高层建筑

定义

最新定义

超过一定层数或高度的建筑将成为高层建筑。高层建筑的起点高度或层数，各国规定不一，且多无绝对、严格的标准。

中国定义

在中国，旧规范规定：8层以下的建筑都被称为多层建筑。接近20层的称为中高层，30层左右接近100m称为高层建筑，而50层左右200m以上称为超高层。在新《高规》即《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3－2002）里规定：10层及10层以上或高度超过28m的钢筋混凝土结构称为高层建筑结构。当建筑高度超过100m时，称为超高层建筑。

中国的房屋6层及6层以上就需要设置电梯，对10层以上的房屋就有提出特殊的防火要求的防火规范，因此中国的《民用建筑设计通则》（GB 50352—2005）。

国外定义

在美国，24.6m或7层以上视为高层建筑；在日本，31m或8层及以上视为高层建筑；在英国，把等于或大于24.3m的建筑视为高层建筑。

城市摩天指数

数据截至到2015年8月

分类

中国《民用建筑设计通则》（GB 50352—2005）将住宅建筑依层数划分为：一层至三层为低层住宅，四层至六层为多层住宅，七层至九层为中高层住宅，十层及十层以上为高层住宅。除住宅建筑之外的民用建筑高度不大于24m者为单层和多层建筑，大于24m者为高层建筑（不包括建筑高度大于24m的单层公共建筑）；建筑高度大于100m的民用建筑为超高层建筑。

建筑高度的计算：当为坡屋面时，应为建筑物室外设计地面到其檐口的高度；当为平屋面（包括有女儿墙的平屋面）时，应为建筑物室外设计地面到其屋面面层的高度；当同一座建筑物有多种屋面形式时，建筑高度应按上述方法分别计算后取其中最大值。局部突出屋顶的瞭望塔、冷却塔、水箱间、微波天线间或设施、电梯机房、排风和排烟机房以及楼梯出口小间等，可不计入建筑高度内。

简史

古代就开始建造高层建筑，埃及于公元前280年建造的亚历山大港灯塔，高100多米，为石结构（今留残址）。中国建于523年的河南登封县嵩岳寺塔，高40米，为砖结构，建于1056年的山西应县佛宫寺释迦塔，高67米多，为木结构，均保存至今。

现代高层建筑首先从美国兴起，1883年在芝加哥建造了第一幢砖石自承重和钢框架结构的保险公司大楼，高11层。1913 年在纽约建成的伍尔沃思大楼，高52层。1931年在纽约建成的帝国州大厦，高381米，102层。第二次世界大战后，出现了世界范围内的高层建筑繁荣时期。1962～1976年建于纽约的两座世界贸易中心大楼，各为110层，高411米。1974年建于芝加哥的西尔斯大厦为110层，高443米，曾经是世界上最高的建筑。加拿大兴建了多伦多的商业宫和第一银行大厦，前者高239米，后者高295米。日本近十几年来建起大量高百米以上的建筑，如东京池袋阳光大楼为60层，高226米。法国巴黎德方斯区有30～50层高层建筑几十幢。苏联在1971年建造了40层的建筑，并发展为高层建筑群。

中国近代的高层建筑始建于20世纪20～30年代。1934年在上海建成国际饭店，高22层。50年代在北京建成13层的民族饭店、15层的民航大楼；60年代在广州建成18层的人民大厦、27层的广州宾馆。70年代末期起，全国各大城市兴建了大量的高层住宅，如北京前三门、复兴门、建国门和上海漕溪北路等处，都建起12～16层的高层住宅建筑群，以及大批高层办公楼、旅馆。中国1986年建成的深圳国际贸易中心大厦，高50层。上海金茂大厦于1994年开工，1998年建成，有地上88层，若再加上尖塔的楼层共有93层，地下3层。上海环球金融中心是位于中国上海陆家嘴的一栋摩天大楼，2008年8月29日竣工。是中国第二高楼、世界第三高楼、世界最高的平顶式大楼，楼高492米，地上101层。

