应力对结构的不利影响;浙江省金华市文化中心, 地下室197 m×76.m未设缝, 属于超长地下室钢筋混凝土结构。这些工程都采取了有效的裂缝控制措施, 并取得了理想的效果。

4 结语

高层建筑已成为了现代建筑业的中心, 且也是未来的发展方向, 正所谓“凡事要从源头开始抓起”, 因此, 探析高层建筑的结构设计问题具有十分重要的意义。本文就嵌岩桩的竖向承载力、地下车库、超长钢筋混凝土结构温度应力以及钢筋混凝土梁腹部开孔后的承载能力等4个高层建筑结构设计方面的问题进行了剖析。同时, 在今后的高层建筑结构设计中, 应特别注意这几方面的问题, 并通过理论模型与计算机编程的方法, 对这几个问题进行控制与完善, 保证建筑结构的完整与安全。

参考文献

[1]李文萍.建筑结构设计中若干问题的分析与研究[D].浙江大学, 2010.

[2]王兴锋.新益大厦高层建筑结构设计中几个抗震问题[D].天津大学建筑工程学院, 2008.

[3]曾立辉, 方铁成.浅谈建筑结构设计三问题[J].民营科技, 2008, (9) .

[4]段建华.国际工程建筑结构设计探讨[J].有色金属设计, 2006.

浅谈高层建筑的发展与特点 篇10

关键词：高层建筑,发展,特点

世界各国现代城市, 不论新建或改建, 普遍存在着用地紧张、地价昂贵等问题。城市人口集中, 需要建筑众多、绿地广阔。环绕城市中心区域和繁华地段, 建筑向空间发展, 向地下开拓, 又是各国城市建设中普遍存在的状况。许多国家对高层建筑的发展趋向, 虽也存在各种争议, 但除不提倡高密度、超高层建筑外, 根据城市实际条件, 在对数量、高度、密度、位置进行有效控制下, 高层建筑的适当兴建与发展, 仍然方兴未艾。

我国在解放前只有上海等个别大城市有少许几座高层建筑, 其多数是外国人建造。20世纪50年代到20世纪70年代中期, 主要象北京、广州等几个大城市兴建了一批不高的高层住宅与公共建筑。只是在20世纪70年代中期以后, 我国政治上逐步安定, 经济上发生变革:建立经济特区, 对外开放, 对内搞活经济, 引进外国先进技术, 大兴基本建设, 我国才真正开始兴建有份量的高层建筑。

高层建筑是利用少量用地, 向高空发展, 以多层重叠相同或类同平面, 造出内部空间数量甚多, 外部形象高耸雄伟的一种建筑形式。其特点是:

1 相对地节约用地, 缩短市政道路、管线。如我国旧城改建, 迁移旧有民房公屋, 程序麻烦, 费用也贵。香港、东京、纽约等大城市繁华地区的地皮都称之为“黄金地带”, 如东京新宿付中心, 每平方米地价贵达24700美元。因此采用高层建筑, 常以有限用地获得大量建筑面积。城市里建造有限制的, 适宜高密度的高层居住区、办公区, 可紧缩城区规模, 扩大绿化用地, 相应缩短道路与管线。近代发展综合性高层建筑单体或群体, 集居住、办公、商业等活动于一楼或邻近裙楼, 常形成微型城市, 可减少居住、工作与生活上的几处奔波, 节省时间, 方便生活, 有利工作。

2 美化街道景观, 形成城区中心, 丰富城市的形象与天际轮廓线。街道景观是由静体建筑物、道路、绿化、示牌、广告、灯杆等以及动体车队、人流所交织而成。矗立在街旁的建筑物, 特别是高层建筑物, 其体量巨大、体形突出, 无疑会成为赫然入目的街景主体;其群集的一区、一街、一广场, 常是城市建设、环境重心的所在, 该处也常成为某个活动中心、热闹中心, 从而大大改变城市容貌和形象。

3 兴建重大高层、超高层建筑, 是建筑科学技术发展到高水平的一个标志, 建设繁荣的一个侧面。高层建筑愈加群集, 高度愈高, 所需要解决的城市规划、建筑结构设计、基础工程、建筑材料、运输消防、空调、电气、施工技术及城市公用设施所需与之相配合的问题就愈加复杂。不依靠其它力量能独立自主解决此诸问题, 达到或超过国际先进水平, 这就是建筑科学发展的一个重要标志。

