3.2 高层建筑

3.2.1 高层建筑发展的背景

1．城市集约度的要求

其实早期的部落群居和后来集市的出现，就已经体现出城市集约的现象，人们交换流通等各种活动要求近距离运作。工业革命以后，世界上已经出现了许多相当规模的城市，到了近代，百万人口甚至千万人口的大城市差不多遍布全球了。人这么多又要近距离活动，首先想到的自然是向高处发展，1m2的土地对100层的高楼来说就是100m2了。

2．材料的变革和进步

材料的变革和进步是修建高层建筑的最重要的基础。1824年英国的波特兰发明了水泥；不久后，1856年又生产出第一炉转炉炼钢。水泥、钢材的发明和大量生产引发了一场土木工程的革命，高层建筑离开这些近代材料是不可想象的。

3．力学分析和结构体系的发展

力学理论和力学分析的发展导致了高层建筑体系的大改进。长期以来盖房子采用的是框架结构体系。可以说1965年以前，绝大部分钢结构高层建筑是框架结构。虽然工程师们知道，在框架中设置斜撑可以增加结构刚度，除建筑师们难以接受之外，在计算机尚不普及的年代，工程师们没有工具进行复杂的计算，只能设计钢框架。

美国杰出的营造大师——Skidmore Owingsand Merrill设计公司的FalurRahman Khan博士实现了结构体系的革命，发明了新的结构体系。Khan认为，所有的建筑都采用框架结构会浪费钢材，是不经济的，对于一定高度的建筑必须采用与之相匹配的合适的结构体系。Khan发明了筒体体系，包括框筒、桁架筒、筒中筒和束筒结构。Khan创造性地提出了不同结构体系的适用高度，见图3-4。Khan还用计算机对筒体结构进行了大量的计算分析，研究筒体结构的可行性和可靠性提出了筒体结构的设计方法。

筒体结构与传统框架结构的最大区别有3个方面：筒体是空间抗水平力结构，在一个方向的风或地震作用下，所有结构构件都参与抗水平力，而框架结构是平面抗水平力结构，只有与风或地震作用方向一致的框架参与抗水平力；筒体结构的框筒将建筑材料抵抗水平荷载放在最能充分发挥作用的周边，而框架则将建筑材料均匀分布在平面内；从建筑分割来看，筒体结构提供很大的无柱空间，可以灵活分割，而框架的无柱空间则小得多。

第一幢钢结构框筒高层建筑是在美国“911”事件中塌毁的纽约世界贸易中心双塔，见图3-5。该建筑110层，417m高，平面尺寸为63.5m×63.5m，柱距1.02m，设置在平面中央的47根钢柱仅承受竖向荷载。该建筑1973年建成，用钢量仅186kg/m2，其高度超过帝国大夏，成为当时世界上最高的建筑。

第一个束筒结构是Khan设计的位于芝加哥的西尔斯（Sears）大厦，见图3-6,110层，443m高，1973年竣工，用钢量161kg/m2,1998年以前一直是世界最高的建筑。该大厦50层以下为9个框筒组成的束筒，51～66层是7个框筒，67～91层为5个框筒，91层以上是2个框筒。在第29～31、66层和第90层，沿周边各设一道水平带状桁架，起到增加刚度的作用。Khan解释水平带状桁架的作用说：“用橡皮筋将一把铅笔箍起来。”

Khan发明的筒体结构是高层建筑发展史上的里程碑，是一次革命。它的创新是多方面的，它使现代高层建筑在技术上和经济上均成为可行，从而使高层建筑的发展出现了繁荣期。

4．高强混凝土的使用

高强混凝土的发明是近50年来建筑材料方面最重要的进展，人们习惯于称C50以上的混凝土为高强混凝土，随着科技的发展，现在实际使用中高达C80的混凝土也不罕见。高强混凝土用于高层建筑有许多优点：减小柱的截面，增大可用空间，降低层高，减轻结构自重，降低基础造价等。

1967—1982年，仅芝加哥就有多幢高强混凝土高层建筑。20世纪70年代初，纽约的建筑几乎全是钢结构，而到80年代初，约有1/4的高层建筑采用高强混凝土结构。

5．消能隔震技术的发明和使用

高层建筑与传统的多层建筑面临的最重要的问题之一是对侧向荷载的敏感和由此带来的风险，建筑中的侧向荷载主要是地震和风荷载，为此而采取的措施在土木界称为结构控制。

结构控制是指在建筑结构中设置控制系统或装置，以减小结构在风或地震作用下的反应。结构控制可以分为主动控制、被动控制、半主动控制和混合控制四大类，实际工程中应用最多的是被动控制。