建筑特点

世界各城市的生产和消费的发展达到一定程度后，莫不积极致力于提高城市建筑的层数。实践证明，高层建筑可以带来明显的社会经济效益：首先，使人口集中，可利用建筑内部的竖向和横向交通缩短部门之间的联系距离，从而提高效率；其次能使大面积建筑的用地大幅度缩小，有可能在城市中心地段选址；再是，可以减少市政建设投资和缩短建筑工期。

综合问题

主要有：①关于城市经济效益和环境效益问题，应遵照城市规划部门指定的地段和控制高度建造，而不能完全根据建筑本身的需要。②高层建筑由于应力增加，设备和装修水平必须提高，施工难度增大，因而造价必然大大高于多层建筑。因此，需要各专业设计人员密切合作使平面布局合理，提高使用系数，做到构造简洁，自重轻，便于安装，综合降低造价。③高层建筑最突出的是防火安全设计，各专业设计人员应严格遵守高层建筑设计防火规范的规定。

设计要点

当高层建筑的层数和高度增加到一定程度时，它的功能适用性、技术合理性和经济可行性都将发生质的变化。与多层建筑相比，在设计上、技术上都有许多新的问题需要加以考虑和解决。

建筑方面

主要有：①总平面布局要加大防火间距，处理严重的日照干扰，为大量集中的人口疏散和停放车辆安排通道和场地。②在符合功能要求的基础上将多层重复的建筑平面布局标准化、统一化，以满足主体结构、设备管线、电气配线分区、防火疏散等竖向设计技术的要求。③合理布置竖向交通中心，确定楼梯、电梯的数量和布置方式，保证使用效率和防火安全。④内外建筑装修、构造、用料和做法必须适应因风力、地震、温度变化等所引起的变形和安全问题。⑤在建筑艺术方面要考虑高大体型在城市和群体中的形象和全方位造型效果。

结构方面

主要有：①考虑高层建筑遇到巨大风力和地震力时所产生的水平侧向力。②严格控制高层建筑体型的高宽比例，以保证其稳定性。③使建筑平面、体型、立面的质量和刚度尽量保持对称和匀称，使整体结构不出现薄弱环节。④妥善处理因风力、地震、温度变化和基础沉降带来的变形节点构造。⑤考虑在重量大、基础深的地质条件下如何保证安全可靠的设计技术和施工条件问题。

设备和电气

主要有：①设计供暖和给水排水系统时，必须考虑因建筑高度增大的压力，保证管道、炉片具有耐压能力。②特殊处理消防和排烟问题。③在供暖、通风中考虑因高处风力增大而增加的空气渗透和中合面以上、以下的热压变化对于散热量计算的重要影响。④考虑由于增加了电梯、水箱供水和消防动力用电，对电气设计的区域配电和干线、支线布置提出的要求。

施工监测

1 从基坑开挖至基坑回填完成期间软土地区尚应延长个月应对影响区范围内的邻近建筑物和管线垂直与水平变形进行监测。

2 实施降水和回灌方案时应进行降水观测井和回灌观测井的水位测试以及邻近建筑物管线的沉陷与水平位移观测

3 采用护坡桩系统时，应对挡土桩的变形桩的内力变化进行监测。

4 当采用地下连续墙作为围护结构时，应监测墙体位移、平面变形、结构整体稳定、土压力、孔隙水压力、土体位移和地下水位等项目。

5 基坑开挖过程中，应对水平支撑系统和锚杆的工作状态进行检查和监测。

6 施工中应进行大体积混凝土的测温工作。测温点的布置应便于绘制温度变化梯度图，可布置在基础平面的对称轴和对角线上。测温点应设在混凝土结构厚度的1/2、1/4和表面处，离钢筋的距离应大于320MM.。

