关于未来高层建筑发展的思考

时间:2022-07-30 09:06:30

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

上一篇:火电厂辅控运行指标绩效系统的开发与应用 下一篇:环保建筑工程的现状及发展探讨