建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展及成就

　　摘要： 一、高層建筑發(fā)展概況。二、高層建筑結(jié)構(gòu)體系的多樣化和復(fù)雜性。三、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法不斷創(chuàng)新。四、高層建筑結(jié)構(gòu)施工技術(shù)迅速發(fā)展。 　　關(guān)鍵詞： 高層建筑 施工技術(shù) 　　一、高層建筑發(fā)展概況　　解放前，在上海、廣州、天津等城市，由國(guó)外設(shè)計(jì)建造了少量高層建筑。新中國(guó)成立后，五十年代我國(guó)開(kāi)始自行設(shè)計(jì)建造高層建筑，如北京的民族飯店（14 層）、民航大樓（16層）等。六十年代建成的廣州賓館（27層），其高度與解放前最高的上海國(guó)際飯店相同。七十年代北京、上海、廣州等地建成了一批剪力墻結(jié)構(gòu)住宅和旅館。1975年廣州白云賓館（剪力墻結(jié)構(gòu)33層、112米）的建成，標(biāo)志著我國(guó)自行設(shè)計(jì)建造的高層建筑高度開(kāi)始突破100米。八十年代我國(guó)高層建筑發(fā)展進(jìn)入興盛時(shí)期，十年內(nèi)全國(guó)（不包括香港、澳門(mén)、臺(tái)灣）建成10層以上的高層建筑面積約4000萬(wàn)平方米，高度100米以上的共有12幢。 1985年建成的深圳國(guó)際貿(mào)易中心（筒中筒結(jié)構(gòu)、50層、160米）是八十年代最高的建筑。九十年代我國(guó)高層建筑進(jìn)入飛躍發(fā)展的階段。截至1998年末，全國(guó)（不包括香港、澳門(mén)、臺(tái)灣）建成的10層以上高層建筑面積約2億5千萬(wàn)平方米，高度100米以上的高層建筑達(dá)200幢，其中150米以上的100幢， 200米以上的20幢，300米以上的3幢，最高的上海金茂大廈88層、365米、塔尖高度420米。1995年發(fā)布的世界最高的100棟建筑中上海金茂大廈、深圳地王大廈（81層、325米）和廣州中天廣場(chǎng)（80層、322米）分別列為第4、13和14名。另有460米高的上海環(huán)球金融中心正在建造中。特別值得提及的是，我國(guó)的超高層建筑絕大多數(shù)建于地震區(qū)。 　　二、高層建筑結(jié)構(gòu)體系的多樣化和復(fù)雜性　　七十年代以前，我國(guó)的高層建筑多采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)。 　　進(jìn)入八十年代，由于建筑功能以及高度和層數(shù)等要求，筒中筒結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)、底部大空間的框支剪力墻結(jié)構(gòu)以及大底盤(pán)多塔樓結(jié)構(gòu)在工程中逐漸采用。 　　九十年代以來(lái)，除上述結(jié)構(gòu)體系得到廣泛應(yīng)用外，多筒體結(jié)構(gòu)、帶加強(qiáng)層的框架—筒體結(jié)構(gòu)、連體結(jié)構(gòu)、巨型結(jié)構(gòu)、懸挑結(jié)構(gòu)、錯(cuò)層結(jié)構(gòu)等也逐漸在工程中采用。 　　為適應(yīng)結(jié)構(gòu)體系的多樣化，結(jié)構(gòu)材料向多樣性發(fā)展，八十年代以前高層建筑主要為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。進(jìn)入九十年代后，由于我國(guó)鋼材產(chǎn)量的增加，鋼結(jié)構(gòu)、鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)逐漸采用。如金茂大廈、地王大廈都是鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)。此外，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)和鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在高層建筑中也正在得到廣泛應(yīng)用。高層建筑結(jié)構(gòu)采用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不斷提高，從C30逐步向C60及更高的等級(jí)發(fā)展。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在高層建筑的梁、板結(jié)構(gòu)中廣泛應(yīng)用。鋼材的強(qiáng)度等級(jí)也不斷提高。來(lái)源：考試大　　我國(guó)高層建筑早期多為單一用途，為適應(yīng)建筑功能需要，向多用途、多功能發(fā)展，高層建筑平面布置和立面體型日趨復(fù)雜。 　　結(jié)構(gòu)平面形式多樣，如三角形、梭形、圓形、弧形，以及多種形式的組合等亦多采用。高層建筑立面體型亦有豐富的變化，立面退臺(tái)、部分切塊、挖洞、尖塔、大懸臂等，使高層建筑的剛度沿豎向發(fā)生突變。 　　由于建筑功能的改變，使結(jié)構(gòu)體系、柱網(wǎng)發(fā)生變化，因此主體結(jié)構(gòu)要發(fā)生轉(zhuǎn)換，即由上部剪力墻結(jié)構(gòu)到下部筒體框架或框架剪力墻結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換；或主體結(jié)構(gòu)由上部小柱網(wǎng)、薄壁柱到下部大柱網(wǎng)的轉(zhuǎn)換。 　　