浅谈高层建筑结构发展现状及前沿发展方向
1 绪言
在19世纪末期，在科学技术的引领下，钢筋混凝土结构得到了飞速地发展，我们知道，钢筋混凝土与钢结构在土木建筑行业已经取代了传统的木结构、石结构以及砖结构，并且得到了广泛地应用。想想高层建筑的发展历程，我们有很多典型的范例，如：于1931年建成的美国纽约帝国大厦（共102层，高度381米）；还有毁于“9.11事件”的双子星座，它们是于1972年建成的纽约世界贸易中心的姐妹楼（共100层，高度分别为417米和415米）；于1974年建成的芝加哥西尔斯大厦（共110层，高度441.9米），这些都是典型的高层建筑代表。
自从1985年以来，高层建筑在亚洲地区得到了迅速的发展，有于1996年建成的深圳的帝王大厦（共69层，高度325米）；广州的中信广场（共80层，高度321.9米）；于1998年在吉隆坡建成的双塔大厦（共88层，高度452米）；于同年中国上海建设的金茂大厦（共88层，高度421米）；于2004年建成的中国台北101大楼（共101层，高度509米）。这些高层建筑的涌现，在不断地推动着高层建筑的创新发展，在亚洲高层建筑从无到有、从少到多，在我国更是从异军突起到广泛应用，发展速度十分迅猛。由此可以推断出在21世纪高层建筑以及超高层建筑在亚洲将是发展的黄金时代。
随着社会的不断发展，飞速发展的工业化、商业化以及城市化进程，导致城市
人口剧增，引起了一系列的城市问题，如：城市住房紧张，物价飞升，地价上涨等。这些因素促使了建筑物向高空发展，建筑物由多层向高层甚至超高层的转变。于19世纪末期，建筑行业出现了许多的具有现代化的钢结构和钢筋混凝土框架结构的高层建筑。于1989年在美国芝加哥修建的secodRandMeNal 19层大楼是世界上第一座具有现代形式的钢框架结构的高层建筑世界上最早的钢筋混凝土框架结构的高层建筑是于1903年在美国Cincinnati修建的InallaBuildin和法国巴黎Franklin公寓。至此，具有现代化意义的高层建筑已经有一百多年的发展历史了。更是由于在二十世纪后期，许多轻质高强材料的成功研制，抗击风力、地震等多种结构体系的发展，新的设计理念的涌现，电子计算机在建筑行业中的使用以及许多新型的机械和施工技术的涌现，为大规模的高层建筑推广提供了较为便利的条件，使高层建筑得到了迅速的发展。在钢筋混凝土结构方面，它结构体系的发展由最初的框架结构逐渐发展出框架剪力墙结构或框架简体结构和巨型结构等一系列结构体系，使混凝土结构的建筑高度越来越高。我们知道，钢结构具有强度高，自身轻，抗震性好等优点，此外，钢结构的构件可以在工厂中加工制作，施
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工速度快，耗费时间短。钢是高层建筑结构中比较理想的建筑材料，可是钢材的大规模使用，极易造成用量大，造价成本高，还有钢的耐火性能差需要花费高昂的资金用于防火涂料的购买。想想，钢筋混凝土于之相比，可以节省钢材、造价低廉、材料来源广，可塑性好等优点，虽然承载力高一点，可是经过合理的设计也可以获得很好的抗震效果。由此我们可以知晓为什么在发达国家，为什么大多数高层建筑是采用钢结构形式的，而在发展中国家为什么钢筋混凝土广泛的使用在大多数高层建筑中。但是不知道的是由于高性能的混凝土的飞速发展和施工技术的不断进步，钢筋混凝土在以后的高层建筑发展行业中依然占据主导地位。尤其是近年来钢筋混凝土结构的优点，引起了发达国家的注意，现在发达国家采用钢筋混凝土结构材料的高层建筑数量也在不断地增多。我们也毫不避讳，钢筋混凝土结构的构件断面尺寸大，减少了建筑使用面积，而且自重大，基础造价高，抗震性不如钢结构。因此，我们何不结合钢结构和混凝土这俩种材料的特点，制造出较为合理的组合结构和混合结构。这种结构形式经过合理的设计，可以获得较好的经济、技术含量优良的效果，而这种结构更是今后研究的热点。
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2 高层建筑常用的结构体系及特点