被动控制包括基础隔震、消能减振（震）和吸能减振（震）。

基础隔震是在房屋建筑结构的底部和基础之间安装隔震装置，增长结构的周期和增大结构的阻尼，达到减小上部结构地震反应的目的。美国、日本、新西兰等国有许多中低层建筑采用基础隔震。1995年阪神地震后，日本开始在高层建筑中采用基础隔震，最高的基础隔震建筑达到41层，135m高。除了在建筑的底部采用基础隔震外，有些建筑在其高度中部附近也设置隔震装置。

消能减振（震）是在结构中设置消能装置（也称阻尼器）消耗风或地震输入的能量。减小结构反应的阻尼器可以分为两大类：速度相关型阻尼器，包括油缸阻尼器、黏滞阻尼墙和黏弹性阻尼器；位移相关型阻尼器，包括软钢阻尼器、铅阻尼器、摩擦阻尼器和防屈曲支撑阻尼器。上述这些减振（震）技术已经成熟，并且已经用于房屋建筑。高层建筑减振（震）的主要手段是设置消能装置。

1973年建成的纽约世贸中心大厦共安装了2万个黏弹性阻尼器，阻尼器安装在建筑周边的柱与楼盖的桁架楼之间。实测结果表明，阻尼器具有减小风振的作用。在西雅图双联广场大厦的第35层，沿周边安装了大量的黏弹性阻尼器。西雅图7-7层的哥伦比亚中心大厦，也安装了黏弹性阻尼器。近年来，日本、美国许多高层建筑都安装了黏弹性阻尼器，目的均是减小风振反应。

黏滞阻尼墙具有良好的减振（震）性能。黏滞阻尼墙由一块固定在上层楼面的内钢板和两块固定在下层楼面的外钢板、内外钢板之间充填的黏滞材料组成。风或地震作用下，内外钢板产生相对速度，使钢板之间的黏滞材料产生阻尼，结构的阻尼比可以增大到20%以上，达到消能减振（震）的目的。黏滞阻尼墙发明于1986年。1994年，第一幢安装黏滞阻尼墙的高层建筑静冈媒体城在日本静冈建成，14层，78m高，钢结构，安装了170片黏滞阻尼墙。施工时进行了实测，阻尼比达到22.3%。1995年阪神地震后，日本已有20多幢高层建筑安装了黏滞阻尼墙，其中最高的建筑达43层。

3.2.2 世界高层建筑

高层建筑是人类文明进程中生产和生活需求的产物，是城市现代化的标志。近代高层建筑在经历了百余年的发展后，如今已遍及世界各地。虽然有的组织和个人曾多次对当时世界上最高的100栋建筑进行过排名，但是由于高层建筑发展速度太快，排名在不断更新。此外，在计算房屋高度时，有的算至主屋面，有的算至房屋尖顶，有的算至房屋天线顶，情况混乱，排名缺乏统一性。

1．世界高层建筑排行

表3-1给出了截至2004年年底全球已建成的20幢最高的建筑。

2．迪拜塔及其是是非非

2010年1月4日，当时世界最高的大厦阿拉伯联合酋长国（简称阿联酋）的迪拜塔举行了落成典礼，该楼总高828m，就高度而论它是世界之最了。

从建筑本身看，迪拜塔给人的第一印象就是震撼。其设计吸收了伊斯兰传统建筑风格，由多个部分逐渐连贯成一个核心体，外观效果似螺旋模式，旋转冲向天际，见图3-7。最高处逐渐转化成尖塔，给人以直插云霄，刺破苍穹的感觉。内部包括由时尚大师乔治·阿玛尼所设计的“阿玛尼”酒店、上千套的公寓、写字楼，以及全球最高的游泳池和清真寺等。为解决高塔的上下问题，迪拜塔还配备了世界上最快的电梯，速度可达每秒17.5m。其中主电梯高度为504m，亦为世界第一高电梯。

从1799年有记载证明迪拜作为一个村庄的形式出现，到1971年阿联酋建国，迪拜一直都是靠着出产珍珠在区域内小有名气。但时至今日，迪拜已跻身世界时尚之都。

阿联酋虽然是富油国，但迪拜酋长国已探明的石油储量仅占全国总储量的4%。于是，迪拜凭借其地理位置和转口贸易优势，向商业、贸易、旅游、金融等领域发展，逐步确立了其在中东转口贸易、交通运输、旅游购物以及金融中心的地位。时至今日，这座昔日仅仅靠打鱼和采集珍珠为主业的小村庄，已经跻身世界时尚之都，特别是迪拜走出了一条非资源消耗型的发展道路，在中东地区独树一帜，被人称作“迪拜模式”。

“迪拜模式”的主要特点就是资本市场的高度自由化和房地产市场的疯狂增长。从2000年起，迪拜政府开始从沿海的朱美拉地区到阿里山地区大兴土木，上马了大量的基建项目。据估计当时全世界1/4的建筑机械都在迪拜。2002年开始，迪拜修改《房地产法》，允许外籍人士在迪拜拥有房产。

