身份证号码：41100219900206XXXX 许昌恒达杭萧建筑科技有限公司
摘要：高层建筑是社会生产的需要和人类生活需求的产物，是现代工业化、商业化和城市化的必然结果。而科学技术的发展，轻质高强材料的出现以及机械化、电气化在建筑中的实现等，为高层建筑的发展提供了技术条件和物质基础。本文针对不同高度的高层建筑，分析各种结构体系的适用性，研究超高层建筑工程造价的影响因素，探讨超高层建筑抗风优化设计和长周期地震响应分析中的关键问题，介绍耗能减震新技术在超高层建筑结构抗震设计中的应用。介绍了我国高层建筑的发展历程、主要特点以及设计研究和标准规范工作，并对今后的发展进行了展望。我国高层建筑发展主要特点表现在建筑高度不断增加且结构体型日趋复杂、钢-混凝土混合结构应用较多，同时由于我国高层建筑大多要考虑抗震、抗风的问题，设计难度较大。高层建筑结构相关的规范标准及研究工作在高层建筑发展中发挥了重要作用。
关键词：高层建筑结构；现状；设计；新型材料；发展趋势
引 言
超过一定层数或高度的建筑称为高层建筑。高层建筑的起点高度或层数，各国规定不一且多无绝对、严格的标准。它与各个国家和地区的地理环境、地震强度、建筑材料、建筑技术、电梯的设置标准以及防火的特殊要求等很多因素有关。
世界各城市的生产和消费的发展达到一定程度后，莫不积极致力于提高城市建筑的层数。实践证明，高层建筑可以带来明显的社会经济效益：首先，使人口集中，可利用建筑内部的竖向和横向交通缩短部门之间的联系距离，从而提高效率；其次能使大面积建筑的用地大幅度缩小，有可能在城市中心地段选址；再是，可以减少市政建设投资和缩短建筑工期。
1 高层建筑结构的发展概况
1.1 高层建筑结构的概况
随着工业化、商业化、城市化的进程，城市人口剧增，造成城市生产和生活用房紧张，地价昂贵，迫使建筑物向高空发展，由多层发展为高层。l9世纪末期，开始出现了现代形式的钢框架和钢筋混凝土框架结构的高层建筑。到了20世纪5O年代以后，由于轻质高强材料研制成功，抗风、抗震结构体系的发展，新的设计计算理论的创立，电子计算机在设计中的应用。使高层建筑得到迅速发展。
钢结构具有强度高、自重轻、抗震性能好等优点，钢结构的构件可在工厂加工和制作，施工速度快，工期短。钢是建造高层建筑结构比较理想的材料，但是全钢结构用钢量大，造价高，耐火性能差，需用昂贵的防火涂料。而钢筋混凝土结构具有节省钢材、造价低、材料来源丰富、可模性好等优点，且承载力也不低，经过合理设计也可获得较好的抗震性能。因此，只有在发达国家大多数的高层建筑才采用钢结构形式，而在发展中国家，绝大部分的高层建筑采用钢筋混凝土材料建造，且由于高性能混凝土的发展和施工技术的进步，钢筋混凝土结构仍是今后高层建筑的主要结构形式。
1.2 高层建筑结构的设计
近年来，由于钢筋混凝土结构的优点，发达国家采用钢筋混凝土材料建造的高层建筑的数量也在日益增多。当然，钢筋混凝土结构的构件断面尺寸大，减少了建筑使用面积；自重大，致使基础造价增高，抗震性能也不如钢结构。因此为充分发挥钢材和混凝土这两种材料的特点，更为合理的结构形式是同时采用钢和钢筋混凝土材料的混合结构或组合结构。该结构形式经合理设计，可取得经济合理、技术性能优良的效果，近年来已成为研究的热点和发展的方向。
1.3 高层建筑结构的分析
任何一个建筑结构都要同时承受垂直荷载和风产生的水平荷载，还要具有抵抗地震作用的能力。在较低楼房中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计，水平荷载产生的内力和位移很小，对结构的影响也就较小；但在较高楼房中尽管竖向荷载仍对结构设计产生着重要影响，水平荷载却起着决定性的作用。
设计高层结构时，不仅要求结构具有足够的强度，能够可靠地承受风荷载作用产生的内力；还要求具有足够的抗侧刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内，保证良好的居住和工作条件。
2 高层建筑结构发展的特点
我国的高层建筑主要有这几个特点：建筑高度不断增加；结构体型日趋复杂；以混合组合结构为主；涌现新型结构体系。
2.1 建筑高度不断增加