4 高层建筑的兴建受到各界的很高关注。它作为社会劳动的一种物质产品, 比起其他一般产品显然是庞然大物, 投资昂贵, 在资本主义社会里, 它成为房地产商最大最重要的一项“资本”与“商品”, 进行出卖或出租, 经济利润丰厚。在社会主义国家, 重要的高层建筑也只有国家重要机构能够兴建与属有。重大高层建筑与其组群, 由于其经济价值、功能价值、形成城市形象的美学价值, 其自身就是房地产商或建筑业强有力的宣传广告品。它们常为城市建设与规划部门的规划与工作的重点, 成为设计部门在设计竞赛或委托设计中的角逐或争取对象, 成为施工单位抢标施工的力争目标。设计与施工部门又常把承担重大高层建筑的设计与施工, 作为显示自己技术水平、承担工程能力、扩大社会信誉的最重要标志之一。

高层建筑的发展方向论文 篇11

【关键词】建筑行业；困难；发展方向；可持续发展；策略

【Abstract】Analysis of development trend of China in recent years， the construction industry is the relatively rapid development of leading industry， the healthy development have a significant impact on the future of our economy， for the construction industry must stand for the overall management perspective， examine the development of problems and development， and as a reference to develop a strategy for sustainable development， in order to effectively improve industry vulnerability， and promote the further development of the construction industry.

【Key words】The construction industry；Difficult；The direction of development；Sustainable development；Strategy

建筑行业是影响我国经济发展和社会发展最大的产业之一，它的发展同时带动着一系列相关产业的发展。据统计，建筑行业的销售额占经济总收入的40%左右，其相关行业的从业人员也位居全国首位，在我国排名前十的公司里，有七家都与房地产、建筑行业相关。但目前来看，我国的建筑行业在发展过程中还存在众多问题，豆腐渣工程、建筑质量不合格等消息屡屡充斥报纸，影响了未来的发展。对此，我们必须充分认识其中的问题，并明确未来的发展方向。

1. 我国建筑行业当前发展面对的困难

（1）行业发展潜力不足。

我国建筑行业发展虽然迅速，但是有效利用率不高，开发较为粗犷，管理模式不够规范，造成大量的资源浪费，而且我国工业化进度较慢，建筑行业里的企业发展也是参差不齐，大部分私企为了节约成本，不会在建筑科技应用方面投入过多，专有技术过少，缺乏高素质高技能人才，一线从业人员素质普遍较低。在建筑行业里的从业人员，有60%以上是农民工，大专学历人才只占3%，而且由于私企效益一般，公司制度不够完善，导致人才大量外流，留下的庸才居多[1]。

（2）市场混乱，主体行为不规范。

建筑行业，因为工程数额一般较大，所以常常会有暗箱操作，例如建设方不按法定规矩招标，规避招标，虚假招标，甚至是直接定标，此类行为较为普遍，严重影响市场公平。承建方轉让建设资质、围标、串标、违规分包情况严重。建设工程责任主体不明确，无法保证工程施工的质量，施工现场调配混乱，监理企业不作为，工程质量安全事故贫乏。另外我国企业大部分单纯追求利润，从没真正投资于技术开发，据统计局公布，我国企业用于技术研发的资金仅仅占销售总额的0.3%左右。

（3）技术创新机制未实现。

在我国，技术创新跟研发都不被企业重视，虽然我国建筑行业在规模上名列世界前茅，但是在建筑技术方面的贡献却仅仅为25%，美国欧洲等国家贡献率是80%左右[2]。另外我国虽然也设有技术创新奖，每年也有六七万件技术创新产品，但是真正能用于生产的不到总数的1/6。建筑企业缺乏一流的科研创新人员，没有有的鼓励机制，导致大量社会人才资源的浪费。

（4）政府要加大管理整治力度。

建筑密切关系到人的生命安全，保证每一栋建筑的质量安全是政府义不容辞的责任，政府必须加大管控监管力度，对无良企业严重处罚，决不手软。还要帮助社会建立一套信用机制先行的企业筛选制度。另外我国企业由于处于起步阶段，跟国外大公司相比，资本制

度各个方面还不完善，竞争力更不可同日而语，所以政府要加大支持力度，帮助小企业发展。

2. 建筑行业未来发展方向

（1）建筑行业的全球化和地域化。

随着科学技术的发展，交通工具的便利，人们交流变得越来越简单。各国之间的文化、制度、风俗、习惯互相渗透。建筑风格也是集百家之长，全球化趋势让我们了解和学习先进国家的新技术、新材料、新工艺、新设计，从而提高我们的管理、施工、欣赏水平。我们要在保持中国建筑特色的基础上，吸收国外精品建筑风格，融会一起，达到一种品质的飞跃。

