关于未来高层建筑发展的思考

【摘要】地球上已经人满为患。人类为了自身的生存与发展，除了要控制人口增长以外，还要尽量少占耕地。因此，高层建筑的发展势在必行。

本文主要论述了目前高层建筑的发展状况，未来高层建筑的发展趋势，未来超高层建筑的可行性分析，最后对高层建筑的发展进行了展望。

【关键词】高层建筑 建筑材料 结构体系 侧移 发展趋势

中图分类号： [TU208.3]文献标识码：A 文章编号：

一、近代与现代高层建筑的发展状况

近代高层建筑主要是为商业和居住需要而建造。经济的发展为高层建筑的发展提供了经济基础，电力、升降机、钢铁、水泥的出现为高层建筑的发展提供了物质基础。

美国是近代高层建筑的发源地。l9世纪50年代，美国建造了芝加哥家庭保险公司大楼(HomeInsurance)，10层，55m高。这座采用铸铁框架承重的结构，标志着一种新砌体结构的诞生。19世纪末逐渐发展到采用钢结构，建筑物高度超过了100m，建成了纽约Park Low大厦， 30层，118m高，是l9世纪世界上最高的建筑。到20世纪70年代，美国又建造了芝加哥西尔斯大厦和纽约世界贸易中心等知名建造，使建造的高度提升到442m。表一为世界已经建成的最高10栋建筑。

表一 世界已经建成的最高10栋建筑（截至2010年底）

21世纪以前，世界高层建筑的重心在美国。1985年底，世界最高的100幢建筑中，美国占了78幢，中国大陆为0幢。20世纪80年代以后，随着中国和亚洲经济的迅速崛起，高层建筑的重心开始向中国、向亚洲转移。2003年底，世界最高的100幢建筑中，美国为43幢，中国大陆为9幢。2010年底，世界最高的100幢建筑中，美国为30幢，中国大陆为24幢；美洲为32幢，亚洲为62幢，参见表二。

表二 世界最高100栋建筑分布（截至2010年底止）

我国高层建筑始于20世纪初，在北京、广州等地建成一定数量的高层建筑，包括办公楼、和大型公共建筑等，进入80年代我国高层建筑得到迅速发展。表三为我国已经建成的10栋最高建筑。表四为中国内地100栋最高建筑分布情况。

表三 我国已经建成的10栋最高建筑（截至2010年底）

表四 中国内地100栋最高建筑分布（截至2010年底止）

二、未来高层建筑发展趋势分析

目前世界上已经建成的高层建筑中，层数最多的已达160层，高度最高的已达828m。最近30年以来，世界高层建筑在层数不断加多、高度迅速攀升、地域不断扩大的同时，结构材料由早期的以钢结构为主，扩大为混凝土结构和钢-混凝土混合结构。结构体系由早期的框架、剪力墙、框剪、筒体结构，扩大到多塔、连体、带转换层、带加强层、错层等复杂的结构形式，为高层建筑的进一步发展奠定了基础。可以预计未来的高层建筑数量、层数不断增多，高度也将不断加大。

三、未来发展超高层建筑的可行性分析

高层建筑中，水平荷载作用占主导地位，竖向荷载的影响相对较小，侧移验算不可忽视。单一的矩形棱柱体结构因高宽比过大，水平力作用下弯矩变形也很大。为了有效的抵御水平力，增大侧移刚度，降低造价，需要对建筑体形加以优化。例如外柱倾斜设计，外型呈截锥形，使结构整体的刚度大大增加，侧移可减少20％。还有全角锥体圆柱形，三棱柱等。这些体形的建筑形式能有效地对侧向力形成三维反映，从而增大总体结构的侧移刚度。同时，由于受力合理，材料用量减少，结构自重也轻，达到经济的效果。高层建筑若采用上小下大的锥体状体形，由于顶部尺寸小，减小了楼房上部较大数值的风荷载，并减小了风荷载引起的倾覆力矩，计算分析结果指出，一幢40层的高楼，当采用立面倾斜度为8％的角锥体时，其侧移值将减少10％-50％，从而使风振振幅和加速度得以较大幅度的减少。

高楼在风力作用下，迎风面产生正压力，背风面产生负压力使高楼受到很大的水平荷载。如果利用高楼的设备层，或结合大楼“中庭”采光的需要，在高楼中部局部开洞或形成立面大开洞透空层，那么，迎风面堆积气流，就可以从洞口或透空层排出，减小了压力差，也就减小了因风速变化而引起的高楼震动加速度。这也是一种很好的可行性的方法。

四、未来的展望

未来几十年内，高层建筑有可能朝以下几个方向发展：

（1）世界高层建筑的重心仍然在亚洲。亚洲人口众多，人口密度最大，发展高层建筑是必然选择。因此，亚洲各国还将大量建造高层建筑。

（2）高度有可能达到或超过1000m。20世纪80年代以来，高层建筑虽然在世界各地迅猛发展，但建筑高度一直在400m至500m徘徊。直到2010年，迪拜的哈利法塔将建筑的高度大幅度地提升至828m，有的国家还有建造更高高层建筑的计划。因此，在不久的将来，建筑的高度有可能达到或超过1000m。

（3）采用合理的结构外形或多种结构的有机组合。

（4）材料将朝轻质、高强、新型、复合方向发展。

（5）高层建筑的用途将朝综合化方向发展。

（6）地下空间将得到统一规划与统一开发利用。

（7）智能化将成为高层建筑必须具备的条件。

（8）结构防震、防火、防腐、防撞击、防风、防爆炸和防海啸的能力将有很大的增强。

高层建筑结构在其使用过程中，除了要承受各种正常的荷载以外，还要抵抗风灾、火灾、地震、泥石流、海啸等各种自然灾害。2001年9月11日，纽约世界贸易中心两栋110层、412m高的建筑遭受恐怖袭击倒塌以后，建筑工作者又将研究重点扩大到人为破坏的领域，研究建筑在遭遇突发事件时如何防止连续倒塌。建筑工作者从与各种灾害作斗争的过程中，总结了经验与教训，学会了与之斗争的方法，从而使高层建筑建造得愈来愈高，愈来愈安全可靠。

参考文献：

[1] 沈蒲生编著．高层建筑结构设计．北京：中国建筑工业出版社，2012

[2] 马燕．未来超高层建筑[ j ] ．商情, 2011（20）

[3] JGJ 3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程

[4] GB 50010-2010，混凝土结构设计规范

[5] 赵西安主编．高层建筑结构的新设计．北京：中国环境科学出版社，1996