淺談高層建筑施工的若干問題

1、淺談高層建筑施工的若干問題摘要：回顧與分析了我國高層建筑的發(fā)展；討論了我國高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的幾個問題：材料與結(jié)構(gòu)體系，構(gòu)件變形能力與軸壓比，彈塑性時程分析與彈塑性靜力分析，以及基于位移的抗震設(shè)計；介紹了我國高層建筑的發(fā)展歷程、主要特點以及設(shè)計研究和標準規(guī)范工作，并對今后的發(fā)展進行了展望。關(guān)鍵詞：高層建筑 地基處理技術(shù) 鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu) 彈塑性分析 抗震技術(shù)1 高層建筑施工技術(shù)方案隨著時代的發(fā)展，在我國高層建筑已經(jīng)遍布大江南北，隨處可見，但是一套好的施工方案是決定這偉大建筑的關(guān)鍵。1.1 配比的選定工程開工前，一般均要按設(shè)計要求配制不同強度等級的混凝土,并都要到法定試驗機構(gòu)做級配試驗，待級

2、配報告出來后，根據(jù)級配做配合比試驗(實驗室配比) ,在實際施工時照此執(zhí)行。但問題就在于級配與現(xiàn)場施工過程中是否相符。有資料統(tǒng)計顯示，若因砂的含水率增多,砂率下降2%-3%，混凝土強度將下降15%-20%，而水泥數(shù)量的影響為5%-20%，石子及砂的級配影響為5%-20%；水灰比影響為多增1%，強度降低5%-10%。既然影響如此之大，那就應(yīng)該采取相應(yīng)措施進行控制。根據(jù)地區(qū)市場原材料情況進行不同配比的試驗，以確保在施工過程中配比的及時調(diào)整，如5-40mm石子，M2.3細砂做一組，5-40mm石子， M2.3中粗砂做一組等等。對實驗室配比結(jié)合原材料的含水量、含泥量進行施工配合比調(diào)整，以確保實驗室配比的

3、實際通用性。在實際施工中要加強原材料把關(guān)工作，沙石級配不良時，采取相應(yīng)措施調(diào)整，如適量摻入0.5ml-10ml沙石等。1.2 嚴格養(yǎng)護制度高層建筑多采用泵送混凝土。泵送混凝土不僅能縮短施工周期，而且能改善混凝土的施工性能。但在某些工程上的使用表明，在配比、原材料、振搗控制嚴格的情況下，仍出現(xiàn)混凝土強度不足。分析其原因，多為搶工期、養(yǎng)護時間嚴重不足。據(jù)有關(guān)專家測試結(jié)果，其強度比全濕養(yǎng)護28天:全濕養(yǎng)護3天:空氣中養(yǎng)護28d分別為2:1.5:1。由此可見養(yǎng)護的重要性。1.3 建筑裂縫的控制從我國的混凝上結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50010-2002表3.3.4看出，裂縫寬度在不同的環(huán)境下，不同的混凝土結(jié)構(gòu)其

4、裂縫寬度也有不同的控制標準，允許裂縫最大為0.2mm-0.4mm，但作為裂縫控制來說，應(yīng)以預(yù)控為主，等裂開了、縫增大了再補救那是萬不得已。裂縫分為運動、不穩(wěn)定、穩(wěn)定、閉合、愈合等幾大類型。雖說骨料內(nèi)部凝固時產(chǎn)生的微觀裂縫不可避免，但從質(zhì)量角度考慮應(yīng)盡可能減少。由于高層建筑混凝土強度普遍較高、混凝土量較大、且?guī)в械叵率?，所以裂縫產(chǎn)生的可能性更大。下面從“放”“抗” 談?wù)勈┕ご胧?。“放”的措施:砌筑填充墻至接近梁底，留一定高度，砌筑完后間隔至少一周，宜15d后補砌擠緊;合理分縫分塊施工；在柱、梁、墻板等變截面處宜分層澆搗等?！翱埂钡拇胧?盡量避免使用早強高的水泥，積極采用摻合料和混凝上外加劑，降

5、低水泥用量(宜450kg/m)。實踐經(jīng)驗表明，每m3混凝土的水泥用量增加10kg,其水化熱將使混凝土的溫度升高1oC。高層混凝土用量大，有時還有大體積混凝土，從經(jīng)濟、實用角度宜摻入外加劑。當然摻入外加劑后，要預(yù)計對早期強度的影響程度。據(jù)此可提請設(shè)計科研部門予以探討和評定。選擇合理的最大粒徑砂石，這樣可減少水和水泥用量，減少泌水、收縮和水化熱。有資料顯示:用5-40mm碎石，比用5-25mm的碎石，可減少用水量6-8K/m3降低水泥用量15kg/m3；用M2.8的中粗砂比用M2.3的中粗砂,可減少用水量20-25kg/m3。在施工工藝上，應(yīng)避免過振和漏振，提倡二次振搗、二次抹面，盡量排除混凝土內(nèi)

6、部的水分和氣泡。“放”、“抗”相結(jié)合的措施。在混凝土裂縫的預(yù)防中，對新澆混凝土的早期養(yǎng)護尤為重要。為使早期盡可能減少收縮，需主要控制好構(gòu)件的濕潤養(yǎng)護，避免表面水分蒸發(fā)過快，產(chǎn)生較大收縮的同時，受到內(nèi)部約束而易開裂。對于大體積混凝土而言,應(yīng)采取必要的措施(埋設(shè)散熱孔、通水排熱) ,避免水化熱高峰的集中出現(xiàn)；同時在養(yǎng)護過程中對表面、中間、底部溫度進行跟蹤監(jiān)測(尤其在前3天)。對混凝土澆筑后的內(nèi)部最高溫度與氣溫宜控制在25oC以內(nèi)，否則因溫差過大產(chǎn)生混凝土裂縫。1.4 高層建筑的安全管理由于高層建筑施工周期長、露天高處作業(yè)多、工作條件差，以及在有限的空間要集中大量人員密集工作,相互干擾大，因此安全問

7、題比較突出，在此對安全管理綜述以下主要控制點:1.4.1 基坑支護基坑開挖前，要按照土質(zhì)情況、基坑深度及環(huán)境確定支護方案。深基坑(h2m) 周邊應(yīng)有安全防護措施，且距坑槽1 .2m范圍內(nèi)不允許堆放重物。對基坑邊與基坑內(nèi)應(yīng)有排水措施。在施工過程中加強坑壁的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常及時處理。1.4.2 腳手架高層建筑的腳手架應(yīng)經(jīng)充分計算，根據(jù)工程的特點和施工工藝編制的腳手架方案應(yīng)附計算書。架體與建筑物結(jié)構(gòu)拉結(jié):二步三跨，剛性連接或柔性硬頂。腳手架與防護欄桿:施工作業(yè)層應(yīng)滿鋪,密目式安全網(wǎng)全封閉。材質(zhì):鋼管Q235 (3#鋼)鋼材，外徑48mm,內(nèi)徑35mm,焊接鋼管、扣件采用可鍛鑄鐵。卸料平臺:應(yīng)有計算書和

8、搭設(shè)方案，有獨立的支撐系統(tǒng)。1.4.3 模板工程施工方案:應(yīng)包括模板及支撐的設(shè)計、制作、安裝和拆模的施工程序，同時還應(yīng)針對泵送混凝土、季節(jié)性施工制定針對性措施。支撐系統(tǒng):應(yīng)經(jīng)過充分的計算，繪制施工詳圖。安裝模板應(yīng)符合施工方案，安裝過程應(yīng)有保持模板臨時穩(wěn)定的措施。拆除模板應(yīng)按方案規(guī)定的程序進行先支的后拆，先拆非承重部分。拆除時要設(shè)警戒線，專人監(jiān)護。1.4.4 施工用電現(xiàn)澆板中的線盒置于上、下層筋中間，交叉布線處采用線盒。必須設(shè)置電房，兩級保護，三級配電，施工機械實現(xiàn)“四個一”；施工現(xiàn)場專用的中心點直接接地的電力線路供電系統(tǒng)中心采用TN-S系統(tǒng)，即三相五線制電源電纜。接地與接零保護系統(tǒng):確保電阻值