（2）建筑的生态化和节能化。

随着人们环保意识的提高，环保被人们越来越重视，古时候提到的“天人合一”等境界成为当今建筑的主体，如何与自然和谐相处，利用自然能量回馈人类，成为当今建筑的又一大主体。

（3）建筑的智能化和自动化。

科技的发展，带来智能家居的新概念，人性化的自动调控房间，成为新时代建筑的又一大命题，利用感控装置，达到自动调节温度、空气湿度、进风量、背景音乐、灯光等因素。

（4）经营模式全产业链化。

随着经济发展，中国市场正逐渐朝国际化方向迈进，建筑行业市场也随着时代的脚步趋于国际化。建筑规模不断大型化，伴随着施工技术也日趋高科技化，复杂化，当然，有利必有弊，随之而来的风险也是不容忽视的[3]。建筑行业工程建设的综合性与包容性逐渐成为业主最主要的要求，为了减少风险，传统的承包模式己不再受到青睐，随之而起的国际投资、工程总承包、国际信贷等综合性合作方式却备受重视。业主对要求承包方对整个项目各个环节的解决方案都给以明示，从策划，集资，器械购置到具体的施工，管理几乎所有细节，都希望承包方给予全面方案，今后建筑行业的发展将以工程总承包模式为主。

（5）未来建筑行业必须具有全生命同期理念，所谓全生命同期理念，即全面整合整个价值资源链，从前期到集资融资，到后期的施工运动开展，贯穿整个项目系统的生命周期。这来源于业主日益增强的风险意识，也是整个建筑行业发展的必要性结果。

3. 我国建筑可持续发展对策

3.1规划与设计。

（1）第一，从宏观来看，设计者应重视设计中的建筑节能。节能的规划，大致包括选择成本代价较低而又适宜建设的基址；充分考虑建筑与外部环境的关系，决策一种空间组合形式，最优利用自然资源。从城市范围来说，规划对功能的合理分区，可以降低交通的出行量，亦是对能耗的节约。好的宏观环境成就好的建筑设计。

（2）第二，考虑建筑的节能，设计者应充分尊重地域特点，利用地域优势去做设计。同时，我国幅员辽阔，在气候条件、物质基础、文化理念等方面都有差异，尊重地域特点的设计，有利于保持我国城市的多样性，也是建筑对社会可持续发展的贡献。

（3）第三，在建筑的节能设计中，各专业都应对节能有所考虑。例如，优化建筑结构，增大可使用空间；升级给排水系统，做好废水回收，实现分质供水；注重景观的经济性和实用性，结合地域条件选择植物，降低护养成本等。重视每个单项的节能设计，才能整体地提高，优化节能成效。

3.2政策与落实。

（1）第一，为有效促进建筑的可持续发展，应制定针对性强的行业规范，有法律约束力的强制标准，健全的全过程监管执行机制，包含节能设计审查、节能施工检查、节能建筑认定、竣工验收备案等，同时给予优惠扶持，形成多方位、多层次的健全体系。

（2）第二，要实现建筑也的可持续发展，就必须加大力度培养建筑节能的专业人才，确保工艺质量和过程实施的可持续，并建立工程项目实施状态及时诊断机制，规范与控制实施过程中重要环节的节能成效，使节能、低污染落到实处。

（3）第三，应该建设一个供学术机构和业界进行交流的平台，使节能技术不只停留在学术论文中而不能发挥社会价值[4]。应形成配套的、系统化的技术体系促成技术研发、推广、应用几方面的有效整合，把节能设计软件、节能施工技术、新型材料等用于实际建设，促进、引导建筑的可持续发展，同时通过实践完善理论与技术。

（4）第四，重视能源、材料的回收利用。我国处在建设的高峰期，新建建筑要遵循可持续发展原则，如何用最低成本改善大量老建筑的能源浪费问题，以及最高程度对其现有资源进行利用，也是可持续发展的重要方面。

（5）第五，提高公众节能意识和参与度。通过宣传和教育，提高全民的节能意识和参与度，对于建筑的可持续发展意义重大。

参考文献

[1]唐菁菁，李志欣，梁文钊，赵挺生.建筑业发展现状分析与趋势预测[J].土木工程与管理学报，2012，04：84～88.

[2]杨胜志.可持续理論在建筑业发展评价研究中的应[D]..华南理工大学，2012.

