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中国超高层结构的过去与未来

点击次数:更新时间:2021-09-16 09:09:00【打印】

中国超高层结构的过去与未来

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0 概述
 
 
1949101日中华人民共和国的成立,是20世纪世界上最为重大的历史事件之一。伟大的中华民族从此粉碎三座大山的桎梏,走上民族振兴之路。70年沧桑巨变,中国发生了翻天覆地的变化,尤其是改革开放40年,中国插上了腾飞的翅膀,一举发展壮大成为世界第二大经济体。这个过程中,建设行业做出了巨大的贡献,同时建设行业自身也上升到了一个新的水平,总体实力和科技水平进入了世界前列。城乡面貌和人民生活发生了巨大的变化,而其中令人印象深刻的成就之一,是全国各地耸立的大量高层和超高层建筑。
中国是世界第一人口大国,虽然疆域辽阔,但可供建设的土地面积有限。在城市化进程中,上亿农村人口涌入城市,更加重了建设用地的紧缺性。因此,在我国适度发展高层与超高层建筑,是一种不可替代的选择。而改革开放带来的经济高速发展,以及由此而形成的经济实力和技术积累,是高层建筑发展的基础。正是在这种条件下,出现了中国高层建筑飞跃发展,这也引起了全世界同行的瞩目。世界高层建筑与城市人居协会(CTBUH)的统计资料中有详实的数据表明中国在这个领域中的地位。2018年全世界范围竣工的高度200m以上的143座高层建筑中,中国有88座,占61.5%,连续23年位居世界之首。根据已经建成和在建项目推测的2020年全球最高的20栋超高层建筑中,中国共有11栋,中国已经当之无愧地成为世界高层建筑第一大国(图1)。                           
 
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1 2020年全球最高20栋超高层建筑(CTBUH提供)
 
 
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1 高层建筑发展进程的回顾
 
中国高层建筑的发展,始于20世纪二三十年代。中国发展商利用了两次世界大战之间的有利时机,在上海、广州等沿海城市建设了一定数量的高层建筑,形成了上海外滩等高层建筑群,其中最具代表性的当属上海国际饭店。这座24层、高83.8m的钢结构高层建筑在技术上属国际第二代高层建筑,雄踞中国第一高楼位置近50年。与上海国际饭店同期建造的还有上海大厦、广州爱群大厦等一批知名高层建筑。然而这一趋势由于抗日战争的爆发而中止。
 
新中国成立以后,迅速转入大规模工业建设,这一时期基本没有高层民用建筑。直至20世纪60年代末、70年代初,由于外事工作的需要,在北京、广州等城市建设了少量高层民用建筑,代表性的建筑有27层的广州宾馆、17层的北京饭店新楼以及高度突破百米的广州白云宾馆。这些高层建筑均为钢筋混凝土框架-剪力墙结构。值得一提的是80年代中后期,在北京、上海等地建设了一批高度在20层以下、钢筋混凝土剪力墙结构的高层住宅,采取了预制与现浇相结合的结构方案。北京称为内浇外挂,上海称为一模三板,属高层装配式住宅的早期尝试,代表性工程有北京前三门大街住宅及上海漕溪北路住宅。
 
1978年党的十一届三中全会确定的改革开放方针,极大地推动了经济建设的发展,也带来了高层建筑的春天。80年代初在深圳等经济特区及沿海主要城市建成了一批标准较高的高层建筑,其中代表性的有深圳国贸大厦、广州白天鹅宾馆、上海华亭宾馆、联谊大厦等,这些项目的设计基本由国内设计师主导。
 
在此期间我国颁布了《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规定》(JZ 102-79),适时地为高层建筑结构设计提供了技术支撑和引导。也是在此期间建工部组织了国内部分主要设计院协作编制结构分析用的系列软件,形成SPS软件库,其中包括排架、框架、框架-剪力墙结构等的专用软件,对结构分析电算化的逐步普及起到了积极的作用。为了满足广大结构设计人员学习与交流的需要,始自1975年的高层建筑结构技术交流会在全国各地轮流举行,延续至今且影响逐步扩大,对高层建筑结构设计技术的发展起到了积极推动的作用。
 
