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关于建筑结构发展的几点认识

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随着我国经济的增长,建筑高度越来越高,各地竞相设计和建造全国第一、亚洲第一,乃至世界第一的高楼,因而建筑体型和结构形式日趋复杂。同时也带来了很多高层建筑的问题,如防火问题,结构抗震、抗风问题,外围护问题,垂直交通问题,结构新材料和新形式问题,舒适度问题,节能问题等等。 

目前99%的既有建筑和95%以上的新建建筑都是高能耗建筑。建筑能耗、建材生产和运输能耗约占社会总能耗的46.7%。另一方面,工程质量严重参差不齐、建造效率低,受人为因素影响较大的传统现场施工建造方式是造成这些问题的主要原因。预制装配式建造方式可以改善这种现状,是实现国家建筑节能减排目标,实现建筑产业技术创新和提高建筑工业化水平的一个有效途径。

此外,当今进入了地震高发期,特别我国又为多地震国家,随着城市规模越来越大,人口越来越集中,因此我国面临的地震风险与威胁也越来越严峻,迫切需要抗震理论的新发展与抗震减震新技术的应用。 

本文将重点围绕以上三个方面,对高层建筑所面临的问题、装配式钢结构民用建筑产业的发展以及结构抗震、减震理论和技术的发展谈几点看法和认识。

结构体系和材料结构是高层建筑的骨架,是建筑形成的根本。大家人类利用天然土、木、石和烧砖瓦建房延续了数千年。真正意义上的现代建筑结构体系是随着19世纪钢铁工业和水泥工业的发展而出现的,利用钢材形成排架、框架、桁架、网架结构体系,利用混凝土和钢筋形成了钢筋混凝土框架、剪力墙等结构体系。进入20世纪以后,随着建筑造型、建筑设计和跨度的要求越来越高,对建筑结构的要求也更高,从而提出了一些新的结构体系。从上世纪20年代的西方开始渐渐形成了建高层建筑的相关技术,高层建筑出现后,传统结构技术就不能满足需要了,因为传统结构随建筑高度对材料的需求率不仅仅是线性增长,而是多次方增长的。所以在高层建筑发展过程中,更适应高层建筑的现代结构体系应运而生,核心筒、巨柱、巨型支撑、伸臂桁架等构成的结构体系,逐渐解决了高层建筑需要的结构造价更低,性能更好而面临的挑战。

如今,随着建筑高度的不断攀升,技术水平也在随之不断提升。从结构上来说,目前超高层建筑大多采用钢结构或钢-混凝土组合结构,材料强度也在提高。但混凝土强度越大就越脆,不利于抗震。所以大家还可以在混凝土内部加钢板或型钢,在外面用加密箍筋,或是在钢管中注入混凝土。

现在大家完成的最高建筑平均高度大概就是五六百米,如果需要达到更高的高度,比如说要建1000米的大楼呢?其实从技术来说,也是完全没有问题的,但需要造价和材料的更多投入。大家怎么才能又高又省?那大家需要结构新材料和结构新形式,需要材料更轻、强度更高,结构更有效。

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