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我国超高层建筑结构的发展与展望
来源: | 作者:柱石建筑设计 | 发布时间: 2022-11-11 | 11 次浏览 | 分享到:

山西建筑设计超高层建筑结构抗侧力体系是决定超高层建筑结构是否合理和经济的关键。此外,随着建筑高度的不断增加,建筑功能越来越复杂,对结构抗侧力体系的效率要求也越来越高,对结构体系的创新也越来越迫切。超高层建筑结构抗侧力体系的发展除了从传统的框架、剪力墙、框架-剪力墙、框架-核心筒、框筒结构逐步向框架-核心筒-伸臂、巨型框架、桁架支撑筒、筒中筒、束筒等结构体系转变外,还衍生出交叉网格筒、米歇尔(Michell)桁架筒以及钢板剪力墙等新型结构体系,并进化出了多种体系杂交混合使用[3]。结构材料也从纯混凝土结构、钢结构向钢-混凝土混合结构转变。
结构体系呈现主要抗侧力构件周边化、支撑化、巨型化和立体化的特点。建筑业态综合化、高度不断突破、消防疏散等因素也促使其由单幢超高层建筑朝若干超高层建筑塔楼组成的“空中城市”以及连体结构发展。

2.1.1混合结构和组合构件迅速发展成为主流
钢筋混凝土结构自重较大导致可使用楼面效率低,纯钢结构刚度偏弱导致用钢量高、结构造价昂贵。两种结构体系各自存在的不足限制了其在超高层建筑中的应用。除了超高层住宅或公寓外,当建筑高度超过250m时采用钢筋混凝土结构或钢结构的超高层建筑相对较少。20世纪90年代初设计的广州中信大厦为国内大陆建成最高的钢筋混凝土结构[4],建筑高度391m(含屋顶60m高避雷塔),采用钢筋混凝土框架-核心筒结构体系,底层剪力墙厚度1600mm,结构自重达3.01×106kN。目前国内已建成最高的纯钢结构为深圳汉京中心,建筑高度350m,采用核心筒完全偏置的钢框架支撑结构,其用钢量达到300kg/m2。可有效发挥钢与混凝土自身优点、适合我国国情的钢-混凝土混合结构逐渐增多。据中国建筑科学研究院(CABR)统计[1],已建成的150m以上的高层建筑中,混合、组合结构约占22.3%;200m以上的高层建筑,混合、组合结构约占43.8%;300m以上的高层建筑,混合、组合结构约占66.7%。近年来混合结构发展更为迅速,2014年同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司对258幢建筑高度250m以上超高层建筑的结构材料进行了统计[5],其中钢-混凝土混合结构占98.4%。国内500m以上高度的在建或已建的超高层建筑结构全部采用钢-混凝土混合结构体系(表1)。

500m级超高层建筑结构体系一览      


注:1)*表示在建的超高层建筑高度或有调整;2)结构体系1表示组合巨型框架+RC核心筒;结构体系2表示组合桁架支撑筒+RC核心筒;3)SRC 柱为钢骨混凝土柱,CFT 柱为钢管混凝土柱。
尽管如此,目前建成的钢-混凝土混合结构尚未经受实际地震的考验,结构阻尼比取值、整体结构的协调工作性能以及高性能结构材料的应用等仍需进行更深入和系统的研究[1]。

2.1.2结构体系多样化及结构效率提升
山西建筑设计常用的超高层建筑结构抗侧力体系如图3所示。每种结构体系都有其受力特点、合理的适用高度以及适用的建筑功能。工程实践表明,框架-核心筒(伸臂加强层)一般适用于建筑高度150~300m的超高层建筑,巨型结构以及斜交网格筒等适用于300m及以上高度的超高层建筑。除了单位面积材料用量这一直接指标外,顶点位移、弯曲变形占结构顶点位移的比例以及可使用楼面面积的效率等也是评价抗侧力体系效率高低的重要指标。华东建筑设计研究总院(ECADI)对近80栋建筑高度在250m以上的混合结构的分析和统计表明[6],结构竖向构件(外框柱+核心筒剪力墙)的截面总面积占底层建筑面积的6%~10%。


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