[科普中国]-高层建筑

简介

世界各城市的生产和消费的发展达到一定程度后，无不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，高层建筑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，使人口集中，从而提高效率；其次，高层建筑可以大幅度缩小大面积建筑用地，节约土地资源；另外，高层建筑还可以减少市政建设投资，缩短建筑工期。高层建筑的建造由来已久，世界各地人民在工业革命前便建起了不少的高层建筑，比如埃及与公元前280年建造的石结构亚力山大港灯塔，高100m；我国建于523年的河南登封县嵩岳寺塔，高40m；我国建于1056年的山西应县佛宫寺释迦塔，高67m多。现代高层建筑首先从美国兴起，1883年芝加哥建造了第一幢砖石自承重和钢框架结构的保险公司大楼，高11层。第二次世界大战后，高层建筑的建设在世界范围内迎来了繁荣时期。截至2016年底，世界第一高楼是哈利法塔，原名迪拜塔，高828m，楼层总数162层。同时，人类一直在挑战着高层建筑的高度极限。

建筑高度认定时注意事项（1）建筑屋面为坡屋面时，建筑高度应为建筑室外设计地面至其檐口与屋脊的平均高度；

（2）建筑屋面为平屋面（包括有女儿墙的平屋面）时，建筑高度应为建筑室外设计地面至其屋面面层的高度；

（3）同一座建筑有多种形式的屋面时，建筑高度应按上述方法分别计算后，取其中最大值。1

设计要点当高层建筑的层数和高度增加到一定程度时，它的功能适用性、技术合理性和经济可行性都将发生质的变化。与多层建筑相比，在设计上、技术上都有许多新的问题需要加以考虑和解决。

建筑方面主要有：总平面布局要加大防火间距，处理严重的日照干扰，为大量集中的人口疏散和停放车辆安排通道和场地；在功能要求的基础上将多层重复建筑平面布局标准化、统一化，以满足主体结构、设备管线电气配线分区、防火疏散等竖向设计的要求；合理布置竖向交通中心，确定楼梯、电梯的数量和布置方式，保证使用效率和防火安全；内外建筑装修、构造、用料和做法必须适应因风力、地震、温度变化等所引起的变形和安全问题；在建筑艺术方面，要考虑高大体型在城市和群体中的形象和全方位造型效果。1

结构方面主要有：考虑高层建筑遇到巨大风力和地震力时所产生的水平侧向力；严格控制高层建筑体型的高宽比例，以保证其稳定性；使建筑平面、体型、立面的质量和刚度尽量保持对称和匀称，使整体结构不出现薄弱环节；妥善处理应风力、地震、温度变化和基础沉降带来的变形节点构造；考虑在重量大、基础深的地质条件下如何保证安全可靠的设计技术和施工条件问题。1

设备方面主要有：设计供暖和给水排水系统时，必须考虑因建筑高度增大的压力保证管道、炉片具有耐压能力；特殊处理消防和排烟问题；在供暖、通风中考虑因高处风力增大而增加的空气渗透以及中合面以上、以下的热压变化对于散热量计算的重要影响；考虑由于增加了电梯、水箱供水和消防动力用电，对电气设计的区域配电和干线、支线布置提出的要求。1

高层建筑的抗震设计理念规范对建筑的抗震设防提出“三水准、两阶段”的要求，“三水准”即“小震不坏，中震可修、大震不倒”。当遭遇第一设防烈度地震即低于该地区抗震设防烈度的多遇地震时，结构处于弹性变形阶段，建筑物处于正常使用状态。建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。因此，要求建筑结构满足多遇地震作用下的承载力极限状态验算，要求建筑的弹性变形不超过规定的弹性变形限值。当遭遇第二设防烈度地震即相当于该地区地震设防烈度的基本烈度地震时，结构屈服进入非弹性变形阶段，建筑物可能出现一定程度的破坏。但经一般修理或不需修理仍可继续使用。因此，要求结构具有相当的延性能力（变形能力）不发生不可修复的脆性破坏。当遭遇第三设防烈度地震即高于该地区抗震设防烈度的罕见地震时，结构虽然破坏较重，但结构的非弹性变形离结构的倒塌尚有一段距离。不致倒塌或者发生危及生命及生命的严重破坏，从而保障了人员的安全。因此，要求建筑具有足够的变形能力，其弹塑性变形不超过规定的弹塑性变形限值。2

三个水准烈度的地震作用水平，按三个不同超越概率（或重现期）来区分的：多遇地震：50年超越概率63.2%，重现期50年；设防烈度地震（基本地震）：50年超越概率10%，重现期475年；罕遇地震：50年超越概率2%~3%，重现期1641~2475年，平均约为2000年。2

对建筑抗震的三个水准设防要求，是通过“两阶段”设计来实现的，其方法步骤如下：第一阶段：第一步采用与第一水准烈度相应的地震动参数，先计算出结构在弹性状态下的地震作用效应，与风、重力荷载效应组合，并引入承载力抗震调整系数，进行构件截面设计，从而满足第一水准的强度要求；第二步时采用同一地震动参数计算出结构的层间位移角，使其不超过地震规范所规定的限值；同时采用相应的抗震构造措施，保证结构具有足够的延性、变形能力和塑性耗能，从而与第三水准相对应的地震动参数，计算出结构（特别是柔弱楼层和抗震薄弱环节）的弹塑性层间位移角，使之小于抗震规范的限值。并采用必要的抗震构造措施，从而满足第三水准的防倒塌要求。2

综合问题高层建筑面临的综合问题主要有下面几点：

（1） 关于城市经济效益和环境效益问题，应遵照城市规划部门指定的地段和控制高度建造，而不能完全根据建筑本身的需要。

（2） 高层建筑由于应力增加，设备和装修水平必须提高，施工难度增大，因而造价必然大大高于多层建筑。因此，需要各专业设计人员密切合作使平面布局合理，提高使用系数，做到构造简洁，自重轻，便于安装，综合降低造价。

（3） 高层建筑最突出的是防火设计，各专业设计人员应严格遵守《高层建筑设计防火规范》的规定。