結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)換及立面體型變化豐富的結(jié)構(gòu)在地震區(qū)建造難度較大，還有待于進(jìn)一步深入研究，并經(jīng)歷強(qiáng)震的檢驗(yàn)。 　　三、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法不斷創(chuàng)新　　高層建筑結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算已基本告別傳統(tǒng)的手工計(jì)算而采用計(jì)算機(jī)程序計(jì)算，基本上都采用三維空間結(jié)構(gòu)分析計(jì)算程序。常用的計(jì)算分析模型有，空間桿—薄壁桿件分析模型、空間桿—墻組元模型及空間桿—?dú)ぴ治瞿Ｐ?。　　有些程序可考慮樓板變形進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析計(jì)算，能更真實(shí)反映復(fù)雜結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)。除可進(jìn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算外，有些計(jì)算分析軟件還可進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)、鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)的計(jì)算。 　　彈性動(dòng)力時(shí)程分析的程序已相當(dāng)成熟，一般以層模型進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析，可輸入各種類(lèi)型的地震波，求得結(jié)構(gòu)的位移與內(nèi)力。 　　彈塑性分析計(jì)算近幾年已開(kāi)始進(jìn)行，已初步開(kāi)發(fā)出一些可應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)的程序，包括彈塑性靜力分析、層模型動(dòng)力分析、桿模型平面結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析等程序。 　　對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了大量的研究工作。從1974年開(kāi)始對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，逐步形成了高層剪力墻結(jié)構(gòu)體系；為適應(yīng)高層住宅底部設(shè)置商業(yè)服務(wù)設(shè)施等要求，從1980年開(kāi)始進(jìn)行了底層大空間，上層為大開(kāi)間剪力墻結(jié)構(gòu)體系的研究。進(jìn)入八十年代，為完善筒體結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法與設(shè)計(jì)，我國(guó)進(jìn)行了一些復(fù)雜的筒中筒結(jié)構(gòu)的有機(jī)玻璃模型試驗(yàn)。近年來(lái)對(duì)復(fù)雜體型的高層建筑如帶有轉(zhuǎn)換層、剛性層的結(jié)構(gòu)錯(cuò)層結(jié)構(gòu)、連體結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了一批模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。為了解鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)的抗震性能，進(jìn)行了帶有轉(zhuǎn)換層、剛性層的鋼筋混凝土內(nèi)筒、周邊為鋼框架的模型試驗(yàn)。另外對(duì)復(fù)雜體型的高層建筑進(jìn)行了風(fēng)洞試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)研究與分析，提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)建議，并做為規(guī)范條文修訂的依據(jù)。　　在總結(jié)科研、設(shè)計(jì)、施工的基礎(chǔ)上，1980年頒布施行了我國(guó)自行編制的《鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)定（JZ102-79）》，通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用又積累了更多的經(jīng)驗(yàn)，在1991年修改為《鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程（JGJ3-91）》。九十年代以來(lái)由于鋼結(jié)構(gòu)、鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)的興建，1998年我國(guó)編制了《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 （JGJ99-98）》。