[3]邓飞，刘贵文，孔平.我国建筑业发展现存问题、方向及重点领域分析[J].建筑经济，2011，10：20～24.

结构选型在高层建筑发展中的作用 篇12

一、高层建筑结构选型概述

1. 高层建筑结构选型概念

用一定的材料, 抵御一定的自然力, 建造一定的空间, 就是房屋, 而其骨架, 则为结构。至于骨架要如何立于大地, 使用木材、石材抑或是混凝土, 通过捆扎、搭接抑或是铰接等问题, 就涉及了结构选型的范畴。

高层建筑常用结构体系包括钢筋混凝土结构、钢结构、混合结构三类。其中, 钢筋混凝土结构包括传统结构 (框架结构, 剪力墙结构, 框架-剪力墙结构) 、筒体结构 (框筒结构, 筒中筒结构, 框架-筒体结构, 成束筒结构) 、复杂结构、悬挂结构、巨型结构等;钢结构包括框架体系、双重抗侧力体系、筒体结构、交错桁架体系等;混合结构包括钢框架-钢筋混凝土筒体结构、型钢混凝土框架-钢筋混凝土筒体结构等。大多数的高层建筑结构设计就是从以上结构体系中选择一个较为安全稳固、施工技术可行、造价经济合理的形式。

2. 高层建筑结构选型重要性

1) 高度增长带来的经济问题

高层建筑规模庞大, 无论是建造还是维护, 费用都十分高昂。如果因为结构选型的不合理使高层建筑造价猛增或是寿命骤减、经济效益缩水, 很可能造就一批烂尾楼以及衰败的楼盘, 这不仅仅使建造者蒙受了巨大的经济损失, 也使整个街道景观甚至城市图景遭受了一场灾难。

曾被评为世界“最大烂尾楼”的朝鲜柳京饭店就是活生生的例子, 由于拖延和停工, 柳京饭店一度被评为“人类史上最丑的建筑物”。即便是建成后, 一些建筑专家也认为该设计先天不足, 对其结构持怀疑态度, 甚至认为有倒塌的危险。本想用来炫耀财力的建筑, 非但没有让平壤增色, 反而成为了世人的笑柄。

合理的结构选型可以帮助投资者控制造价、提高经济效益, 确保更多的高层建筑可以按时完工, 同时确保它们的安全性, 这也就可以为城市景观做出应有的贡献。

2) 高层建筑的防火难的问题

高层建筑因城市用地紧张而诞生, 其巨大的体量可以容纳众多人员, 但造成了在发生火灾时疏散困难的问题, 过高的建筑高度也使消防车等消防设备难以辅助疏散。

就此, 笔者认为山崎实设计的原世贸双塔具有一些典型性。这个设计虽然创造性地开辟了结构模型——桁架楼板-密柱刚性筒体 (hollow tube) , 保证大楼在被飞机撞击后的一段时间内没有倒塌, 但其大楼的防火设计着实不尽如人意:柱子与楼板梁抗火性能不协调, 钢结构使用螺栓节点而非焊接节点, 防火保护层易脱落……

所以, 在选择合理结构体系的基础上, 做好防火设计可以延长高层建筑在大火中的寿命, 这非常有利于应对消防问题。

3. 高层建筑结构设计要点

1) 水平力是高层建筑设计的主要因素

高层建筑的竖向荷载 (建筑自重、活荷载等) 所引起的轴力和弯矩值仅与建筑高度成正比, 而水平荷载 (风荷载、地震作用等) 所引起的轴力及倾覆力矩则与建筑高度的二次方成正比。

2) 侧移是高层建筑设计的控制指标

随着建筑物高度的增长, 在水平荷载作用下其侧向变形迅速增大, 与建筑高度的四次方成正比。

3) 结构的竖向变形不可小觑

以框-剪结构体系的高层建筑为例:中间柱子的轴压应力一般大于边柱, 而且随高度增加差距拉大, 若不做处理, 会造成相当于连续梁中间支座沉陷的后果。

二、新结构助力建筑物挑战高空极限

以木结构为主的中国古建筑, 早在汉代就筑起了大量的亭台楼阁;西方古建筑中高耸的哥特式教堂, 更是给人以直入云霄的震撼。伴随着科学技术的革新, 高层建筑在新材料、新技术、新设备等的刺激下, 依靠合理且有创造性的结构体系一次次刷新世界第一高楼的记录。

