我国建筑结构发展与展望

我国建筑结构发展与展望

韩奇

杭州望诚有限公司，浙江省杭州市，310000

摘要：随着我国经济进入新发展阶段，经济增长更加注重发展质量。新型城镇化和碳达峰、碳中和“双碳”目标的提出，给建筑结构行业发展提出了更高的要求。从历史和现实的角度，梳理了建筑结构行业在高层、超高层建筑，大跨空间结构，既有建筑改造更新和功能提升，以及建筑工业化等方面的发展特点和现状，综述了减隔震技术、新型高强材料、结构抗风技术和数字化技术等新技术的发展和应用。面向行业未来的发展，总结了行业新发展阶段的主要特征，介绍了与新发展阶段相配套的标准体系改革，并结合建筑结构未来发展的特点与挑战，对促进行业发展需重点关注的关键技术进行展望，包括减隔震技术、高强高性能材料应用、既有建筑功能提升中的结构改造关键技术、结构抗震韧性评估和智能建造技术与建筑工业化等方面，使我国建筑结构行业朝着安全、绿色、智能方向发展，实现建筑业的可持续发展。

关键词：建筑结构；建筑工业化；智能建造技术

引言

改革开放以来，经过数十年的快速城镇化进程，我国城镇化率已达到６３.８９％，超过世界平均水平。我国经济进入新发展阶段，城镇化进程进入后半程，推进以人为核心的新型城镇化，更注重城镇化发展的质量内涵，是下一阶段城镇化发展的趋势。建筑是城市的重要组成部分，也是城镇化的主要标志，因此建筑结构行业是提升城市品质，推进新型城市建设的重要一环。２０３０年前碳达峰、２０６０年前碳中和的“双碳”目标的提出，也给建筑结构行业绿色低碳发展提出了更高的要求。经过几十年的发展，我国在建筑结构设计和建造方面取得了巨大成绩，在设计理论、设计方法、结构体系、抗震防灾、数字化、工业化等方面进行了广泛深入的技术创新，“结构成就建筑之美”的理念被广泛认同。

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》(JZ102-79)，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400，500m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;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。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。

2未来展望与思考

随着我国经济进入新发展阶段，我国的城镇化也将进入后半程，在经济转型和高质量发展的大背景下，建筑结构行业的发展也将步入新阶段。

2.１新阶段———高质量发展阶段

建筑结构行业的新发展阶段呈现出五个新特征：由“高速度”转向“高质量”，由“有没有”转向“好不好”，由“重增量”转向“重存量”，由“侧重物”转向“重视人”，由“抄别人”转向“创自己”。新阶段将更加注重对技术和品质的要求，尤其是“碳中和、碳达峰”目标下对低碳环保的要求。在此背景下，建筑结构行业重点工作和主要任务包括：

2.1.1推动实现城市有机更新。

从城市公共空间改造、历史街区和历史建筑的修缮改造和利用、老旧小区改造、商业街区更新提质、工业厂区厂房改造利用等方面着手，提升城市的发展内涵，实现城市的可持续、高质量发展。

2.1.2推进新型城市基础设施建设。

全面推进城市信息模型（ＣＩＭ）平台建设，实施智能化市政基础设施建设和改造，加快推进智慧社区建设，提升城市运营管理的智能化、信息化水平。

2.1.3推动智能建造与建筑工业化协同发展。

大力推进标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化装修、信息化管理和智能化应用；发展钢结构建筑，构建从钢铁生产、部件加工、装配施工到房屋运维的全产业链；加快研发和推广自主创新的建筑信息模型（ＢＩＭ）技术；加大新技术的集成与创新应用，建立覆盖从建材、部品、构件生产到设计、建造与使用生命周期的质量安全追溯和管理溯源系统。

2.２标准体系改革

根据国务院《深化标准化工作改革方案》和２０１７年修订的《中华人民共和国标准化法》的要求，我国的标准体系将转变为由政府主导制定的标准和市场自主制定的标准共同构成的新型标准体系。强制性标准仅在国家标准中体现，由政府主导制定，起到技术法规的作用；推荐性标准除原有国家、行业及地方标准外新增团体标准，由依法成立的社会团体制定。政府主导制定的标准侧重于保基本，市场自主制定的标准侧重于提高竞争力，同时建立完善与新型标准体系配套的标准化管理体制。工程建设领域的标准体系改革，将整合现行标准中分散的强制性规定，形成全文强制性工程建设规范，过渡为技术法规；大力发展团体标准、企业标准，通过充分的市场竞争，提高标准的先进性和影响力；建立以强制性标准为核心、推荐性标准相配套、团体标准为支撑、企业标准为补充的新型标准体系。住建领域的全文强制标准制定工作已经顺利实施，主要分为工程项目类和通用技术类，其中工程项目类共１３本，以工程建设项目整体为对象，规定其规模、布局，功能、性能，以及建设过程强制性技术措施；通用技术类共２７本，以专业技术为对象，以规划、勘察、测量、设计、施工等通用技术要求为重要内容。２０２１年７月，住房和城乡建设部发布了首批《工程结构通用规范》、《钢结构通用规范》等１３部全文强制性工程建设规范，工程建设标准体系改革取得重大进展。工程建设领域标准体系改革，将给结构工程师更多的选择和空间，有利于发挥结构工程师的创造性和新技术的推广应用，同时也给结构工程师带来更大挑战。

2.３结构技术发展展望开拓创新是推动建筑结构技术发展的动力，推动新技术、新方法的应用是促进建筑行业的高质量、可持续发展的必由之路。未来建筑结构技术发展和应用可重点关注以下方面：

2.3.1减隔震技术推广应用

减隔震技术是有效抵御地震灾害和提高城市安全的重要手段，这已经得到公认，随着国家政策的支持和民众对抗震防灾认识和需求的提升，未来减隔震技术必将得到大量推广应用。《建设工程抗震管理条例》于２０２１年５月１２日国务院第１３５次常务会议通过，自２０２１年９月１日起施行。条例规定高烈度地区的新建学校、医院、应急指挥中心等应采用减隔震技术，将减隔震技术的应用提升到法律的高度，将有效促进减隔震技术的推广。

2.3.2高强高性能材料应用

推广以超高性能混凝土（ＵＨＰＣ）、纤维增强复合材料（ＦＲＰ）、高强钢筋和钢材等为代表的高强高性能材料，提高结构工程性能和品质，促进节能减排，推进建筑行业实现“双碳”目标。

2.3.3既有建筑功能提升中的结构改造关键技术

加强既有建筑的健康监测，研究结构加固改造新技术；研发在城市高密度区老旧建筑尤其高层建筑的绿色拆除技术，如逆向拆除等；在结构构件和非结构构件中推广应用再生混凝土，解决建筑垃圾处理难题，实现城市绿色、有机更新。

2.3.4建筑抗震韧性评估

对既有建筑进行抗震韧性评估，提升灾害风险预警能力，加强灾害风险评估，建立巨灾保险制度，健全防灾减灾救灾体制，建设“韧性城乡”。

结语

新中国成立70年来在高层建筑结构领域的发展成绩是巨大的，笔者郁于自己有限的经历，难免挂一漏万，但足以令人自豪。尤其值得欣慰的是在此领域中一大批不同年龄层次的技术骨干已经成长起来，他们基础扎实、勇于创新，可以相信他们一定能把中国的高层建筑结构推向新的高峰，使我国真正成为这个领域的强国。

参考文献

［２］董石麟，赵阳．论空间结构的形式和分类［Ｊ］．土木工程学报，２００４，３.