9、小于規(guī)范的規(guī)定。配電箱、開關(guān)箱:采取三級配電、兩級保護，同時兩級漏電保護器應(yīng)匹配2。1.5 認真落實規(guī)章制度和技術(shù)規(guī)范作為組織管理人員要全面、完整、總體計劃認真執(zhí)行建筑工程施工技術(shù)規(guī)范貫徹建筑法從源頭抓起，認真落實、組織圖紙會審、工程洽商工作，施工過程中嚴把每一道工序的操作規(guī)程抓大局,促局部多管齊下。抓大局就是組織者要對高層綜合樓的整體結(jié)構(gòu)進行分析，按規(guī)范操作嚴把質(zhì)量關(guān)、提高大項工程的合格率。如土方工程、鋼筋工程、混凝土工程、模板工程、砌體工程都要責(zé)任到人,強制性實施。質(zhì)量評定:執(zhí)行GBJ201-83規(guī)范、GBJ300-88、GBJ301-88規(guī)范、GBJ123-88規(guī)范。設(shè)計變更圖紙、文件-

10、測量定位記錄-驗槽記錄-隱弊工程驗收記錄-質(zhì)量檢查和驗收記錄等方面的具體工作，如果以此類推,每一項涉及工程做細做好嚴格執(zhí)行技術(shù)規(guī)范，從大局進行組織管理，那么工程質(zhì)量也不是口頭語言，為質(zhì)量提供了有力保證。而局部就是在大的工程加大管理力度外，也應(yīng)處理局部的細小工作，如廚衛(wèi)內(nèi)管道接口、隱敝工程、表面工程、以屋面工程為例:按要求有沒有預(yù)留分格縫,表面有無開裂、起砂、起皮、積水等。所用材料有沒有出示出廠合格證化驗報告等資料,只有這樣從質(zhì)量方面進行控制,在施工中的工序質(zhì)量、分項工程質(zhì)量、分部工程質(zhì)量、單位工程質(zhì)量、層層把關(guān),組織者從抓質(zhì)量入手，把施工中的工程質(zhì)量、施工技術(shù)、安全措施等一系列問題均落到實處，

11、合理的、科學(xué)的進行組織。一個全新組織者的管理水平就會提升到同行業(yè)前列3?，F(xiàn)代高層建筑隨著社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的進一步發(fā)展，一大批先進的儀器和施工工藝越來越廣泛地應(yīng)用到施工中，這對設(shè)計、施工、監(jiān)理也提出了越來越高的要求。強度、三線、裂縫、安全都是些門類科學(xué)，值得進一步研究、探討。綜上所述，做到認真、負責(zé)、樹立以質(zhì)量生存的思想意識，以人為本、合理組織、嚴格考核、認真履行組織者的職責(zé)、總結(jié)經(jīng)驗,就能走出一條自身發(fā)展又能順應(yīng)市場的規(guī)范之路。提高自身素質(zhì)和文化水平、提高施工管理水平，調(diào)動操作人員的積極性，更多的了解市場信息輔以激勵機制，這樣就能安全組織好高層綜合樓的施工。2 高層建筑基礎(chǔ)施工及地基處理技術(shù)

12、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢隨著土地資源日益緊張，為解決居住問題，越來越多的高層建筑拔地而起。高樓的高度增加了，對地基基礎(chǔ)要求也更高。高層建筑在建造過程中，地基處理是第一步，也是最重要的工序，是決定高層建筑質(zhì)量管理的基礎(chǔ)，基礎(chǔ)施工和地基處理是高層建筑質(zhì)量保證的命脈。由于我國經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，不僅事先要選擇在地質(zhì)條件良好的場地上進行建設(shè)，有時也不得不在地質(zhì)條件不良的地基上進行修建，而且現(xiàn)代建筑事業(yè)對地基處理提出了愈來愈高的要求。下文主要分析了當前我國高層建筑基礎(chǔ)施工及地基處理技術(shù)的現(xiàn)狀及其特點，探討高層建筑基礎(chǔ)施工和地基處理的技術(shù)性重要性問題，并論述了其發(fā)展趨勢4。2.1 高層建筑基礎(chǔ)施工及地基處理技術(shù)的概況2

13、.1.1 我國基礎(chǔ)施工技術(shù)接近國際先進水平(1)樁基技術(shù)樁基是基礎(chǔ)的一種，它通常用在地質(zhì)條件不好，而自然基礎(chǔ)又滿足不了建筑物強度、變形或穩(wěn)定性標準要求時，采用的一種特殊的人工處理方式，在基礎(chǔ)施工時埋深更大。與混凝土預(yù)制樁相比，由于其存在振動噪聲大，擠土效應(yīng)等缺陷，已較少使用，當前樁基已成為應(yīng)用最為廣泛的一種建筑基礎(chǔ)形式。灌注樁發(fā)展最快、運用最廣,歸功于它可適用于任何地層土質(zhì)，可形成任一規(guī)格的樁長、樁徑，滿足各種不同承載力要求。近年來，我國在灌注樁施工工藝技術(shù)方面有了長足的發(fā)展，積累了不少設(shè)計和施工的經(jīng)驗。灌注樁強度技術(shù)指標，原則上同鋼筋混凝土預(yù)制樁相同。泥漿護壁孔樁適用性強，是一種傳統(tǒng)樁型，現(xiàn)

14、已是高層建筑的主要樁型，但這種樁型有樁底虛土和縮頸缺陷，具體應(yīng)用時采用樁底、樁側(cè)后注漿技術(shù)，并結(jié)合用超聲檢測技術(shù)，開發(fā)出獨具特色的超長灌注樁施工成套技術(shù)。檢驗樁基承載力方面，傳統(tǒng)的是靜載試驗，目前我國結(jié)合計算機應(yīng)用，樁基動測技術(shù)已趨成熟。總之,我國地基基礎(chǔ)的樁基技術(shù)是多樁型系列，成樁施工技術(shù)方面接近國際先進水平。(2)基坑支護高層建筑高度的增加，建設(shè)難度進一步的增加，高層建筑的基坑深，開挖難度大，然而基坑深卻是基礎(chǔ)施工中的關(guān)鍵技術(shù)。由于深基礎(chǔ)支護工程是從地下安全作業(yè)出發(fā)到深基坑側(cè)壁及周邊所處環(huán)境做的加固保護作用，是集擋土、支護、挖土、降土、防水、監(jiān)測和信息化施工等一系統(tǒng)工程整體考慮的。另一種體

15、系則是土釘墻，適用范圍是一些低水位非軟土場地，它也是采用分層開挖、分層支護方式，其造價僅為傳統(tǒng)支護體系成本的40%-60%。創(chuàng)新方面是排樁帽梁的設(shè)計與內(nèi)支撐相結(jié)合領(lǐng)域，基坑支護中對地下水控制，通常使用帷幕型、帷幕與封底復(fù)合型辦法，實踐中碩果累累。2.1.2 高強度高性能混凝土發(fā)展迅速高強砼是一種新的建筑材料，以其抗壓高強、密度大、孔隙率低和高變形模量的特點，特別是抗壓強度高的特點，其值通常為普遍強度混疑土的4-6倍，如此高的強度能使構(gòu)件的截面減少到最小，因此最適用于高層建筑。2.1.3 豎向粗鋼筋套筒擠壓連接技術(shù)和高效預(yù)應(yīng)力砼技術(shù)廣泛使用豎向粗鋼筋套筒擠壓連接技術(shù)是一種接頭形式，我國站在已有成