1. 历史上的高层建筑

1) 山西应县佛宫寺释迦塔

山西应县木塔 (即佛宫寺释迦塔) 是我国境内现存最高的木构佛塔, 五明四暗, 共九层, 高67.31米, 堪称古代的“摩天楼”。木塔各层均采用内、外两圈木柱支撑, 外24柱, 内8柱, 彼此之间还有许多斜撑、梁、枋和短柱连接, 组成了不同方向的复梁式木架。木塔沿用了中国古建筑中独特的榫卯结构, 具有良好的抗风、抗震能力, 屹立近千年不倒。

应县木塔可谓是充分发挥了中国传统木建筑的结构特性、工艺技巧, 历尽风霜雨雪挺立至今, 向我们讲述着古人对于高空的向往。

2) 德国乌尔姆敏斯特大教堂

哥特式教堂采用的虽然是强度并不高的石砌体作为建筑材料, 但创造性地运用了尖拱券、飞扶壁等结构, 将石材的力学性能发挥到极致, 也解放了原本需要用石头堆砌的墙壁, 以彩色玻璃窗代替。尖拱券以其轻快的美感和序列的气势震撼人心, 加之彩色玻璃窗的神秘色彩, 营造出一种高直向上而神圣静谧的空间。

德国的乌尔姆敏斯特大教堂是哥特式的代表作, 东侧双塔并置, 西侧主塔高耸入云, 高度更是达161.6米, 成为了当时世界的第一高塔, 而且该记录一直保持到19世纪末才被打破。

2. 现代意义上的高层建筑

1) 芝加哥家庭保险公司大楼

建筑师詹尼设计的家庭保险公司大楼被视为现代意义上的第一座高层建筑, 它采用全金属的框架结构, 取代了传统的砖石结构, 使建筑的自重得以减轻一半以上, 有了建造更高的可能性。但是金属的耐火性能远不如砖石, 给高层建筑带来了另一个难题。经过詹尼的艰苦探索, 终于解决了金属框架结构的防火问题, 将这一体系推向了可成熟应用的阶段, 揭开了人类高层建筑发展的新篇章, 詹尼也被誉为“美国摩天楼之父”。

金属框架体系的诞生, 为建筑师、工程师们提供了一个新的结构选择方案, 也为建筑物向高空发展提供了新的且经济的可能性, 催生了以芝加哥地区为代表的一批现代高层建筑, 这一批建筑师也被称为“芝加哥学派”。正如其代表人物路易斯·沙利文所述“ (高层建筑) 每一寸都必须辉煌壮丽、高耸入云、昂然屹立着”, 高层建筑开始成为城市的地标, 改变着城市的天际线。

2) 公园街大楼

1898年建成的位于纽约的公园街大楼, 共30层, 高135米, 是19世纪世界最高的建筑, 也是钢结构体系在高层建筑应用之初的极致代表。可见, 是结构形式的不断创新帮助建筑物一次次突破高空极限, 迎来了城市高层建筑建设的高潮。

3) 伍尔沃斯大厦

1913年, 位于纽约的伍尔沃斯大厦以241米的高度, 再次刷新了世界第一高楼记录。大厦采用沉箱技术将基础落于基岩上, 创造了另一个世界第一。它还发展了抗风支撑体系, 同时采用分区段的垂直电梯交通体系和分层供水的复杂系统, 以便在大楼内安排多种功能。

伍尔沃斯大厦在钢框架结构的基础上做出进一步的探索, 完善了高层建筑的功能体系, 使“高层建筑综合体”的设计理念得以实现, 为现代高层建筑提供了一种新的建造范本。这又是一次在合理结构选型的基础上进行改良最终创造出新高度的成功案例。

4) 帝国大厦

以102层、381米的高度雄踞世界第一高楼达四十年之久的纽约帝国大厦, 采用钢筋混凝土结构, 是这一类结构形式的重大突破。

帝国大厦的基本柱网为5.4x7米, 在中央电梯井区域纵横两向均设置钢斜撑以增强刚度。大厦直至85层均为办公楼, 86-102层则为观光塔楼, 在第6, 25, 72, 81, 86层处逐渐分段收缩, 最终形成整体的“铅笔型”造型。帝国大厦还创造了建筑史上的另一个奇迹:平均每周修建4层半, 每天参加施工人员高达4000人, 全部工作量超过700万工时, 仅用410天即完成了整个工程项目。这在当时的背景下是十分惊人的。

