高层建筑结构的发展趋势与建筑造型-来自《建筑构造》的洞察

虽然，对于高层建筑存在很多争论，但由于世界人口不断增加，可利用土地资源不断减少，高层建筑并未停止它前进的步伐，特别是在发展中国家，这一趋势更加明显。

在21世纪，高层建筑继续向着更高的高度、更大的体量和更加综合的功能发展，对高层建筑结构提出了更高的要求。在确保结构安全的前提下，为了进一步节约材料和降低造价，结构设计概念在不断更新，呈现出以下几种发展趋势。

1.竖向抗侧移体系支撑化、周边化和空间化

因为水平荷载成为高层建筑结构设计的控制性因素，所以它要解决的核心问题是建立有效的竖向抗侧移体系，以抵抗各种水平力。在高层建筑抗侧移体系的发展过程中有一个从平面体系发展到立体体系的演化过程，即从框架体系到剪力墙体系，再到筒体体系。

但随着建筑高度的不断增加，体量的不断加大以及建筑功能的日趋复杂，即使是空心筒体体系也满足不了高层建筑不断发展的要求。特别是当建筑平面尺寸较大或柱距较大时，它的受力性能就大为减退。为改善这一情况，在框筒中增设支撑（图9-18），或斜向布置抗剪墙板（图9-19），成为强化空心筒体的有力措施。美国芝加哥翁泰雷中心就是结构支撑化的典型范例。

过去的高层建筑常将抗侧移构件布置在建筑物中心或分散布置，由于高层建筑的层数多、重心高，地震时很容易发生扭转。现在高层建筑抗侧移构件的布置逐渐转向沿房屋周边布置，以便提供足够的抗扭力矩。此外，还出现了另一种趋势，即把抵抗倾覆力矩的构件，向房屋四角集中，在转角处形成一个巨柱，并利用交叉斜杆连成一个立体支撑体系，由于巨大的角柱在抵抗任何方向倾覆力矩时都具有最大的力臂，从而更能充分发挥结构和材料的潜力。同时，构件沿周边布置还可以形成空间结构，能抵抗更大的倾覆力矩。贝聿铭设计的香港中国银行大厦（图9-20）就是此种趋势的反映。

图9-18　支撑框筒

图9-19　带抗剪墙板的框筒体系

图9-20　香港中国银行大厦

2.建筑体型的革新变化(www.xing528.com)

过去的高层建筑的体型比较规则单一，被人们俗称为“方盒子”，而现在高层建筑的体型越来越丰富了，这是来自城市规划和建筑造型的需要，而且结构分析水平的提高也为此提供了有力的保障，最后，超高层建筑的出现为建筑体型的革新变化提供了机遇。

日本东京拟建的Millennium Tower［图9-21（a）］，高800m，采用圆锥状体形，底面周长600m，可容纳5万居民，由英国建筑师福斯特设计方案。圆锥体造型在高层建筑结构上有突出的优点：①具有最小的风荷载体型系数；②上部逐渐缩小，减少了上部的风荷载和地震作用，从而缓和了超高层建筑的倾覆问题；③倾斜外柱轴向力的水平分力，可以抵消部分水平荷载。

联体高层建筑在国内外都得到了较多的应用，如马来西亚佩重纳斯双塔［图9-21（b）］、日本大阪梅田大厦［图9-21（c）］等。

联体结构将各独立建筑通过连接体构成一个整体，使高层建筑结构特征由竖向悬臂梁改变成为巨型框架，从而提高刚度，减小侧移。联体高层建筑适合将体型、平面和刚度相同或相近的独立结构连接成整体，宜采用双轴对称的形式，连接部分与主体之间宜采用刚性连接，并应加强连接部分的构造措施。

3.轻质高强材料的运用

随着建筑高度的增加，结构面积所占的比例愈来愈大，建筑经济性的问题突出。同时，建筑越高、自重越大，引起的水平地震作用就越大，对高层建筑结构十分不利。而且，过于笨重的结构构件也限制了建筑师创作的自由，影响了建筑的美观。因此，在高层建筑中采用各种高强材料（如高强钢、高强混凝土等）和各种轻型材料（如轻骨料混凝土、轻型隔墙、轻质外墙板等）已越来越多。

图9-21　高层体型变化典例

（a）东京拟建的Millennium Tower；（b）马来西亚佩重纳斯双塔；（c）日本大阪梅田大厦

从高强混凝土的使用情况来看，国外高强混凝土的应用较早，混凝土的强度等级已经达到C80～C120。在型钢混凝土结构中，强度可以达到C135。在一些特殊工程中，甚至采用了C400的高强混凝土。如在美国西雅图市的联合广场2号大楼（1990年）采用了钢管混凝土柱，其直径3.05m的钢柱内就填充了C135的高强混凝土。国内高强混凝土的运用较晚，但发展很快，在已建成的20～30座高层建筑中，都采用了C60～C80的高强混凝土。深圳的贤成大厦、广州的中天广场和上海的金茂大厦都采用了C60的高强混凝土。

除高强混凝土外，轻骨料混凝土和高性能混凝土也是结构材料的发展方向。如美国休斯敦贝壳广场1号大厦，高218m，共52层，于1971年建成，采用的轻质高强混凝土的重度仅为18kN/m3，折算为荷载大约6kN/m2，不到我国高层建筑混凝土自重（15～18kN/m2）的一半。