16、果的基礎(chǔ)上重點解決了不同直徑的配筋問題，以及用同直徑套筒連接的關(guān)鍵技術(shù)問題。近年來國內(nèi)在無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力砼方面發(fā)展迅速，采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力砼技術(shù)，改良了砼結(jié)構(gòu)，改良了砼結(jié)構(gòu)性能，促進施工過度加快，降低了工程造價成本。2.2 高層建筑基礎(chǔ)施工及地基處理技術(shù)的重要性2.2.1 質(zhì)量保證的命脈高層建筑在施工基礎(chǔ)過程中，地基處理是第一步，也是關(guān)鍵工序之一，如果地基處理技術(shù)不佳，難以保證整個建設(shè)工程的順利進行，甚至發(fā)生安全質(zhì)量事故，危及到人生安全，因此，加強高層建筑基礎(chǔ)施工和地基處理是命脈。2.2.2 技術(shù)提升的廣泛運用高層建筑基礎(chǔ)施工和地基處理技術(shù)是提升技術(shù)有效運用的重要體現(xiàn)，需要根據(jù)地基土質(zhì)的好壞、均勻情

17、況地下水位情況、土層厚度和位置、有無溶洞，古墓等諸多因素，合理的選擇地基基礎(chǔ)處理方案，滿足高層建筑對基礎(chǔ)施工及地基處理的技術(shù)要求。2.3 高層建筑地基處理的基本技術(shù)困境2.3.1 地基缺乏應(yīng)有的保護高層建筑中地基是要重點保護對象。由于氣候等原因會出現(xiàn)地基的不同形式問題，如果沒有處理好地下水、泥土松散等，地基的基礎(chǔ)缺乏充足的保護，就有可能造成地基進水，施工困難，進而造成地基的質(zhì)量損害。2.3.2 施工過程中事故處理不及時在地基處理上，有些高層建筑的基礎(chǔ)施工和地基處理采用的樁基，假如因為某種原因甚至有些施工單位偷工減料，在樁成孔后出現(xiàn)塌方，樁孔嵌入持力層深度不夠，沉渣太厚等數(shù)據(jù)都不符合設(shè)計要求，施

18、工單位也不及時處理，在基樁開挖前不進行全面檢查，及時發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，盲目挖土動工，都將會造戊資金、技術(shù)、人力、物力、財力等巨大浪費。2.4 高層建筑基礎(chǔ)施工及地基處理技術(shù)的提升手段2.4.1 全面勘察地基基礎(chǔ)施工時周邊環(huán)境高層建筑的基礎(chǔ)施工中需要對環(huán)境的準確把據(jù)，包括詳細了解建筑物的特征、施工現(xiàn)場的地形、地貌及其它自然條件等；鄰近建筑物距離、結(jié)構(gòu)性質(zhì)以及目前使用狀況；了解施工現(xiàn)場地下水的水位高低、水質(zhì)等；了解附近地下管線(煤氣管、上水管、下水管、電纜線等)的分布、走向等情況。2.4.2 細化地基當斯處理的技術(shù)參數(shù)目前，基本上采用樁基的方式，樁基分為預(yù)制樁和灌注樁。預(yù)制樁用錘擊、振動、水沖沉入或靜

19、壓等方法打樁入土。灌注樁則在就地成孔，再放置鋼筋籠在鉆孔中，再灌注混凝土成樁。在技術(shù)參數(shù)的細化不可有任何的疏忽，加強對施工質(zhì)量的監(jiān)督,尤其是要求的精準數(shù)字必須符合相應(yīng)的國家標準要求,包括編制施工方案、編制施工進度計劃表、質(zhì)量保證、安全技術(shù)等，確保技術(shù)完全到位。2.4.3 復(fù)合地基處理方法的技術(shù)提升高層建筑當遇到復(fù)合型的地基,需要高技術(shù)的處理。通過填充材料到被加固土體中，改變土體的結(jié)構(gòu)，形成一定的增強體承載荷載。形成復(fù)合地基的地基處理方法有多種。3 我國高層建筑抗震設(shè)計的若干問題我國高層建筑發(fā)展的主要特點表現(xiàn)在建筑高度不斷增加且結(jié)構(gòu)體型日趨復(fù)雜、鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)應(yīng)用較多，同時由于我國高層建筑大

20、多要考慮抗震、抗風(fēng)的問題，設(shè)計難度較大，高層建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)的規(guī)范標準及研究工作在高層建筑發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。3.1 我國高層建筑的發(fā)展如果說70年代是我國高層建筑設(shè)計與施工的學(xué)習(xí)與練兵階段，那么80年代則是我國高層建筑在設(shè)計、計算及施工技術(shù)各方面迅速發(fā)展的階段，各大中城市普遍興建高度在100m左右或100m以上的以鋼筋混凝土為主的建筑。進人90年代，我國高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工技術(shù)進入了新的階段，不僅結(jié)構(gòu)體系及建筑材料出現(xiàn)多樣化，而且在高度上上長幅度很大，有一個飛躍。1994年末， 我國已建成的按高度統(tǒng)計為前100名的建筑中，最高的是208m，最低的是104m；至1996 年末，在高度為前10

21、0 名的建筑中，原來統(tǒng)計的100幢只剩下了25幢，最高的建筑達到了325m (塔尖達384m)，最低的是120m。近幾年變化更大，高度為365m(塔尖達421m)的金茂大廈結(jié)構(gòu)已經(jīng)封；我國最高、也是世界最高、達到460m的上海環(huán)球金融中心已經(jīng)開工?，F(xiàn)在我國大陸已經(jīng)有4幢建筑進入了世界高度為前100 名的行列；不久的將來，我國大陸會有7幢250m以上的建筑進入世界前100 幢高層建筑的行列；包括香港和臺灣，將有12幢建筑進人這一行列5。根據(jù)不完全統(tǒng)計可以看出：(1)58幢150m以上的高層建筑絕大部分集中在沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，以上海最為集中，全部建在抗震設(shè)防地區(qū)，為抗震結(jié)構(gòu)。(2)從建筑材料看，在

22、前58幢建筑中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)占64%，而在前30幢中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)只占50%；高度增加以后，混合結(jié)構(gòu)的比例上升，自26%升為40%，而鋼結(jié)構(gòu)占的比例未變，僅為10%。可以說，目前我國最高的一些建筑，鋼與混凝土組成的混合結(jié)構(gòu)占了重要地位，其它如鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)及鋼管混凝土結(jié)構(gòu)則很少。(3)從結(jié)構(gòu)體系看，超高層建筑主要采用了三種體系：框架筒體體系、筒中筒體系和框架支撐體系?？蚣苤误w系都是鋼結(jié)構(gòu)。筒中簡體系中，除一幢是鋼結(jié)構(gòu)，一幢為混合結(jié)構(gòu)外，其它都是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。在框架筒體體系中，則以外框架核心筒體系為主，其中又以外鋼框架混凝土核心筒結(jié)構(gòu)占了很大比例，特別是在前30幢建筑中，17幢框架簡體都

