2016年春季论文批次（本科申请学位） - 终稿 - 魏思楠 - 图文

高层建筑结构发展现状及前沿发展方向

下,未来将会有大量的高层建筑出现,这些高层建筑的形式也将不再局限于单一形式,会出现多种多样的形式.这就要求我国建筑技术和建筑材料、机械装备不断的发展更新，使之达到建筑要求。发展超高层建筑是我国经济建设的必然趋势。 2.1.3 结构体型日趋复杂

我国最近几年出现的高层建筑不但高度不断在刷新，而且在每个城市里的高层建筑要在形式和主题上与城市的环境相契合，达到完美融合。一些高层建筑物的个性化体现，也给设计和施工带来了很大的难度。即使在理论上能够实现，但在实际的施工操作过程中，也很难达到标准。例如在混凝土结构的柱梁板核心位置的钢筋处理等。除此之外，在我国境内的高层建筑都会根据不同地区考虑到抗震等级的要求。以及还要结合建筑当地环境考虑到其他如：风的因素和雨雪等自然因素，因此为了能够适应我国飞速发展的经济步伐，要不断探索、更新现有的一些建筑技术。

2.1.4 新型结构不断涌现

1980年以前国内高层建筑基本上是框架、剪力墙和框架一剪力墙结构三大常

规体系。这些体系难以达到很高的高度，也难以提供自由灵活使用的大空间，满足不了建筑功能的要求。八十年代，简体结构迅速登上了舞台，以深圳国际贸易中心、北京中央彩电大楼为开始，现在普遍用于高度60m以上的旅馆和办公建筑。另一方面，更为新颖的悬挑结构、巨型框架结构，都已经在工程中应用。另外，为满足高层建筑竖向多功能需要而设置的刚性层、转换层，都在工程中得到了应用。

2.2 设计工作

我国是多地震国家，并且我国大部分高层建筑结构所在地区恰巧又是地震活动较为频繁的地区，高层建筑集中的地区为东南沿海，如上海、广东、深圳，基本风压也较大。因此高层建筑大多要考虑抗震、抗风问题。 2.2.1 抗震设计工作

我们大家都很清楚，根据我们国家的安全规范要求，对各个行业的建筑要求都必须设计防火和防震的规范。我们知道在地震的作用下，我们建筑物的一些结

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构构件就会进入塑性状态，这就是在建筑过程中设计的抗震构件。所以为了人民的生命和财产安全起见，我们必须得对这些抗震构件的塑性变形能力进行计算和测验，之后才能应用的实践的建筑物中。因此，对抗震构件的计算和测定是非常重要的。根据我们国家现行的高层建筑抗震设计规范（GB50011-2010）对于高层建筑的抗震效果明显严格多了，若果在遇到地震的这个过程中，高层建筑在这样的情况下对抗震数值有怎样的要求，尤其是对某些重要的工程有着特殊的要求，更要严格复合抗震分析过程的数值变化。 2.2.2 防风设计工作

风载是高层建筑和高耸结构的主要侧向荷载，且时常超过地震力而成为决定性

荷载，现代高层建筑和高耸结构向更高、更柔发展，使其固有频率更接近强风的卓越频率，风激震动进一步加剧，因此高层建筑和高耸结构抗风设计研究显得尤为重要，受到极大重视。

高层建筑抗风设计主要有两种方法：一是采用提高承重结构自身强度和刚度抵御风振反映的常规设计方法，另一种是采用非承重控制装置施加控制力抵御风振反映的设计方法。后一种方法是抗风设计思想的飞跃，开辟了抗风设计的新途径。

2.2.3 防火设计工作

近年来，各地区发生的高层建筑火灾时间越发频繁，高层建筑发生火灾时扑救难度较一般建筑物的难度更大。高层建筑火灾隐患较多，因此在其设计过程中应采取更全面的防火措施，以减少火灾发生的事故率和火灾对生命财产的危害。高层建筑的防火设计工作主要为火灾发生前的预防和火灾发生时的救火措施两方面。设计阶段的火灾预防主要是确定建筑物的耐火等级和其耐火构造，还要考虑火灾时可燃物的数量以及分隔易起火的部位；另一个就是设计阶段的防火分区划分要更为合理，火灾时的疏散指示以及排烟灭火的设备的分配要更为合理。

2.3 计算分析工作

高层建筑的结构本身要比其他结构更为复杂，而且同时还要考虑地震作用的不可预见性，以及其他自然因素。所以对于高层建筑的结构设计计算存在着很大的难度。结构优化设计的变量越多，限制条件也多，每一次计算分析的工作量都很大。采用简单的方法只能是解决规模非常小的问题，遇到复杂的实际结构系统，

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那么要求迭代和重分析次数就会剧增，计算机也是很难完成的。

2.4 试验研究工作

从国内外的发展来看，今后在人口密度大的亚洲地区，超高层建筑将会往1 000m甚至更高的高度发展。邻国日本在20世纪90年代初期，就已经筹划了800~4 000m高的建筑。中国建筑作为世界500强企业，为了适应社会的发展，占领未来建筑市场的领域，已经开始了中国建筑千米级摩天大楼建造技术研究。

项目研究目标定位在1 000m左右的摩天建筑，研究包含了建筑设计、建筑材料、结构、机电、施工技术等各专业内容，总体期望解决千米级建筑在建造过程中的设计和施工问题，期望形成指导设计、施工的技术标准和设计方案。

随着城市土地资源的紧缺，超高建筑不断涌现，建筑基坑深度越来越深，由此带来的一系列问题已摆在工程技术人员面前。

目前对于20～30m以内的深基坑，其支护理论与技术还比较成熟，设计方法也比较明确。随着建筑基坑加深（>30m），现有理论、技术、设计方法将难以满足实际工程需求，需要对支护理论、设计方法、施工技术和安全监测做进一步深入研究。若我们不针对这些问题进行前瞻性的研究，未雨绸缪，那么在将来出现此类超深基坑时不免会盲目，要么会因过分保守而造成较大的经济浪费，要么会由于冒险发生事故造成巨大的经济浪费、破坏环境。为此中国建筑开展了超深地基与基坑施工技术研究课题。

2.5 存在的问题与不足

1、高楼引来“风速杀手”。由于高层、超高层建筑鳞次栉比而引发的峡谷效应，使城市街道风速加大，以致危及行人和行车安全。这种峡谷效应还表现在某些高楼外墙表面因风速过大产生巨大负压。

2、“热岛效应”。热岛是由于人们改变城市地表而引起小气候变化的综合现象，是城市气候最明显的特征之一。由于城市化的速度加快，城市建筑群密集、柏油路和水泥路面比郊区的土壤、植被具有更大的热容量和吸热率，使得城市地区储存了较多的热量，并向四周和大气中大量辐射，造成了同一时间城区气温普遍高于周围的郊区气温，高温的城区处于低温的郊区包围之中，如同汪洋大海中的岛屿，人们把这种现象称之为城市热岛效应。

3、电子屏蔽效应。高层、超高层建筑林立会产生电子屏蔽效应，直接影响电子信号、无限电波的发射和接收。

4、高楼造价和施工成本剧增，维护和管理费用也剧增。建筑物超过一定的

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高度后，建筑造价和之后的维护管理费用成倍增加。

5、安全隐患大。高层建筑一旦发生地震、风灾、火灾或人为破坏等突发事件时，很难进行及时而有效的救助。美国的9.11时间给高层建筑的发展敲响了警钟。

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