最近由于體型復(fù)雜的高層建筑增多及超過(guò)200米的超高層建筑的出現(xiàn)，需要對(duì)《鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程（JGJ3- 91）》進(jìn)行修訂，修訂后名稱(chēng)為《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，內(nèi)容將包括：總則、荷載和地震作用、常規(guī)高度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般規(guī)定、結(jié)構(gòu)計(jì)算分析、框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、高層建筑結(jié)構(gòu)施工等，將更適合高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)用。其中按建筑物的高度、結(jié)構(gòu)體系、抗震設(shè)防烈度可確定各類(lèi)構(gòu)件的抗震等級(jí)，從而按各類(lèi)構(gòu)件的延性要求，確定各構(gòu)件的截面配筋設(shè)計(jì)及構(gòu)造要求，以確保其良好的抗震性能。 　　四、高層建筑結(jié)構(gòu)施工技術(shù)迅速發(fā)展 　　高層建筑由于對(duì)抗震、抗風(fēng)的要求高，且建筑多樣化，層數(shù)、高度日益提高，九十年代以來(lái)國(guó)內(nèi)高層建筑的施工方法是以全現(xiàn)澆鋼筋混凝土施工為主體，另外由于鋼結(jié)構(gòu)和鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)的興建，需輔以此類(lèi)結(jié)構(gòu)的預(yù)制安裝方法和多種混合施工方法。 　　高層現(xiàn)澆鋼筋混凝土施工技術(shù)著重解決了模板、混凝土、鋼筋3個(gè)方面的施工新技術(shù)。九十年代國(guó)內(nèi)采用4種類(lèi)型支模方法：即采用中、小模板、大模板、滑模、爬模，各種模板均有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，今后要向標(biāo)淮化、工具化方向發(fā)展?！　「邔咏ㄖ捎玫幕炷翉?qiáng)度等級(jí)已由常用的C30、 C40逐步向 C50、C60、C80及更高的強(qiáng)度等級(jí)發(fā)展。高強(qiáng)高性能混凝土的生產(chǎn)要有嚴(yán)格的質(zhì)量控制與管理措施，應(yīng)由工廠(chǎng)預(yù)拌生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)預(yù)拌商品混凝土近年發(fā)展很快，約占全部混凝土總量的21%.高層建筑還需要解決泵送混凝土問(wèn)題，1997年可用國(guó)產(chǎn)混凝土拖式泵一次泵送到200米以上高度。 　　在普及C50、C60級(jí)混凝土的工程應(yīng)用，擴(kuò)大 C70、C80級(jí)的工程試點(diǎn)的同時(shí)，開(kāi)發(fā)配制C100級(jí)高強(qiáng)混凝土。主要手段是在常規(guī)水泥、砂石的基礎(chǔ)上，依靠化學(xué)外加劑和礦物摻合料來(lái)降低混凝土用水量和改善微觀結(jié)構(gòu)，使混凝土更加致密并獲得高強(qiáng)。1995年以來(lái)C80混凝土已在遼寧、上海、北京、廣州個(gè)別工程中局部試用。1997年國(guó)內(nèi)建筑業(yè)應(yīng)用高強(qiáng)混凝土776萬(wàn)立方米，占全部混凝土總量的4.6%. 　　在高層建筑基礎(chǔ)采用大體積混凝土施工技術(shù)方面取得了經(jīng)驗(yàn)，其主要措施為：減少水泥水化熱，采用較低水化熱水泥，摻粉煤灰和減水劑，提高砼抗拉強(qiáng)度；采用泵送預(yù)拌混凝土、分段、分層連續(xù)作業(yè)的合理澆搗方法，并及時(shí)養(yǎng)護(hù)及進(jìn)行測(cè)溫監(jiān)控。新上海國(guó)際大廈基礎(chǔ)底板76米×72米，主樓底板厚3.5米，裙樓底板厚3米，不設(shè)結(jié)構(gòu)縫，采用C30混凝土斜面分層澆筑，每層厚度不超過(guò)50厘米，17000立方米混凝土共用64小時(shí)，一次澆筑到頂，刮平養(yǎng)護(hù)后未發(fā)現(xiàn)裂縫。　　對(duì)于14—40毫米粗鋼筋的連接，從八十年代至今研究開(kāi)發(fā)了4種連接技術(shù)；電渣壓力焊，套筒擠壓連接、錐螺紋連接、直螺紋連接，均在工程中得到應(yīng)用，并迅速推廣。 　　從五十年代到八十年代，主要對(duì)混凝土預(yù)制裝配框架、裝配式大板、升板、盒子結(jié)構(gòu)等預(yù)制安裝技術(shù)進(jìn)行了研究，取得了一定成效。從八十年代至今由于鋼結(jié)構(gòu)、鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)的興建，鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)有了新的發(fā)展。主要以塔式起重機(jī)為主機(jī)進(jìn)行安裝，高強(qiáng)螺栓連接已取代鉚接和部分焊接。鋼結(jié)構(gòu)還需解決防火、防銹、防腐等問(wèn)題。深圳佳寧娜友誼廣場(chǎng)兩座33層公寓樓相距25.2米，在其頂部由8層高鋼結(jié)構(gòu)連成整體，總重8500KN，采用卷?xiàng)顧C(jī)高空平移法施工，獲得成功。　　高層建筑施工技術(shù)在迅速發(fā)展，在即將跨入的21世紀(jì)將繼續(xù)保持這種發(fā)展趨勢(shì)。