23、是外框架核心筒結(jié)構(gòu)，其中有11幢采用外鋼與內(nèi)混凝土組合的混合結(jié)構(gòu)；在前58幢建筑中，有35幢建筑為框架筒體結(jié)構(gòu)，其中，外鋼框架混凝土核心筒結(jié)構(gòu)占了14幢。(4)從國內(nèi)外設(shè)計(指結(jié)構(gòu)設(shè)計)比例看，前30幢建筑，國內(nèi)設(shè)計占2/3；前58幢建筑，國內(nèi)設(shè)計達3/4。從施工看，除少數(shù)是國外公司總承包外，進入90年代以后，絕大部分是由國內(nèi)建筑公司承包了。從以上的簡要回顧可見，我國的高層建筑發(fā)展快，數(shù)量多，特別是全部150m以上的建筑都在7度、8度抗震設(shè)防地區(qū)。面對如此的挑戰(zhàn)，如何精心設(shè)計、精心施工，不斷提高高層建筑的抗震設(shè)計水平，是一個迫切需要引起廣泛注意、加強研究的艱巨任務(wù)，它需要廣大設(shè)計、施工、管理人

24、員的共同努力。我國在建筑抗震設(shè)計方面已經(jīng)積累了很多經(jīng)驗，現(xiàn)行國家規(guī)范建筑抗震設(shè)計規(guī)范及行業(yè)規(guī)程鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程與78規(guī)范及79規(guī)程相比，有了很大的進步?，F(xiàn)行規(guī)范和規(guī)程的抗震設(shè)計方法已經(jīng)為廣大工程技術(shù)人員所掌握。但是，隨著我國高層建筑的發(fā)展，國家經(jīng)濟實力的提高，個人財產(chǎn)的增多，我國高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計有許多新的問題需要研究解決。本文僅就其中幾個問題提出一些看法。3.2 材料與體系我國150m以上的建筑，采用的三種主要結(jié)構(gòu)體系，都是其它國家高層建筑采用的主要體系。但國外、特別在地震區(qū)，是以鋼結(jié)構(gòu)為主，而在我國鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及混合結(jié)構(gòu)占了90%。如此高的鋼筋混凝上結(jié)構(gòu)及混合結(jié)構(gòu)，

25、國內(nèi)外都還沒有經(jīng)受較大地震作用的考驗6。在前30幢建筑中，17幢外框架核心筒結(jié)構(gòu)中的11幢采用外鋼框架和混凝土核心筒的混合結(jié)構(gòu)，大部分建在上海，最高的是深圳地王大廈。國外很少采用這種混合結(jié)構(gòu)，在抗震結(jié)構(gòu)中更少見；國內(nèi)工程界對這種體系的看法不一，爭論較大。采用這種體系的主要原因是比鋼結(jié)構(gòu)的用鋼量少，又可減小柱子斷面，常常為業(yè)主所看中?；旌辖Y(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土內(nèi)筒往往要承受80%以上的地震層剪力，有的高達90%以上。由于結(jié)構(gòu)以鋼筋混凝土核心簡為主，變形控制要以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的位移限值為基準(或適當放寬)；由于內(nèi)筒的高寬比很大(約為1012)，其彎曲變形的側(cè)移較大，靠剛度很小的鋼框架協(xié)同工作減小側(cè)移，不

26、僅增大了鋼結(jié)構(gòu)的負擔(dān)，而且效果不大，有時不得不加大混凝土簡的剛度或設(shè)置伸臂結(jié)構(gòu)、形成加強層才能滿足規(guī)范側(cè)移限值；為了安全起見，規(guī)程要求框架承擔(dān)剪力不小于底部剪力的25%，這也會使鋼材的用量加大；混凝土筒的軸向壓力隨高度增大而增大，為保證其延性，可能要加大筒壁的厚度和配筋，因而用鋼量也會相對上升。此外，由于鋼筋混凝土內(nèi)筒與鋼柱的豎向變形性能不同，由徐變、溫度等因素會引起結(jié)構(gòu)附加內(nèi)力；在構(gòu)造上，有一些結(jié)構(gòu)為了增加結(jié)構(gòu)剛度而將樓板鋼梁與混凝土內(nèi)筒做成剛接，這不僅增加施工困難，而且鋼與混凝土的連接節(jié)點可靠性較差，要保證兩個加工精度相差懸殊的構(gòu)件按設(shè)計要求連接是不容易的，一般并不能保證剛接。采用混凝土核

27、心筒，可以節(jié)省一些鋼材，但是究竟能節(jié)省多少，還要做進一步分析。 而我國當前的國情，已經(jīng)不是結(jié)構(gòu)材料越省越好的年代。對混合結(jié)構(gòu)的抗震性能以及為改善其性能需要采取的措施要有充分認識。例如，高度為3040層的結(jié)構(gòu)，其內(nèi)筒與外框側(cè)向變形性能的差別和豎向變形差相對容易協(xié)調(diào)，為保證內(nèi)筒剪力墻的塑性變形能力的軸壓比限值也較容易得到滿足(或剪力墻不至太厚)，采用這種體系有其合理性；而對層數(shù)更多的高層建筑，則需要謹慎的設(shè)計，其合理性及所采取的措施都需要認真論證。此外，這種體系的內(nèi)筒宜采用鋼骨混凝土剪力墻，以便使鋼梁與鋼骨有可靠連接。在高層建筑中采用外框架核心簡體系時，為減小側(cè)移，通常需要設(shè)置伸臂結(jié)構(gòu)，形成加強層

28、。在結(jié)構(gòu)體系或柱距變化時，需要設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。加強層及轉(zhuǎn)換層都在本層形成大剛度而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度突變，常常會使與加強層或轉(zhuǎn)換層相鄰的柱構(gòu)件剪力突然加大，加強層伸臂構(gòu)件或轉(zhuǎn)換層構(gòu)件與外框架柱連接處很難實現(xiàn)強柱弱梁，因此，在需要設(shè)置加強層及轉(zhuǎn)換層時，要慎重選擇加強層及轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)形式，盡量減小其本身剛度，減小其不利影響。斜撐桁架或簡單的斜撐桿(要注意平衡其拉壓力)優(yōu)于實腹梁，在抗震結(jié)構(gòu)中采用厚板作轉(zhuǎn)換層對抗震是十分不利的。我國的筒中筒體系主要采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，這在國外地震區(qū)是很少見到的。密柱深梁的鋼筋混凝土框筒實現(xiàn)梁鉸屈服機制有一定困難。因此，當采用鋼筋混凝土筒中筒結(jié)構(gòu)時，必須充分注意框筒是否能真正

29、實現(xiàn)梁鉸機制，是否能確?？蛲驳难有砸蟆ｍ槺阒赋觯瑸榱朔奖阍O(shè)計，規(guī)范或規(guī)程中給出的強柱弱梁、強剪弱彎以及剪壓比等設(shè)計條件有某種程度的簡化，需要結(jié)構(gòu)工程師對不同情況作出具體分析和判斷。在高層建筑中，應(yīng)注意結(jié)構(gòu)體系及材料的優(yōu)選。現(xiàn)在我國鋼材生產(chǎn)數(shù)量已較大，建筑鋼材的類型及品種也在逐步增多，鋼結(jié)構(gòu)的加工制造能力已有了很大提高，因此在有條件的地方，建議盡可能采用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土(柱)結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)，以減小柱斷面尺寸，并改善結(jié)構(gòu)的抗震性能。在超過一定高度后，由于鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量較小而且較柔，為減小風(fēng)振而需要采用混凝土材料，鋼骨(鋼管)混凝土，通常做為首選。日本阪神地震震害說明，在鋼骨混凝土構(gòu)件中，采用