大厦建成后几经大风、雷电等自然灾害的考验, 依然屹立不倒, 成为纽约天际线上重要的象征, 是钢筋混凝土这种新材料在建筑上应用逐渐成熟完善的标志。

5) 西尔斯大厦

SOM事务所设计的西尔斯大厦, 以442.3米的高度再次刷新了世界第一高楼记录。这座大厦创造出了由钢框架构成的“束筒结构体系”:整座大楼被当做一个悬挑的束筒空间结构, 不同束筒也会隔层后退, 使得高度越高剪力越小。这种结构体系不仅使顶部由风压引起的振动被明显减轻, 也取得了良好的造型效果。

在此之后, 束筒结构体系成为了许多高层建筑解决顶部风压问题的优选结构方案, 可见结构选型在高层建筑挑战高度极限中的重大作用。

6) 哈利法塔

随着新材料的层出不穷、科技水平的日新月异, 高层建筑结构体系被一次次创新, 世界第一高楼的记录也不断被改写。吉隆坡的双子塔 (1996年, 452米) , 台北101大厦 (2003年, 508米) 都相继登上过世界第一高楼的宝座, 但最终在2010年, 被高达828米的哈利法塔超越, 哈利法塔同时成为了世界上首座超过800米的建筑物。

哈利法塔为组合结构, 601米以下均由钢筋混凝土搭建, 创造了这一类结构高度之最。其楼面呈“Y”字形, 由三个建筑部分逐渐连贯形成核心体

并以螺旋的形式上升, 中央核心最终转化成尖塔, 直冲云霄。在建造过程中, 哈利法塔也为建筑科技的进步做出了巨大贡献, 例如建造者们史无前例的把混凝土垂直泵上了六百多米高的地方, 直接打破了之前上海金融环球中心建造时创下的492米纪录。

可见, 随着高层建筑结构体系的完善与革新、建筑科技水平的提高、世界经济的发展, 建筑物刷新高度纪录的速度越来越快, 形式也越来越炫目多姿, 不再为固有的结构体系所束缚, 而是积极寻找新的突破。相信在正确结构选型的基础上, 未来高层建筑在高度上会有更加瞩目的突破。

三、高层建筑借结构设计应对自然力的挑战

对于高层建筑而言, 水平荷载的影响远大于垂直荷载的作用, 而大部分水平荷载则来自如风荷载、地震作用一类的自然力影响。为了实现人类追求高度的梦

想, 也为了让高层建筑能屹立于世界的每一个角落, 建筑师、工程师们思考、设计了许多造型、结构, 以应对种种自然力的挑战。

1. 应对风荷载的挑战

1) 纽约电话电报公司总部大楼

菲利普·约翰逊设计的纽约电话电报公司总部大楼, 平面呈长方形, 这对于短轴方向抵抗风荷载是一个挑战, 于是他在这个方向采用了4个垂直的钢桁架来增强其刚度, 并由垂直的钢桁架每隔8层就向两边伸出一组“I”型钢板墙, 直达前后外墙的柱子上, 有效抵抗了风荷载。

2) 台北101大楼

中国建筑师李祖原设计的台北101大楼在完工启用时, 创造了多项世界纪录:含塔尖最高建筑结构高度、最高使用楼层地面高度、最快电梯速度……抛开荣誉不谈, 台北101本身所具有的合理、且有创造性的结构体系, 尤其是其抗风设计, 非常巧妙地应对了台湾多发的台风天气, 就非常值得我们研究、学习。

台北101采用巨型结构体系, 使得整栋大楼犹如一座11层的组合建筑, 楼体相当稳定。大楼外形呈锯齿状, 也有利于减轻风力影响, 根据风洞试验测试的结果, 这种造型可以减少30-40%由于风力引起的摇晃。另外, 其内部还设置了一个巨大的“调谐质块阻尼器”, 就是位于88-92层的重达660公吨的硕大钢球, 它可以吸收大楼振动产生的能量, 再传递到下方的弹簧系统中。该阻尼器号称全球之最, 也对外开放供游客参观。

2. 应对地震作用的挑战

1) 东京都都厅

日本地处环太平洋地震带, 地震灾害严重, 建筑物, 尤其是高层建筑的抗震问题成为了日本建筑界最关心的问题之一。经过多年的研究实践, 加之严格的规范要求, 他们终于建成了一批在抗震方面有显著成效的高层建筑, 成为整个建筑界学习的范本。

日本建筑师丹下健三于1986年设计的东京都都厅在二十几年的风雨中, 历经大大小小地震百余次的考验, 仍然屹立在日本首都东京, 堪称高层建筑抗震设计的典范。

该都厅使用刚性结构抗震体 , 为铁骨构造、铁骨-钢筋混凝土构造和钢筋混凝土构造的综合体。在其建筑物与基础之间还加装了滚动式支撑结构, 可以有效减轻地震造成的摇动。