随着高层建筑的不断发展，其结构体系形式也不断增多，划分的标准也是五花八门。但是从整体来看，高层建筑结构体系的分类标准通常依据其竖向承重单体和抗侧力单元的类型来划分，目前国内的高层建筑应用最广泛基本结构体系有：框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构、筒体结构、巨型结构等五种体系。
2.1 框架结构
框架结构体系是由楼板、梁、柱及基础四种承重构件组成，，即形成一个空间
结构体系，它是高层建筑中常用的结构形式之一。框架结构是由梁和柱通过刚接或是铰接形式构成，是承重体系的构件，构件截面较小，另外它还又称为“构架式结构”。其基本的竖向承重单体和抗侧力单元为梁、柱通过连接而形成的框架。框架结构最好的施工材料就是钢筋混凝土，那是钢筋混凝土节点具有天然刚性的缘故。框架结构体系也可用于钢结构建筑中，可是钢筋结构的抗弯节点处理费用很高。我们将钢筋混凝土框架结构的不同施工方法，可分为以下四种类型： （1） 梁、板、柱全部现场浇筑的现浇框架； （2） 楼板预制，梁、柱现场浇筑的现浇框架； （3） 梁、板、柱全部预制的全装配式框架； （4） 梁、板预制，柱现场浇筑的半装配式框架。 2.1.1 特点
一、框架结构的位移特点
在水平力的作用下，框架结构会产生较大的侧向位移，侧向位移一般是由以下俩部分组成的：一部分是由水平力引起的倾覆力矩，使框架结构产生的整体弯曲变形，也就是说柱子的轴向拉伸和压缩而引起了的侧向位移；而另一部分是由水平力引起的楼层剪力，使得框架结构产生剪切变形，也就是说框架整体受剪，层间梁、柱杆件发生弯曲而引起的水平位移，框架结构属于柔性结构，侧向位移主要表现为整体剪切变形。当框架结构的楼房层数不是很高的时候，它的侧向位移主要表现为整体剪切变形，整体弯曲变形的影响却很小。 二、框架结构的优缺点
优点是：建筑平面布置灵活，能获得大空间，房间隔墙可以随意拆改，建筑立面也容易处理，结构自重轻，计算理论也比较成熟，在一定高度范围内造价较低，已广泛应用于办公、住宅、商店、医院、旅馆、学校及多层工业厂房和仓库中。
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缺点是：框架结构的节点位置内力集中，受力复杂，更是结构抗震设计的关键部位。由于框架结构的自身特点的限制，使得框架结构的高度也有所限制。框架结构本身柔性较大，抗侧力能力较差，框架结构的构件截面小，那么它承担的荷载和高度都较小，在风荷载、强烈的地震作用下结构都会产生很大的位移，在地震荷载作用下，非结构构件破坏比较严重；当框架柱尺寸过大时，不太适合民用住宅，在地震区不宜做太高。例如：大型的实验室、餐厅等。
2.2 剪力墙结构
剪力墙结构体系。在高层建筑中为了提高房屋结构的抗侧力刚度，在其中设置的钢筋混凝土墙体称为“剪力墙”。剪力墙结构体系就是由墙体承受所有的水平作用和竖向荷载的结构体系。在大部分情况下，因为剪力墙主要承担的荷载是水平荷载，容易使它受剪力、受弯曲，
其优点是：刚度大，空间整体性好。由于承重结构为片状的混凝土墙体，房间不见柱子的棱角，感觉更美观，比框架结构更适合用于住宅、旅馆等房屋。在历史地震中，剪力墙结构表现了良好的抗震性能，震害较少发生，而且程度也较轻微。
缺点是：混凝土用量多，自重大，总高度通常无法超过150m。混凝土墙体为高强度承重墙体，房间不能拆改。剪力墙结构墙体较多，不容易布置面积较大的房间，为了满足旅馆布置门厅、餐厅、会议室等大面积公共用房的要求，以及在住宅楼底层布置商店和公共设施的要求，可以将部分底层或部分层取消剪力墙代之以框架，形成框支剪力墙结构。在框支剪力墙中，底层柱的刚度小，形成上下刚度突变，在地震作用下底层柱会产生很大内力及塑性变形，因此，在地震区不宜采用这种框支剪力墙结构。
剪力墙结构可以做成落地式和非落地式俩种类型，有些特殊要求的建筑还是有部分剪力墙不能做成落地式的，如下图布置示意图，就是部分框支剪力墙结构。
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部分框架剪力墙结构布置示意图
剪力墙结构按照施工方法的不同，分为下列三种： （1） 全部用预制墙板装配而成的剪力墙结构； （2） 全部都用现浇的剪力墙结构；
（3） 还有半现浇、半预制装配的剪力墙结构。
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