30、格構(gòu)式的型鋼時，震害嚴重，采用實腹式的大型型鋼或焊接工字鋼的，則震害輕微。因此，在高層建筑結(jié)構(gòu)中，若用鋼骨混凝土構(gòu)件，建議采用后者。3.3 構(gòu)件變形能力與軸壓比在鋼筋混疑土高層建筑結(jié)構(gòu)中，往往為了控制柱的軸壓比而使柱的斷面很大，而柱的縱向鋼筋卻為構(gòu)造配筋，即使采用高強混凝土，柱斷面尺寸也不能明顯減小。這是廣大設(shè)計人員在設(shè)計混凝土材料為主的結(jié)構(gòu)中遇到的現(xiàn)實問題。柱的軸壓比問題實際是柱的塑性變形能力問題，構(gòu)件的變形能力會極大地影響結(jié)構(gòu)的延性。眾所周知，若柱處于小偏心受力狀態(tài)，由于是混凝土壓碎喪失承載能力，塑性變形能力很小。規(guī)范規(guī)定的三級抗震框架柱的軸壓比限值(0.9)， 約為對稱配筋柱的大小偏壓的

31、界限。放寬軸壓比限值的代價是降低柱的延性。但是有兩種情況值得澄清: (1)在框架中若能保證強柱弱梁設(shè)計，且梁具有良好延性，則柱子進入屈服的可能性大大減少，此時可以放松軸壓比限值；(2)許多高層建筑底部幾層柱雖然長細比小于4，但并不一定是短柱，因為確定是不是短柱的參數(shù)是柱的剪跨比，只有剪跨比M/Vh2的柱才是短柱，長細比小于4的柱其剪跨比不一定小于2。此外，即使能調(diào)整軸壓比限值，其增大也是很有限的，也就是說，鋼筋混凝土柱斷面并不能由于略微增大軸壓比限值而顯著減小。因此，在抗震的超高層建筑中采用鋼筋混凝土柱是否合理值得商榷。鋼筋混疑土剪力墻同樣存在塑性變形能力問題。國內(nèi)外研究表明，在承受壓彎作用的

32、剪力墻中，與柱相同，當處于小偏壓狀態(tài)時墻的延性較差，不僅如此，即使在大偏壓狀態(tài)下，若軸壓比較大，混凝土受壓區(qū)的邊緣應(yīng)力很高，如果混凝土沒有約束或約束不夠，可能混凝土先達到極限壓應(yīng)變、出現(xiàn)豎向裂縫，甚至壓碎，使構(gòu)件喪失變形能力和承載能力。試驗表明，除了軸力以外，凡是能響受壓區(qū)高度的因素，例如縱向配筋率，混凝土強度，有無冀緣等都會影響剪力墻的變形能力。美國UBC及新西蘭規(guī)范都已引入剪力墻的變形能力要求，從變形能力出發(fā)規(guī)定了軸壓比限值，并提出了按混凝土壓應(yīng)變大小設(shè)置約束邊緣構(gòu)件的設(shè)計方法。邊緣構(gòu)件中的箍筋可約束混凝土而提高極限壓應(yīng)變。我國現(xiàn)行抗震設(shè)計規(guī)范沒有剪力墻的軸壓比限值，而且邊緣構(gòu)件的配箍量與

33、墻的受力狀態(tài)無關(guān)。這可能會導(dǎo)致軸壓比大的部位約束箍筋不夠、而軸壓比小的部位約束箍筋過多的不合理狀態(tài)。根據(jù)研究結(jié)果，在規(guī)范中規(guī)定剪力墻的軸壓比限值、規(guī)定墻邊緣構(gòu)件的約束范圍及約束箍筋用量，是十分必要的。在抗震的超高層建筑中，采用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)是有利的，它不僅能減小柱斷面，減小剪力墻厚度，還可以使結(jié)構(gòu)具有良好的抗震能力。國內(nèi)已有許多研究和工程實踐，并已制定了我國自己的鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程，預(yù)期部分采用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的高層建筑會逐步增多。采用鋼管混凝土柱也是減小柱斷面的有效措施，也已有一些工程實踐及有關(guān)設(shè)計規(guī)程，但鋼筋混凝上梁與鋼管柱的連接節(jié)點構(gòu)造及其傳力性能，還有待進一步的研究和發(fā)展。3.4 彈

34、塑性時程分析與彈塑性靜力分析在罕遇地震作用下，抗震結(jié)構(gòu)都會部分進入塑性狀態(tài)，為了滿足大震作用下結(jié)構(gòu)的功能要求，有必要研究和計算結(jié)構(gòu)的彈型性變形能力。當前國內(nèi)外抗震設(shè)計的發(fā)展趨勢，是根據(jù)對結(jié)構(gòu)在不同超越概率水平的地震作用下的性能或變形要求進行設(shè)計，結(jié)構(gòu)彈塑性分析將成為抗震設(shè)計的一個必要的組成部分。但是由于結(jié)構(gòu)彈塑性分析的復(fù)雜性，在如何進行計算和如何設(shè)定具體要求的問題上，各國的做法也有所不同7。我國現(xiàn)行抗震設(shè)計規(guī)范提出了驗算罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)變形的要求，即所謂的二階段設(shè)計，但是規(guī)范要求進行驗算的結(jié)構(gòu)類型較少。當前，進一步明確彈塑性計算的要求，作出一些具體規(guī)定，使彈塑性計算成為可操作，對于提高我國高

35、層建筑的抗震設(shè)計水平是十分必要的。結(jié)構(gòu)彈塑性分析可分為彈塑性靜力分析(時程分析)和彈塑性靜力分析(推力計算)兩大類。彈塑性動力分析，也就是彈塑性地震反應(yīng)分析，始于50年代。在多地震的日本，高層建筑的發(fā)展與彈塑性地震反應(yīng)分析是分不開的，武滕清教授在這方面的貢獻不可磨滅。近年來，美國和歐洲的一些多地震國家，彈塑性時程分析也已提上抗震設(shè)計日程；70 年代以來，我國廣大研究和設(shè)計人員進行了大量工作，已經(jīng)開發(fā)出一些可以應(yīng)用于工程設(shè)計的程序。包括彈塑性靜力分析，層模型動力分析，桿模型平面結(jié)構(gòu)動力分析等程序。但是在應(yīng)用中仍然遇到了這樣或那樣的問題，其中最主要的是彈塑性時程分析是否值得，結(jié)果是否可信。彈望性時

36、程分析是輸入地震波、直接計算結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)的分析方法，采用桿模型、層模型等簡化的結(jié)構(gòu)的計算模型。由于考慮了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彈塑性性能，結(jié)構(gòu)的剛度不斷變化，通過逐步積分，可以得到結(jié)構(gòu)各質(zhì)點的位移、速度和加速度時程。桿模型計算的優(yōu)點是可以得到桿件狀態(tài)隨時間的變化過程，也可得到各樓層的反應(yīng)。但是耗時多，計算昂貴，結(jié)果數(shù)據(jù)量大而且分析比較繁冗，在國外也極少采用。在日本，日常設(shè)計主要采用層模型作多條波分析，只是在某些必要情況下，再挑選出合適的地震波進行桿模型地震反應(yīng)計算。層模型計算能得到各樓層的反應(yīng)，例如層剪力、樓層側(cè)移和層間轉(zhuǎn)角、層間位移延性比等，它主要是從宏觀上即層間變形檢驗結(jié)構(gòu)在大震作用的安全。層模型計

37、算的數(shù)據(jù)相對較少，適宜于進行宏觀檢驗，也便于計算多條地震波作用。無論是采用桿模型還是層模型進行彈塑性時程分析，都要求設(shè)計人員具有比較高水平的專業(yè)知識，計算結(jié)果受地震波的影響較大，不存在唯一答案，有時難以作出判斷。最近一些國家的學(xué)者相繼提出用彈塑性靜力分析方法進行結(jié)構(gòu)抗震計算。這種方法并非創(chuàng)新，但有較多的優(yōu)點。彈塑性靜力分析采用空間協(xié)同平面結(jié)構(gòu)模型或三維空間模型；每個構(gòu)件(梁、柱、墻)都根據(jù)其戴面尺寸、配筋及材料確定其彈塑性力變形關(guān)系；在結(jié)構(gòu)上施加某種分布的樓層水平荷載，逐級增大；隨著荷載逐步增大，某些桿端屈服，出現(xiàn)塑性鉸，直至塑性鉸足夠多或?qū)娱g位移角足夠大，計算結(jié)束。由彈塑性靜力分析，可以了解