2) 蚕茧大厦

丹下健三的另一个作品——蚕茧大厦, 在抗震方面也有突出的作为。

大厦的结构体系由钢铁斜格的主体框架和被其包裹在中央的“内核”组成。一般情况下, 在地震发生时大厦会产生摇晃, 但是这种钢铁斜格结构中的一个支点所承受的冲击力会被分散到其周边各个支点中, 从而取得以柔克刚的效果, 使得晃动产生的能量最终被分解掉了。

3. 应对其他自然条件的挑战

1) 沙特阿拉伯国家商业银行大楼

沙特阿拉伯地处中东沙漠地区, 气候干旱, 阳光充足。这里的人们并不渴求阳光, 相反, 他们需要通风、遮阳。于是, 严峻的气候条件成为了在这里建造高层建筑需要迎接的挑战。

戈登·邦夏设计的沙特国家商业银行大楼就成功地做到了这一点。这座大楼采用最普通的钢筋混凝土结构, 用石材做外墙面, 以利于隔热保温, 上面也没有密布的玻璃窗, 取而代之的是三个巨大的洞口, 以避免阳光直射和热风的直接吹袭。建筑平面呈三角形, 其实更多的楼层呈“V”字形, 这样就形成了三个庭院, 以调节微气候。大楼中心还有一条从大厅直通到楼顶的竖井, 使热量可以由此散发出去, 大大降低了大楼的能耗。

2) 南京紫峰大厦

高层建筑的选址未必总是尽如人意, 有时候基地较软或不均匀的岩土层常常会给大楼的建造带来困难, 基础打不好, 上层建筑就造不好, 所以如何应对土质不好的难题, 也是人们关注的话题。

由SOM设计的南京紫峰大厦, 采用的是带有加强层的框架-核心筒结构体系, 共有三个加强层。据勘测, 紫峰大厦所处的场地虽广阔, 但其岩土层承载力差别较大, 所以总体上工程师最终选用了桩筏基础, 以满足承载力和沉降控制的要求。又由于主楼和裙房所处方位有差异, 加之沉降不同, 因此从合理经济的角度考虑, 又采取了略有差别的桩基础。

四、高层建筑合理选型推陈出新

经过人类多年的艰辛探索与一次次的工程实践, 建设普通高层建筑再也不是什么难题, 所谓“摩天楼”更是如同都市名片一般向人们展示着城市发展的盛况, 就连我们居住的住宅也趋向高层化。但人们并没有就此满足停滞不前, 而是在此基础上有了更多新的追求。

1. 对于新材料的探索

1) 西格拉姆大厦

密斯·范·德罗后期的建筑创作一直在实践其“少就是多”的极简主义思想, 他在钢框架结构的基础上探索玻璃材料的应用, 最终创造出了“玻璃幕墙”的形式, 使原本给人以厚重之感的大楼通透明快起来, 带来了新的视觉享受。其创造的纯净的玻璃盒子大厦盛极一时, 成为了当时的国际主义风格, 尤其是后期的西格拉姆大厦更是堪称其巅峰之作。

西格拉姆大厦为密斯与约翰逊合作的建筑设计。他们基于对高层建筑框架体系的深刻解读, 将结构、包括构件进行了简化处理, 再用玻璃幕墙包裹, 内外通透, 给人以简约而有力度的美感。同时, 这座大厦的立面采用三段式构图, 为连续的幕墙做了一点变化, 突显出其华丽优雅的气质。

2) 劳埃德大厦

理查德·罗杰斯设计的劳埃德大厦, 虽然高度常常, 却有着明显的高科技特征, 是高技派高层建筑的代表作。其六个塔楼均由预制钢筋混凝土柱、梁、楼板组成, 并在造型上不断暴露结构, 同时使用不锈钢、铝等合金作为立面主体材料, 使整个建筑闪闪发光, 散发出如同机器般却又精致的美感。这也是建筑师对于金属材料应用的一次成功探索。

2. 对于复杂形体的挑战

1) 中央电视台总部大楼

中央电视台总部大楼是由OMA设计的一座难以置信、具有审美颠覆性效应的高层建筑。它的外形如同一只被扭曲了的正方形甜甜圈:两座塔楼向内倾角很大, 并通过横向类似于桥梁的结构连接起来, 形成一个环状, 呈现出“侧面S正面O”的新奇造型。