此外，迪拜还实行全面免税制度，在迪拜进口任何商品都不征收赋税。许多在欧洲都要被征收重税的奢侈品，在迪拜变成了“白菜价”。在许多周边国家只能买日本汽车的价钱在迪拜可以买到豪华的欧洲名车，劳力士和欧米茄等瑞士名表在迪拜的大商场里卖得比原产地还要便宜。这一系列措施的实行，迅速吸引了世界上诸多投资者。世界各大知名企业纷纷将其中东地区总部迁往迪拜，因为在这里他们只需要支付房租而无需纳税，用于交通和生活的成本也由于免税而并不昂贵。

与此同时，沙漠面积占90%的迪拜现在还是东西方游客旅游的热点之一。而支撑迪拜旅游业的则是众多的人造景观：世界上最豪华的七星级帆船酒店、世界上最华美的人造岛“棕榈岛”、世界上最大的商场“迪拜商城”、拥有世界上最大室内水族箱的“亚特兰蒂斯酒店”等，直至迪拜塔的落成。

几乎是一夜之间，迪拜从沙漠村庄成长为国际级都市，有人称迪拜人创造了“沙漠神话”。

2008年时，迪拜楼价曾创造出3个月上涨43%的奇迹。但自国际金融危机爆发以来，迪拜创造出的“沙漠神话”开始破灭，迪拜楼价从2008年的最高位骤跌一半左右，预计还将继续下跌30%。特别是2009年11月27日，阿联酋迪拜酋长国所属主权投资实体迪拜世界公司向债权人发出请求，希望将到期债务偿还暂缓6个月，这相当于正式宣告迪拜的金融体系受到了严重打击。“迪拜模式”开始受到质疑。

在当前情况下，迪拜政府希望借助迪拜塔的落成给开始萎靡的资本市场和房地产市场注入一支强心剂，刺激并重振迪拜昔日的辉煌。阿联酋当地媒体对迪拜塔及其对迪拜经济复苏所起的作用均持乐观态度，对迪拜塔的落成多使用赞美之词，并认为将有效地刺激经济振兴。阿联酋《声明报》评论说，迪拜塔是阿联酋的骄傲，是阿联酋人民追求更高、更大、更远目标的象征。

但西方世界并不看好短期内的迪拜经济。美国媒体嘲笑迪拜塔虽然是世界最高，但却有30万m2的写字楼没有卖出去，而且已经购买房屋的业主在拿到钥匙的时候感叹他们的房地产已经比他们付款购买的时候贬值了一半。英国媒体更是用“鬼楼”来形容迪拜塔，以嘲讽它的低入住率。

迪拜塔落成典礼举行期间，法国一家媒体记者面对绚烂的礼花感叹：迪拜塔或许成为当地经济复兴的开始，也可能是衰落的标志，只有时间能告诉我们答案。

全球范围特别是改革开放以后，中国的“高楼热”是否会得到一点启示，笔者冒昧地说一句“任何事物过了头就走向反面”。

3.2.3 中国高层建筑

1．城市发展的必然要求

中国的高层建筑自1978年改革开放以后可以说有“风起云涌”之势，以大城市为最。图3-8是一幅北京中央商务区的夜景，这几乎是世界著名大城市的特色。但世界城市的要求随着人类社会的发展已经越来越全面了。

2010年11月，北京市委提出“加快向中国特色的世界城市迈进”。那么，什么是世界城市？它具备哪些特点？简述如下。

世界城市是人类发展进程中全球集中关注的综合城市体。世界城市应当是在全球尺度上体现国际价值、经济价值、金融价值、服务价值、人居价值、生态价值、文化价值和哲学价值的综合系统。

世界城市的基本共性大致如下：耳熟能详的国际知名度，世界事务的影响能力，世界经济的聚集地，流通便捷的交通枢纽，享誉世界的厚重文化，蜚声国际的文教机构等。

世界城市寻求硬实力和软实力的最大化，既有现代研发又有金融服务，同时具备技术市场、信息市场、贸易市场、文化市场等特色；世界城市要在生产流通消费的总链条中，在研发、制造、创新的不断升级中既要能够当发动机也要能当交换机，还要做倍增器或者是路由器。

世界城市质量的4项标志：物质能量的效率，生态环境的支持，精神愉悦的感知水平以及文明的进化水平。世界城市质量有几个体系：循环经济低碳体系、人与自然和谐的生态体系、绿色与可持续发展的体系、幸福宜居心理安全体系。

当前世界城市的发展趋势是：更加注重经济社会的协调发展。金融中心是伦敦作为世界城市的重要特色，近些年来伦敦更加注重推动经济社会协调发展，推进社会融合，消除隔离和歧视。