38、結(jié)構(gòu)中每個構(gòu)件的內(nèi)力和承載力的關(guān)系以及各構(gòu)件承載力之間的相互關(guān)系，檢查是否符合強柱弱梁(或強剪弱彎)，并可發(fā)現(xiàn)設(shè)計的薄弱部位，還可得到不同受力階段的側(cè)移變形，給出底部剪力頂點側(cè)移關(guān)系曲線以及層剪力層間變形關(guān)系曲線等等。后者即可作為各樓層的層剪力層間位移骨架線，它是進行層模型彈塑型件時程分析所必需的參數(shù)。只要結(jié)構(gòu)一定(尺寸、配筋、材料)，其結(jié)果不受地震波的影響、而與初始樓層水平荷截的分布有關(guān)。這種方法在現(xiàn)階段比較現(xiàn)實，也易于為工程設(shè)計人員所掌握。這種方法可以從細觀上(構(gòu)件內(nèi)力與變形)和宏觀上(結(jié)構(gòu)承截力和變形)了解結(jié)構(gòu)彈塑性性能，既可得到有用的靜力分析結(jié)果，又可很方便地進行動力時程分析。從計算模

39、型上看，彈性分析的計算模型經(jīng)歷了一個漫長的發(fā)展過程，才由簡化的平面結(jié)構(gòu)發(fā)展到空間協(xié)同、由空間協(xié)同再發(fā)展到空間分析，逐步接近實際，目前有些程序還可以將樓板變形引入計算，但應(yīng)用尚少。而彈塑性分析比彈性分析要復(fù)雜得多，也必然有一個發(fā)展的過程。盡管層模型與三維空間模型相比，簡化較多，也不宜用層模型計算復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，但是正如彈性分析中平面結(jié)構(gòu)在歷史上曾經(jīng)采用了多年、起到了很積極的作用一樣，彈塑性靜力計算及簡化模型的動力計算在現(xiàn)階段是可以做到、而且在定量分析上是有積極意義的，在應(yīng)用過程中也會逐步完善；就是現(xiàn)在，采用空間協(xié)同或空間模型進行彈塑性靜力分析已經(jīng)沒有困難?？偠灾?，彈塑性靜力分析，或與彈塑性動力分析

40、相結(jié)合、互為補充的分析方法，在現(xiàn)階段是可行的。它只有在工程實踐中，隨著廣大工程人員的普遍應(yīng)用和研究人員的不斷努力，才能逐漸成為抗震設(shè)計的一種必要手段。3.5 基于位移的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計我國現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計，是以承載力為基礎(chǔ)的設(shè)計。即：用線彈性方法計算結(jié)構(gòu)在小震作用下的內(nèi)力、位移；用組合的內(nèi)力驗算構(gòu)件截面，使結(jié)構(gòu)具有一定的承載力；位移限值主要是使用階段的要求，也是為了保護非結(jié)構(gòu)構(gòu)件；結(jié)構(gòu)的延性和耗能能力是通過構(gòu)造措施獲得的。雖然，構(gòu)造措施是為了使結(jié)構(gòu)在大震中免遭倒塌，但設(shè)計人并不掌握結(jié)構(gòu)在大震中的實際性能8。90年代中，美國學(xué)者提了基于位移的抗震設(shè)計，這是一種全新概念的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法。DRD是實

41、現(xiàn)基于功能的抗震設(shè)計的重要步驟。它比現(xiàn)行抗震設(shè)計方法中強調(diào)的概念設(shè)計更進了一步，它要求有量化的設(shè)計指標。歷次震害表明，結(jié)構(gòu)破壞、倒塌的主要原因是變形過大，超過了結(jié)構(gòu)構(gòu)件能承受的塑性變形能力。基于位移的抗震設(shè)計要求進行定量分析，使結(jié)構(gòu)的變形能力滿足在預(yù)期的地震作用下的變形要求。預(yù)期的地震作用一般是指大震。因此除了驗算構(gòu)件的承載力外，要控制結(jié)構(gòu)在大震作用下的層間位移角限值或位移延性比，根據(jù)構(gòu)件變形與結(jié)構(gòu)位移關(guān)系，確定構(gòu)件的交形值；并根據(jù)載面達到的應(yīng)變大小及應(yīng)變分布，確定構(gòu)件的構(gòu)造要求。確定結(jié)構(gòu)在大震作用下的層間位移角限值，是DBD的重要內(nèi)容，實質(zhì)就是確定允許的結(jié)構(gòu)震害程度或確定地震后結(jié)構(gòu)能保持的使

42、用功能目標。不同的震害程度或功能目標，可以作出不同的設(shè)計結(jié)果。若期望大震后建筑結(jié)構(gòu)能立即使用或略加修理就能使用，位移角限值要嚴些,，相應(yīng)的構(gòu)件尺寸或構(gòu)件配筋會大一些；若允許結(jié)構(gòu)在大震中破損，位移角限值可放松，則設(shè)計結(jié)果會與前者不同。我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在大震作用下的層間位移角限值為1/50，這時，柱已經(jīng)難免出鉸，結(jié)構(gòu)破壞嚴重，喪失了繼續(xù)使用的功能，僅能維特不倒塌。大震作用下結(jié)構(gòu)的位移限值多大為宜，至少涉及兩個問題：一是抗震投資， 畢竟大震的重現(xiàn)期為2千年左右，而建筑的設(shè)計基準期僅為50年；二是對于不同的結(jié)構(gòu)休系，層間位移角大小與結(jié)構(gòu)破壞程度之間需要明確的量化的對應(yīng)關(guān)系。前者與國情

43、有關(guān)，后者需要大量的研究工作。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)能達到的層同位移角能力以及層間位移角與結(jié)構(gòu)破壞程度的關(guān)系，與構(gòu)件塑性鉸區(qū)截面的變形能力有關(guān)；截面的曲率延性，即彎曲變形能力，主要取決于相對受壓區(qū)的高度(由軸壓比、配筋等決定)以及混凝土的極限壓應(yīng)變；混凝土能達到的極限壓應(yīng)變主要取決于箍筋的約束程度，即箍筋的形式和含箍特征值。因此，塑性鉸區(qū)截面的約束箍筋應(yīng)當由要求結(jié)構(gòu)達到的變形能力確定。以高寬比超過10、對稱配筋的矩形截面剪力墻為例，以試驗為基礎(chǔ)的理論分析表明，若設(shè)定墻肢頂點位移延性比為3，且塑性鉸區(qū)截面的相對受壓區(qū)高度不超過0.12時，墻端不需設(shè)置約束邊緣構(gòu)件；當相對受壓區(qū)高度為0.28時，需要道設(shè)置

44、長0.2lw的約束邊緣構(gòu)作(lw為墻肢截面長)，其含箍特征值要求達到0.3；相對受壓區(qū)高度更大時，則所需的約束范圍更大、含箍待征值更高，否則就不能達到墻頂點位移延性比為3的目標。若提高位移延性比的要求，譬如說4，相對受壓區(qū)高度的限值會更嚴。對于鋼筋混凝土框架，在確定梁柱塑性鉸區(qū)的約束箍筋時，同樣應(yīng)使構(gòu)件的變形能力超過構(gòu)件的變形要求。目前我國規(guī)范中規(guī)定的抗震等級，已有了按要求區(qū)分配筋構(gòu)造的維形，但是與定量分析和量化要求尚有較大距離，有必要加強這方面的研究。為了實現(xiàn)基于位移的抗震設(shè)計，第一步需要研究簡單結(jié)構(gòu)(例如框架及懸臂墻)的構(gòu)件變形與配筋關(guān)系，實現(xiàn)按變形要求進行構(gòu)件設(shè)計；進而研究整體結(jié)構(gòu)進入彈