大楼的结构也很新颖, 由许多不规则的菱形渔网状金属脚手架构成, 它们看似大小不一, 随机分布, 实际上却是精密计算的结果。另外, 这些结构并没有被隐藏起来, 而是充分暴露在外, 形成了别具风格的立面造型。

2) 芝加哥螺旋塔

由圣地亚哥·卡拉特拉瓦设计的芝加哥螺旋塔计划高度610米, 建成后将作为纯住宅用房。它的外观设计十分巧妙, 为七面锥螺旋造型, 平均每一层都旋转2.44度, 到塔尖时正好旋转360度。建筑师还精心挑选了外部构造材料, 借助不锈钢和银色玻璃幕墙, 使大厦呈现出宛若冰雕般的奇观效果。

卡拉特拉瓦在作为一名优秀建筑师的同时, 更是一名卓越的结构工程师。为了实现塔体螺旋上升这种极具挑战性的造型效果, 他选择了玻璃钢结构这种体系, 并通过精密的计算和反复的试验, 使大厦最终展现出了优雅而不乏活力的曲线, 成为芝加哥天际线上靓丽的风景线。

3. 对于新思想的实践

1) 东京中银舱体大厦

随着工厂化生产的盛行, 建筑师也在思考一种装配化、单元式的建筑营造方式, 东京中银舱体大厦就是黑川纪章基于钢筋混凝土结构对“设计单元自由组合成整体建筑”思想的一次实践。

这座建筑的使用空间被设计成了2.3x3x2.1米、开有圆窗洞的舱体单元, 被称为居住者的“鸟巢箱”。140个这样的单元体由工厂预制, 现场装配, 被组织到了两个独立垂直的核体周围, 核体内部设有电梯、楼梯和设备用房等, 联系各箱体单元。整座大楼充满了科幻主义色彩, 如同许多方形洗衣机垒起的大型玩具, 给人以极强的视觉震撼。

2) 瑞士再保险塔

工业革命后飞速发展的社会经济条件极大地改善了人们的生活水平, 但同时也带来了环境污染、能源枯竭等社会性问题。在节能环保、生态自然等绿色建筑理念流行的今天, 瑞士再保险塔以环保智能型建筑的身份, 应该可以算得上是这方面的前沿代表。

这座建筑的生态设计有一部分是通过结构设计实现的。它的中央是巨大的圆柱形主力场, 主要支承大楼的自重;其双层低反光玻璃则作为外场, 用以过滤过热的阳光。大楼的旋转形体和错动的中庭设计, 避免了阳光直射, 有散热功能, 同时也使新鲜空气可以利用楼层中的空位, 通遍全楼。另外, 其曲线形的造型对周围气流也有一定的引导作用, 使其能和缓通过, 以实现自然通风。大楼还采用了很多高新技术和设计, 以贯彻其生态设计的思想。

3) 珠江城

随着中国经济的快速发展, 人们也将目光转向了环境友好型的高层建筑。广州正在建设的“珠江城”项目, 便提出“零能耗”的理念, 不仅在结构设计上留出了通风楼层, 有利于周边微气候的调节, 还综合运用风力发电、太阳能发电、日光感应等11项先进技术辅助大楼实现零能耗。

由以上论述我们可以认识到, 结构设计及选型在高层建筑高度突破、应对自然力、追寻新突破等方面越来越起着举足轻重的作用, 已然成为了每一次建筑新发展的原动力、基础保证。所以, 重视结构及选型在高层建筑设计中的作用, 是我们应该有的意识。

摘要：通过追溯高层建筑发展之初的概况, 探讨了结构选型在高层建筑每一次发展中的重大作用, 也展示了人们在追求高度梦想的道路上, 通过结构设计与自然力做斗争的成功探索。随着时代的发展, 科技的进步, 人们在高层建筑上有了更多的渴求, 开始尝试新材料的应用、挑战复杂的形体、颠覆传统的审美观……然而高层建筑的每一次飞跃, 都是在选择了合理有力的结构体系基础上得以实现的。

关键词：结构选型,高层建筑

参考文献

[1]冯刚.高层建筑课程设计[M].江苏人民出版社, 2011.

[2]郭满良, 等.灾难的遗产———纽约世贸双塔楼坍塌分析[J].建筑结构, 2002, 9.

[3]王祖丽.基于结构选型探讨高层建筑的结构设计[J].建筑结构, 2011, 5.

[4]艾鸿镇.美国几幢高层建筑的结构抗风处理[J].世界建筑, 1982, 5.