随着改革开放的深入,设计市场也开始对外开放,一批国外设计事务所进入中国,他们带来了新的设计理念和技术。本土设计师在与境外同行合作设计过程中开阔了视野,也得到了提高。这个时期建筑高度进一步提升,结构形式更为多样,出现了钢结构和钢-混凝土混合结构的高层建筑,代表性建筑有上海新锦江大酒店、希尔顿大酒店、北京京广中心,京城大厦、深圳发展中心、南京金陵饭店等一批有影响的高层建筑。
 
1990年国家宣布上海浦东开发,使浦东陆家嘴成为高层建筑建设的热土。东方明珠广播电视塔的建设是浦东新区第一个标志性项目。这个完全由中国工程技术人员设计建造的工程采用大珠小珠落玉盘的建筑形态和空间巨型框架结构体系,以及先进的施工方法,成为世界塔桅建筑中的一颗明珠。随后大量金融办公建筑同时开始建设,这些项目体量大、设计标准高、空间变化复杂、结构体系多样,吸引了大量国际知名设计事务所参与其设计。在短短的10年左右时间,建筑高度跨越了400500m两个台阶。我国工程技术人员在参与建设的过程中其设计水平得到了很大提高。浦东陆家嘴CBD代表性建筑有金茂大厦、交银金融大厦、环球金融中心、森茂大厦、信息枢纽大厦等(图2);结构体系中包含了加强层、巨型空间支撑框架、弱联系双塔楼、悬挂结构及部分预制装配结构,体现当时国际水平的先进结构体系和技术得到比较广泛的应用。
 
 
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图2 浦东陆家嘴CBD超高层建筑群
 
进入21世纪以来,改革开放的进一步深入和国力的增强使我国高层建筑的发展进入了一个新的阶段。地域分布进一步拓展,除一线城市及环渤海、长三角、珠三角地区之外,在很多二、三线城市也开始大量建造高层与超高层建筑,数量比较集中的有武汉、合肥、重庆、成都、西安、沈阳等城市。建筑高度进一步增加,建成了一批600m级的超高层建筑。结构体系多样化,当今世界上所有的超高层建筑结构形式,在我国均有建造。混合结构因其比较符合我国国情,继续成为应用最广泛的结构形式。钢结构也得到大力推广,尤其是在高层住宅建筑方面势头良好,出现了一些有中国特色的钢结构体系。性能化设计逐步应用于设计,消能减震技术和振动控制技术也在很多重要工程中得到应用。近20年的发展反映了我国在高层结构领域总体上已达到国际先进水平。近几年我国连续有一些项目(CCTV新台址、深圳平安金融大厦、上海中心大厦等)被CTBUH评为世界最佳高层建筑雄辩地说明了这一点。
 
 
我国已经形成了比较完善的高层建筑结构设计、施工的规范和标准体系,对保证工程质量起了巨大的作用。
 
 
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2 超高层建筑的新进展
 
 
20年来中国超高层建筑和结构的发展主要呈现出以下趋势[1-2]
 
1)建筑高度不断被突破,在上海、深圳、天津、武汉立项了4600m级的超高层建筑,目前均已建成或基本建成(其中个别项目因非结构原因建筑高度有调整)。拟建的苏州中南中心建筑高度达到729m
2)建筑的功能呈现出多样化和综合化发展,通常以办公、住宅、公寓及酒店为主要使用功能。
3)结构抗侧力体系以框架-核心筒为主并呈现出多样性,如连体结构、斜交网格筒、桁架筒以及钢板剪力墙等更高效的结构体系逐渐增多。
4)基于性能的抗震设计方法逐步普及,消能减震(振)技术在超高层建筑结构抗震或抗风设计中应用日益广泛,结构材料更加注重高强和延性。
5)由本土结构工程师自主设计的超高层建筑的数量和高度在不断增加,原创最高建筑高度已突破
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