45、塑性后的變形與構(gòu)件變形的關(guān)系。這就要求除了小震階段的計算外，還要按大震作用下的變形進行設(shè)計，也就是真正實現(xiàn)二階段抗震設(shè)計，這是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的發(fā)展趨勢。為了使基于位移的抗震設(shè)計用于工程，還有許多問題尚待深入研究，例如：層間位移角(或位移延性系數(shù))與結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞的關(guān)系，構(gòu)件變形與截面性能的關(guān)系，重要性不同的建筑對破壞程度的要求如何區(qū)別，實用的彈塑性分析程序，研究成果轉(zhuǎn)化為易于工程應(yīng)用的設(shè)計、計算方法，等等。經(jīng)濟與安全的關(guān)系，是結(jié)構(gòu)抗霞設(shè)計的重要技術(shù)政策。一個國家的抗震設(shè)防標準，與這個國家的經(jīng)濟實力密切相關(guān)。實際上，當前我國高層建筑的造價(包括地價、拆遷、城市建設(shè)等費用)中，結(jié)構(gòu)造價所占的比例很低

46、，用于抗震的只是其中的一小部分。適當提高我國高層建筑的抗震設(shè)防標準，對建設(shè)費用的增加是很有限的，而帶來的好處是較大幅度地提高結(jié)構(gòu)在中，大震作用下的安全度，保護財產(chǎn)與使用功能，與國際接軌，結(jié)果是國家得利，百姓得利，投資人得利。4 中國高層建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展與展望我國的高層建筑發(fā)展始于上世紀初，1921年至1936年,，上海、廣州陸續(xù)建造了一些高層旅館、辦公樓和住宅；解放后50年代至70年代，高層建筑取得了一定的發(fā)展，80年代開始，隨著經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，高層建筑進入了快速發(fā)展時期，興建了大量的高層建筑；近二十年來，我國高層建筑取得了令世人矚目的發(fā)展。尤其近年來，我國內(nèi)地成為世界高層建筑發(fā)展的中心之一。文中

47、主要就我國高層建筑發(fā)展的特點、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計研究和標準規(guī)范編制等方面進行介紹。4.1 我國高層建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展的特點我國高層建筑概括起來主要有以下幾個特點：建筑高度不斷增加；結(jié)構(gòu)體型日趨復(fù)雜；以混合、組合結(jié)構(gòu)為主；涌現(xiàn)一些新型結(jié)構(gòu)體系。4.1.1 建筑高度不斷增加前文提到，解放以前，2030年代,，上海、廣州陸續(xù)建造了一些高層建筑，代表性建筑如：1929年建成的22層的上海大廈，1931年建造的24層的上海國際飯店等；解放后，1959年建成了12層47. 4m高的北京民族飯店，1968年建成了27層的廣州賓館，70年代建成了17層的北京飯店新樓以及114m高的廣州白云賓館；80年代開始到上世紀末

48、，隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，興建了100多棟高度超過150m的高層建筑。代表性建筑為：1990年建成的208m高的北京京廣中心，1992年建成的63層、200m高的廣東國際大廈，1996年建成的325m高的深圳地三大廈，以及1998年落成的420m高的上海金茂大廈。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2008年底，150mm以上的高層建筑已超過200棟，這些高層、超高層建筑中，300m以上的多分布在東南沿海地區(qū)，北方也有一批超高層建筑已經(jīng)建成或正在設(shè)計建造中，如2007年北京建成了高度為330m的北京國貿(mào)三期，高度為337m的天津津塔預(yù)計2009年底結(jié)構(gòu)封頂，其他如350m高的沈陽恒隆市府廣場，383m高的大連裕

49、景，333m高的天津嘉里中心辦公樓等，正在設(shè)計建造中。據(jù)國際高層建筑與城市協(xié)會2006年出版的世界上最高的101棟高層建筑統(tǒng)計，落成及在建的最高的101棟高層建筑中，我國大陸有20多棟，中國大陸、中國香港、中國臺灣總計33棟，美國也是33棟，數(shù)量相當，表明我國超高層建筑的數(shù)量居于世界前列。除數(shù)量增多外，超高層建筑的高度近年不斷刷新，492m高的上海環(huán)球金融中心已正式投入使用；432m高的廣州西塔結(jié)構(gòu)已封頂。除上述代表性超高層建筑外，使用高度580m、總高度超過600m的上海中心已經(jīng)于2008年底動工。全國各地尚有一批正在醞釀興建的高層建筑，如設(shè)計中的深圳平安金融中心塔樓桅桿頂高度將超過600m

50、，天津117大廈總高度也將超過600m。總之，我國高層建筑的高度正在從400m向600m挺進。超高層建筑高度的不斷攀高，其意義不僅僅在于高度的突破，而是帶動了整個建筑業(yè)的發(fā)展，包括材料技術(shù)、設(shè)備制造技術(shù)等行業(yè)的進一步發(fā)展。超高層建筑發(fā)展是經(jīng)濟發(fā)展的大勢所趨4.1.2 結(jié)構(gòu)體型日趨復(fù)雜由于業(yè)主和建筑師為實現(xiàn)建筑功能以及在建筑藝術(shù)、建筑造型方面體現(xiàn)創(chuàng)新，設(shè)計了眾多復(fù)雜體型和內(nèi)部空間多變的高層建筑，使得我國高層建筑的復(fù)雜程度也處于世界前列。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，高層建筑除了要滿足建筑使用功能要求，越來越重視建筑個性化的體現(xiàn)，使高層建筑的平面、立面均極其特殊。尤其近幾年，各種新的復(fù)雜體型及復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系大

51、量出現(xiàn)，如體型復(fù)雜的連體結(jié)構(gòu)，樓板開大洞形成的長短柱，樓板與外框結(jié)構(gòu)僅通過若干節(jié)點連接，懸挑、懸掛，大跨度連體的滑動連接等，這些復(fù)雜體型的高層建筑許多超出了現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范的要求，以往的工程經(jīng)驗和震害資料都無法借鑒，需要進行更深入的研究。特別是許多項口目采用了國外設(shè)計師的作品，但一些境外建筑師來自非地震區(qū)，缺乏抗震設(shè)計經(jīng)驗，有些建筑方案特別不規(guī)則。而在口本神戶、中國臺灣及2008年的“5.12”汶川地震中，一些特別不規(guī)則建筑受到嚴重破壞。我國絕大部分地區(qū)為抗震設(shè)防地區(qū)，而高層建筑集中的東南沿海地區(qū)又是臺風(fēng)頻繁的地區(qū)，因此我國高層建筑設(shè)計絕大部分都要考慮抗震、抗風(fēng)問題，加之體型日趨復(fù)雜，我國的高層建

