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高层建筑结构

/tall building structures/
最后更新 2024-12-03
浏览 227
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层数较多、高度较高的建筑结构。

英文名称
tall building structures
所属学科
土木工程

不同国家和组织对高层建筑具体的高度和层数规定各不相同,中国国家标准《民用建筑设计统一标准》(GB 50352—2019)规定:建筑高度大于27米的住宅建筑和建筑高度大于24米的非单层公共建筑,且高度小于100米的,为高层建筑;建筑高度大于100米的为超高层建筑。

现代高层建筑的建造始于19世纪末期的美国。1883年,在芝加哥建成第一幢高10层的保险公司大楼[注]。此后在美国的芝加哥和纽约,又陆续建成了很多高层建筑,其中位于美国纽约的帝国大厦(Empire State Building,1931年,102层,高381米)保持世界最高建筑达41年(1931~1972)之久。早期的高层建筑大多为钢结构,采用钢框架或框架支撑结构体系。

第二次世界大战后,高层建筑迎来了第二个建设高潮。在美国,相继建成了世界贸易中心(World Trade Center,1971~1973年,高417米)和希尔斯大厦(Sears Tower,后改名Willis Tower,1973年,高442米)。20世纪80年代后,高层建筑的建设转向东亚及中东地区,代表性的高层建筑有阿联酋迪拜哈利法塔(2010年,高828米)、中国上海中心(2015年,高632米)等。

中国近代的高层建筑始建于20世纪20~30年代。1929年,在上海建成局部高13层的沙逊大厦(今和平饭店);1934年,在上海建成高22层的国际饭店。1976年建成的广州白云宾馆(高114.5米),是中国大陆地区首栋超过百米的高层建筑(图1)。20世纪80年代后,中国的高层建筑发展非常迅速(图2),到2016年底,中国300米以上高层建筑数量已经名列世界第一。

图1 中国广州白云宾馆图1 中国广州白云宾馆

图2 中国尊图2 中国尊

高层建筑是现代科学技术的产物。与高度相对较低的多层建筑结构相比,高层建筑高度较高、层数多、自重大,且高宽比(高度和建筑平面宽度的比例)较大。同时,除了承受竖向荷载外,风荷载、地震荷载等侧向荷载在高层建筑结构设计中也往往起着控制性的作用。因此,如何有效抵抗风荷载、地震作用等侧向作用力成为保障高层建筑结构安全性的关键。

高层建筑结构的设计需要经过科学细致的力学分析和工程设计,以确保其安全性和经济性。高层建筑结构体系,经历了从早期以平面受力为主,抵抗侧向力效率相对较低的框架结构体系、框架支撑结构体系、剪力墙结构体系,到以空间受力为主,抵抗侧向力效率相对较高的筒体结构体系、巨型结构体系、斜交网格结构体系的发展过程。高层建筑所采用的材料和构件,也从早期的单纯钢结构或混凝土结构向钢-混凝土混合结构或组合结构方向发展。高层建筑的设计计算分析,也从早期的以静力计算为主,发展到基于各种先进计算技术的静动力分析、建造过程模拟分析等,考虑了竖向荷载、风荷载、地震荷载、施工荷载、偶然作用等多种设计工况及其组合,保障高层建筑具有良好的安全性和适用性。

高层建筑的施工建造技术也在持续发展。①在地基基础方面,深层桩基础、厚大筏板、超长与大直径工程桩、大体积混凝土浇筑等技术得到持续发展。②在地上施工方面,预应力技术、后浇带施工技术、高层混凝土泵送技术、大型组合式机械设备平台(“造楼机”)等也愈发成熟。上述技术的发展,使建设高层建筑的经济性和效率得到持续提升。

未来,更加安全且高效地设计和建造高层建筑是土木工程领域的重要研究方向。此外,协调高层(特别是超高层建筑)与城市风貌、市政基础设施等系统之间的关系也是有待深入研究的内容。


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