超高层建筑技术发展现状

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1、超高层建筑技术发展现状　　自1968年日本外交部大厦建成以来，日本的超高层建筑的发展已有30年的历史了。随着强震记录的收集技术和计算机技术不断发展，动力设计方法的不断完善以及建筑用钢材的发展，日本正迎接钢结构超高层建筑时代的到来。1、超高层建筑的现状高度超过60m的建筑物，需受到日本建筑高层评委的评审，并通过建设大臣的认定后，方可允许建造。从日本《建筑通讯》上刊载的这些建筑物的有关数据资料，可以看出，除塔状构筑物及烟囱等以外，高度超过60m的建筑物，日本现在(1998年1月）有1000栋以上，其结构类型：纯钢结构为％；下部为钢－钢筋混凝土结构、上部为S结构为％；

2、SRC结构为％，以RC。　　　　　　　　　　　　　图1　受高层评委评审的全部建筑物　　的结构类型　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2　高度为150m以上的建筑　　的结构类型　　把日本的超高层建筑按高度顺序由大到小进行20位的排列，第20位的建筑最高高度为200m。如果看一下这些建筑物的结构特性，其主要的结构材料，全部是S结构。并在S结构中，配置了支撑系统及钢板抗震墙、带缝墙等，以减小强震或强风时的侧移变形。此外还增设了抗震装置。　　2、新材料的利用　　在抗震设计中，一直以保证骨架结构的强度为重点。通过分析强震记录，发现强震时，仅是强度抵抗，并没有给予建筑物以

3、充分的塑性变形能力。而塑性变形却可以吸收能量，减轻震害，这在抗震设计中，显得十分重要。因此，对钢材性能的要求也发生了变化，研制和开发出了适用于超高层建筑的高性能钢材，同时，还开发出了新的高层结构体系。　　　高性能钢　　80年代后期，超高层建筑，大跨结构迅速发展，对钢材性能的要求也越多。主要包括有高强度，低屈强比，窄屈服幅等的耐震性能；可焊性，形状尺寸加工精度的施工方面的性能以及耐久性等。　　　高张力钢　　建筑用钢材的应力－应变曲线如图3所示。其屈服点在100～780N／mm2的范围，其中屈服点为400N／mm2的钢材，占一半以上。　　　　　　　　　　　　　　　　

4、　　图3　钢材应力－应变曲线　　1－780N钢；2－建筑结构用780N钢；　　3－建筑结构用高性能590N钢；4－SN490；　　5－SS400；6－极低屈服点钢　　钢材屈服点的提高，在设计方面就需要保证结构的刚度要求，防止局部屈曲；在施工方面就要保证结构的可焊性。另一方面，在多震国，地震时确保结构建筑物的安全性是一个最大的课题。因此，高张力钢不仅要有很高的屈服点及抗拉强度，还要具备充分的塑性变形能力。从这些观点出发，1988～1992年间，日本开发研制了屈服点为590N／mm2的高张力钢，广泛用于超高层建筑中。近些年来，又开发研制了屈服点为780N／mm2的高

5、张力钢，已开始部分应用于超高层建筑中。　　　低屈服点钢　　另一方面，还开发研制了利用钢材的低屈服点和屈服特性的技术，耐震设计中的隔震和抗震构造技术得到了迅速发展，地震对建筑物输入的能量，通过建筑物特殊的部位吸收，从而确保整个结构的安全，防止结构构件的破坏和损伤，低屈服点钢主要用于这些特殊部位，作为吸收地震能的材料。低屈服点钢，其化学成分主要是纯铁。如屈服点为100N／mm2的钢材，具有很大的塑性变形能力。　　　TMCP钢　　建筑物的高层化、大跨化等，要求使用的钢材高强度化，大断面化，极厚化。以往的冶炼方法，若保证钢材的高强度，就需加入相应的碳元素，钢材含碳量的增

6、加会导致可焊性的降低。为了解决这个问题，开发研制了490N／mm2级的建筑结构用TMCP钢。建筑结构用TMCP钢，是通过TMCP处理后得到的。已广泛用于超高层建筑中，如东京都新舍大厦中的柱子全部采用此种钢。TMCP钢的特点是：①改善了可焊性，②保证了极厚部位的强度，③降低了屈强比。　　　SN钢　　根据超高层建筑的抗震要求，钢材应具有足够的弹塑性性能和较好的机械性能，可焊性能，具有吸收地震能的能力，日本JIS制定了“建筑结构用钢材”标准。广泛用于超高层建筑。SN钢要求：①保证可焊性，②保证塑性变形能力，③保证板厚方向的性能，④保证经济性和加工方便，⑤保证与国际规格

7、接轨。SN钢的规格有A、B、C三种，其板厚都是在6～100mm，分400N／mm2和490N／mm2两个等级。　　　新RC结构　　在钢结构钢材的强度不断提高的同时，钢筋混凝土结构中的钢筋和混凝土强度也在迅速地提高。1988年以来，进行了强度为～的混凝土及强度为686～的钢筋的开发，并已用于超高层住宅中，如礼新城北高层住宅，所用混凝土强度为，主筋强度为686MPa，断面加强筋强度为784MPa，是以前高层RC结构所用材料强度的两倍。现在超高层建筑已开始使用，98MPa的混凝土。　　　CFT结构　　由于高强度钢的使用，可以使构件截面做得小而薄，然而这必带来局部屈曲和

8、刚度降低的问题，解决这个