据不完全统计，截至2008年底，150m以上的高层建筑已超过200栋，这些高层、超高层建筑中，300m以上的多分布在东南沿海地区，北方也有一批超高层建筑已经建成或正在设计建造中，如2007年北京建成了高度为330m的北京国贸三期，高度为337m的天津津塔2010年封顶，其他如350m高的沈阳恒隆市府广场，383m高的大连裕景，333m高的天津嘉里中心办公楼等。
2.2 结构体系的日趋复杂
随着国民经济的发展，高层建筑除了要满足建筑使用功能要求，越来越重视建筑个性化的体现，使高层建筑的平面、立面均极其特殊。尤其近几年，各种新的复杂体型及复杂结构体系大量出现，如体型复杂的连体结构，楼板开大洞形成的长短柱，楼板与外框结构仅通过若干节点连接，悬挑、悬挂，大跨度连体的滑动连接等，这些复杂体型的高层建筑许多超出了现行设计规范的要求，以往的工程经验和震害资料都无法借鉴，需要进行更深入的研究。特别是许多项目采用了国外设计师的作品，但一些境外建筑师来自非地震区，缺乏抗震设计经验，有些建筑方案特别不规则。而在日本神户、中国台湾及2008年的“5.12”汶川地震中，一些特别不规则建筑受到严重破坏。
2.3 超高层建筑中钢-混凝土混合结构为主
国外高层、超高层建筑以纯钢结构为主，而我国以钢-混凝土的混合结构应用居多。据不完全统计，中国已建成的150m以上的高层建筑中，混合、组合结构约占22.3%；200m以上的高层建筑，混合结构约占43.8%；300m以上的高层建筑，混合、组合结构约占66.7%。
钢-混凝土混合结构之所以得到了较大发展，一方面因为其可有效地将钢、混凝土以及钢-混凝土组合构件进行组合，既具有钢结构的技术优势又具有混凝土造价相对低廉的特点；另一方面，我国现场施工的人力成本比国外低，采用混合结构比采用纯钢结构经济方面更有优势。因此混合结构是符合我国国情的超高层建筑的结构体系，预计将来混合结构仍将得到较大的发展。
2.4 一批新型结构体系涌现
随着超高层建筑的发展，近几年涌现出了一些新型结构体系。已建成的330m高的北京国贸三期主塔楼采用了钢-混凝土框架-核心筒结构，内筒采用了型钢、钢板混凝土巨型组合柱及型钢混凝土支撑结构体系；广州西塔采用了外部交叉网格结构体系，该体系具有较强的抗侧刚度及抗扭刚度，能较好地抵御风荷载和地震作用；巨型结构在超高层结构中被广泛采用，利用外框的带状桁架和巨型柱形成巨型框架，并辅以必要的外立面的斜撑，巨型柱的尺寸往往达到5m以上，有的甚至超过10m，采用型钢混凝土构件或钢管混凝土构件。随着高层建筑结构的发展，会有更多新颖合理的结构体系出现。
3 高层建筑结构的实例对比
超高层建筑的长周期特点成为结构设计的重点。在超高层建筑结构设计中，有必要考虑不同长周期地震运动参数的影响。受模拟式强震仪频率特性的限制，长周期地震记录数量较少或者欠精确，准确的记录往往集中在3s以内。因此，本文的长周期定义为大于3s。对超高层建筑，由于高宽比较大，自振频率较低，结构低阶自振频率的响应构成结构动力响应的主要成分，针对结构的长周期效应，以3个超高层结构作为算例进行分析，研究长周期效应对超高层抗震设计的影响。
消能减震结构是在结构上附加衰减机能，在地震作用下吸收地震能量，进而实现消能减振。
菲律宾马尼拉 Saint Francis Shangri- La 双塔，每个塔楼高210m，在加强层处设置8个悬臂墙，每个悬臂墙的端部连接处设置2个垂直放置的黏滞阻尼器。该阻尼器的布置较好地降低了塔楼在侧向荷载作用下的结构响应，工作效率较高。
4 结论与展望
1）超高层建筑数量不断增加，分布地区由长三角、珠三角地区向全国其他区域扩展，环渤海地区以及部分二线城市超高层建筑发展迅速。
2）随着建筑结构高度的增加，巨型框架和巨型支撑应用较多，钢-混凝土混合结构在超高层建筑结构中应用广泛。
3）超高层建筑土建工程造价约占建安造价的30%～40%，随着塔楼高度的增加，土建造价将有所提高。
参考文献：
[1]常跃峰，赵文忠.高层建筑结构用钢板的开发与生产[A]．1999中国钢铁年会论文集（下）[C]．1999．
[2]王丹.浅析高层建筑结构抗震设计[J].消费导刊，2008，（11）.
[3]陈猛，浅谈高层建筑的防火设计，科技资讯，2009.9
[4]徐培福，薛彦涛，等.带转换层型钢混凝土框架-核心筒结构模型拟静力试验对抗震设计的启示[J].土木工程学报，2005，（9）.