更加注重人与自然和谐发展。巴黎是世界名城，巴黎的城建和管理贯穿了崇尚自然、人与自然和谐相处的理念，注意城建与田园风光相结合，近几年，巴黎把加强环境保护、改善市民生活质量放在优先位置，并提出低碳城市概念。

更加注重城市文化品质的提升。文化与经济、政治相互交融，越来越深入。纽约是世界金融中心，同时也被打造成新的国际文化中心，民族的多样性与纽约文化的包容性和创新性，造就了纽约现代文化之都的地位，并形成城市的核心魅力。

更加注重增强核心竞争地位。如东京，经历了从政治首都向经济中心和区域中心城市转变的过程。2006年东京制定未来10年发展规划，将日本所拥有的最先进的尖端科学技术应用于社会，目标是让东京成为向世界传播最尖端技术之地和21世纪世界的楷模城市。

这4个“更加注重”大致可以看作是一个发展趋势。

2．中国已建成的高层建筑排名

随着我国经济和社会的飞速发展，高层建筑正以很快的速度蓬勃兴建。许多学者曾经对我国的高层建筑进行过排名，表3-2列出了截至2004年我国内地已建成最高的前20栋高层建筑。

我国内地高层建筑具有以下特点和发展趋势。

（1）层数增多，高度加大。1994年，国内建成高120m以上的高层建筑仅29栋，其中高150m以上的8栋。1998年年底，高度超过150m的高层建筑已达100栋。到2004年年底，排名第100名的高层建筑也已达到了170m,1998年年底时排名前100名的高层建筑仅有41栋保留在2004年的排名中。

（2）地区分布更加广泛。最高的100栋建筑分布的城市由1994年的16个增加至2004年的20个。长江三角洲和珠江三角洲依然是全国高层建筑最集中的地区。三次统计中，这两个地区均分别占到了全国最高的100栋建筑中的1/3。

北京也是高层建筑比较集中的地区。但是20世纪90年代，北京市受文物保护区限制，强调维护古都风貌，高层建筑特别是高层住宅的建设有所缩减。北京拥有全国最高的100栋建筑的数量从1994年的16栋减少成2004年的2栋。说明北京以外的大城市高层建筑日益增多。

重庆的高层建筑发展迅速，在全国最高的100栋建筑中的数量从1994年的2栋增至2004年的6栋。随着国家西部大开发、振兴东北老工业基地和中部崛起战略的实施，中西部和东北地区也将兴建更多高层建筑。

（3）结构体系多样化。20世纪90年代国内高层建筑基本上是剪力墙、框架—剪力墙结构、筒体结构三大常规体系。这些体系难以达到很高的高度，也难以提供自由灵活使用的大空间，满足不了建筑功能的要求。2000年以来，钢框架—现浇型钢筋混凝土核心筒结构得到长足的发展，在超高层建筑中占的比重逐年提高，全钢结构也在采用，但比重在下降。根据我国国情，今后钢筋混凝土结构仍将会是高层建筑的主体，但钢结构和钢筋—钢筋混凝土结构的应用比例将逐步扩大。

3．对高层建筑的质疑

图3-9是截至2010年世界最高的10幢高楼，其中中国占了5幢。中国是新兴市场国家，这种迅速崛起的高层建筑热自然与经济的腾飞有直接关系，然而，随着全球高于100m的建筑（常称之为“摩天大楼”）越来越多，其负面效应日益突显，人们开始对高层建筑特别是超高层建筑有了越来越多的质疑。

普遍观点认为，摩天大楼存在种种弊病——巨额的投资和运营成本，高于普通建筑的危险系数，难以维系的生态环境质量等。上海金茂大厦做过一次实验：请一群身强力壮的消防队员从85层楼往下跑，结果最快跑出大厦的一个队员也花了35min。而对于普通上班族来说，一旦有火灾等突发事件，逃生的希望究竟能有多大？还有隐性危害，比如地面沉降等。据媒体报道，上海浦东区陆面下沉现象日益严重，陆家嘴金融区地面一年下沉了3cm。

超高层建筑并不是文明程度的反映，更不是科学智慧的凝结，更多的只是技术的挑战。其实低层建筑能够满足要求的，就不需要建高层、超高层。特大城市在几年、十几年之后会慢慢显现出受发展空间限制，到时可以再适当地建设。

世界上著名的宜居城市，很多并没有摩天大楼，比如苏黎世。城市的本质是生活和工作的舞台，建筑只是物质载体。一座城市的品质不在于“高”，而在于是否宜居，因此，对“最高”、“超高”不应盲目追求，尤其是人均GDP仅为世界平均水平1/2的中国更应高度关注这个问题。