超高层建筑技术发展现状

　　　　　图1　受高层评委评审的全部建筑物
　　　　（1072栋）的结构类型

　　　　图2　高度为150m以上的建筑
　　　　（65栋）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（排列表略），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。
2.1　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。
2.1.1　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。
　　

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的高张力钢，已开始部分应用于超高层建筑中。
2.1.2　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（梁，柱）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（为普通钢材屈服点的一半左右），具有很大的塑性变形能力。