52、筑結(jié)構(gòu)設(shè)計面臨更大的挑戰(zhàn)。4.1.3 超高層建筑中鋼混凝土混合結(jié)構(gòu)為主國外高層、超高層建筑以純鋼結(jié)構(gòu)為主，而我國以鋼混凝土的混合結(jié)構(gòu)應(yīng)用居多。據(jù)不完全統(tǒng)計，中國已建成的150m以上的高層建筑中，混合組合結(jié)構(gòu)約占22.3%；200m以上的高層建筑，混合結(jié)構(gòu)約占43.8%；300m以上的高層建筑，混合、組合結(jié)構(gòu)約占66.7%，如上海環(huán)球金融中心及金茂大廈均為鋼筋混凝土核心筒，外框為型鋼混凝土柱及鋼柱；北京國際貿(mào)易中心三期為筒中筒結(jié)構(gòu)，外部為型鋼混凝土框筒，內(nèi)部為型鋼混凝上巨型柱與斜撐及鋼梁組成的筒體，高度330m，為我國8度抗震設(shè)防地區(qū)最高的高層建筑。正在設(shè)計建造中的三棟600m以上的高層建筑(上

53、海中心、深圳平安金融中心、天津117大廈)全部采用混合結(jié)構(gòu)。鋼混凝土混合結(jié)構(gòu)之所以得到了較大發(fā)展，一方面因為其可有效地將鋼、混凝土以及鋼混凝土組合構(gòu)件進行組合，既具有鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)優(yōu)勢又具有混凝土造價相對低廉的特點；另一方面，我國現(xiàn)場施工的人力成本比國外低，采用混合結(jié)構(gòu)比采用純鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)濟方面更有優(yōu)勢。因此混合結(jié)構(gòu)是符合我國國情的超高層建筑的結(jié)構(gòu)體系,，預(yù)計將來混合結(jié)構(gòu)仍將得到較大的發(fā)展。4.1.4 一批新型結(jié)構(gòu)體系涌現(xiàn)隨著超高層建筑的發(fā)展，近期涌現(xiàn)出了一些新型結(jié)構(gòu)體系。已建成的330m高的北京國貿(mào)三期主塔樓采用了鋼混凝土框架核心簡結(jié)構(gòu)，內(nèi)筒采用了型鋼、鋼板混凝上巨型組合柱及型鋼混凝土支撐結(jié)構(gòu)體系

54、；在建的337m高的天津津塔主要抗側(cè)力體系由鋼管混凝土柱框架+核心鋼板剪力墻體系+外伸剛臂抗側(cè)力體系組成，具有較高的抗側(cè)剛度和延性，是目前世界上應(yīng)用鋼板剪力墻的最高的高層建筑；廣州西塔采用了外部交叉網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系，該體系具有較強的抗側(cè)剛度及抗扭剛度，能較好地抵御風(fēng)荷載和地震作用；巨型結(jié)構(gòu)在超高層結(jié)構(gòu)中被廣泛采用，利用外框的帶狀桁架和巨型柱形成巨型框架，并輔以必要的外立面的斜撐，巨型柱的尺寸往往達到5m以上，有的甚至超過10m，采用型鋼混凝土構(gòu)件或鋼管混凝土構(gòu)件。隨著高層建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展，會有更多新穎合理的結(jié)構(gòu)體系出現(xiàn)。4.2 我國高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計研究及標準規(guī)范編制4.2.1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計研究大

55、量復(fù)雜高層建筑的出現(xiàn)，給結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來了挑戰(zhàn)。結(jié)合復(fù)雜高層建筑的設(shè)計，進行了大量的相關(guān)研完工作，研究內(nèi)容主要側(cè)重抗震、抗風(fēng)，研究手段主要是試驗研究與計算分析。關(guān)于抗震研究工作，針對我國高層建筑體型復(fù)雜和混合結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛的特點，國內(nèi)相關(guān)科研院所、高校等進行了大量試驗研究。結(jié)合振動臺試驗及模型靜力試驗，并利用各種計算機分析軟件進行計算分析工作，完成了關(guān)于轉(zhuǎn)換層、加強層、體型收進、帶懸挑結(jié)構(gòu)、連體結(jié)構(gòu)等復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)的研究應(yīng)用，為我國復(fù)雜高層建筑設(shè)計提供了依據(jù)。針對混合結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛的特點，開展了系列研究工作：進行了整體模型結(jié)構(gòu)擬靜力試驗研究及模型振動臺試驗研究，開展了如何增強混合結(jié)構(gòu)核心筒剪力墻延性

56、的研究，如采用鋼板混凝土組合剪力墻、帶鋼斜撐混凝土組合剪力墻、內(nèi)藏鋼桁架混凝土組合剪力墻等多種形式的研究工作；結(jié)合實際工程，如CCTV大樓、北京國貿(mào)三期等，開展了大量高含鋼率、截面形式復(fù)雜的組合構(gòu)件的試驗研究等。在高層建筑研究過程中，進行了數(shù)百棟實際工程的模型振動臺試驗研究工作。通過整體模型振動臺試驗，研究結(jié)構(gòu)抗震性能，對結(jié)構(gòu)相對薄弱部位有針對性的采取加強措施；除振動臺試驗外，許多工程進行了大比例構(gòu)件、節(jié)點試驗研究，以檢驗結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性，并為設(shè)計提供參考。如上海環(huán)球金融中心、廣州西塔等均進行了大量的試驗研究工作?？癸L(fēng)研究工作主要針對復(fù)雜體型及復(fù)雜風(fēng)環(huán)境開展工作。結(jié)合具體的高層建筑工程，開展了

57、大量的風(fēng)洞試驗，為進行高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供了更為可靠的依據(jù)。隨著人們對居住環(huán)境的重視，風(fēng)工程研究工作會越來越引起設(shè)計人員的關(guān)注。除試驗研究外，高層建筑結(jié)構(gòu)的計算分析手段有了很大提高。規(guī)范要求，體型復(fù)雜、結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜的高層建筑進行多遇地震作用下的內(nèi)力與變形分析時，應(yīng)采用至少兩個不同力學(xué)模型的軟件進行整體計算。目前，國內(nèi)商業(yè)化的高層建筑分析計算程序主要有SATWE，PMSAP等，國際通用程序ETABS，SAP2000 ，MIDAS等在復(fù)雜工程計算中已得到較廣泛的應(yīng)用。近幾年高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域的彈塑性分析計算工作取得了一定的進展。許多體型特殊的結(jié)構(gòu)，除進行彈性計算分析外，補充進行了彈塑性分析計算

58、，以找出結(jié)構(gòu)的薄弱部位并采取構(gòu)造措施進行加強。彈塑性分析計算程序主要有兩大類：一類是土建領(lǐng)域常用的國際通用分析程序如ETABS，SAP2000，ANSYS等以及國內(nèi)自主開發(fā)的彈塑性分析程序如EPDA等；除此以外，原用于航空航天汽車等領(lǐng)域的大型非線性分析程序ABAQUS，LSDNA等已開始在高層建筑實際工程中得到應(yīng)用，非線性動力方程的顯式求解方法也在結(jié)構(gòu)分析中得到應(yīng)用，為彈塑性分析計算工作開辟了新的局面。但是鑒于我國高層建筑結(jié)構(gòu)體型復(fù)雜，且多以混合結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主，彈塑性分析工作還有許多值得深入研究探討的問題，如合理模擬結(jié)構(gòu)阻尼、合理確定材料本構(gòu)關(guān)系、開發(fā)高精度單元、改善非線性分析算法等。另外，針對復(fù)雜及超限結(jié)構(gòu)，除進行整體計算分析外，還作一些補充計算，如對關(guān)鍵部位、關(guān)鍵構(gòu)件進行中震或大震結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力驗算等，是基于性能的抗震設(shè)計思想的具體體現(xiàn)。超高層建筑等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力情況與施工過程是密切相關(guān)的。施工過程的模擬也是一個非線性問題，在模擬過程中結(jié)構(gòu)是不斷變化的，以往采用的結(jié)構(gòu)一次成型荷載分步施加的分析方法對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能適用，需要進行更精確的分析。目前國內(nèi)許多超高層建筑和復(fù)雜工程都進行了施工過程模擬分析，并綜合考慮混凝土的收縮