抗震设计

80年代，是中国高层建筑在设计计算及施工技术各方面迅速发展的阶段。各大中城市普遍兴建高度在100m左右或100m以上的以钢筋为主的建筑，建筑层数和高度不断增加，功能和类型越来越复杂，结构体系日趋多样化。比较有代表性的高层建筑有上海锦江饭店，它是一座现代化的高级宾馆，总高153.52m，全部采用框架一芯墙全钢结构体系，深圳发展中心大厦43层高165.3m，加上天线的高度共185.3m，这是中国第一幢大型高层钢结构建筑。进入90年代中国高层建筑结构的设计与施工技术进入了新的阶段。不仅结构体系及建筑材料出现多样化而且在高度上长幅很大有一个飞跃。深圳于1995年6月封顶的地王大厦，81层高，385.95m为钢结构，它居世界建筑的第四位。

理论分析

建筑结构抗震规范

建筑结构抗震规范实际上是各国建筑抗震经验带有权威性的总结，是指导建筑抗震设计（包括结构动力计算，结构抗震措施以及地基抗震分析等主要内容）的法定性文件它既反映了各个国家经济与建设的时代水平，又反映了各个国家的具体抗震实践经验。它虽然受抗震有关科学理论的引导，向技术经济合理性的方向发展，但它更要有坚定的工程实践基础，把建筑工程的安全性放在首位，容不得半点冒险和不实。正是基于这种认识，现代规范中的条文有的被列为强制性条文，有的条文中用了“严禁，不得，不许，不宜”等体现不同程度限制性和“必须，应该，宜于，可以”等体现不同程度灵活性的用词。

抗震设计的理论

1、拟静力理论。拟静力理论是20世纪10~40年代发展起来的一种理论，它在估计地震对结构的作用时，仅假定结构为刚性，地震力水平作用在结构或构件的质量中心上。地震力的大小当于结构的重量乘以一个比例常数（地震系数）。

2、反应谱理论。反应谱理论是在加世纪40~60年代发展起来的，它以强地震动加速度观测记录的增多和对地震地面运动特性的进一步了解，以及结构动力反应特性的研究为基础，是加理工学院的一些研究学者对地震动加速度记录的特性进行分析后取得的一个重要成果。

3、动力理论。动力理论是20世纪70－80年广为应用的地震动力理论。它的发展除了基于60年代以来电子计算机技术和试验技术的发展外，人们对各类结构在地震作用下的线性与非线性反应过程有了较多的了解，同时随着强震观测台站的不断增多，各种受损结构的地震反应记录也不断增多。进一步动力理论也称地震时程分析理论，它把地震作为一个时间过程，选择有代表性的地震动加速度时程作为地震动输入，建筑物简化为多自由度体系，计算得到每一时刻建筑物的地震反应，从而完成抗震设计工作。

结构抗震

（一）高层建筑抗震措施

在对结构的抗震设计中，除要考虑概念设计、结构抗震验算外，历次地震后人们在限制建筑高度，提高结构延性（限制结构类型和结构材料使用）等方面总结的抗震经验一直是各国规范重视的问题。当前，在抗震设计中，从概念设计，抗震验算及构造措施等三方面入手，在将抗震与消震（结构延性）结合的基础上，建立设计地震力与结构延性要求相互影响的双重设计指标和方法，直至进一步通过一些结构措施（隔震措施，消能减震措施）来减震，即减小结构上的地震作用使得建筑在地震中有良好而经济的抗震性能是当代抗震设计规范发展的方向。而且，强柱弱梁，强剪弱弯和强节点弱构件在提高结构延性方面的作用已得到普遍的认可。

（二）高层建筑的抗震设计理念

中国《建筑抗震规范》（GB50011-2001）对建筑的抗震设防提出“三水准、两阶段”的要求，“三水准”即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。当遭遇第一设防烈度地震即低于该地区抗震设防烈度的多遇地震时，结构处于弹性变形阶段，建筑物处于正常使用状态。建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。因此，要求建筑结构满足多遇地震作用下的承载力极限状态验算，要求建筑的弹性变形不超过规定的弹性变形限值。当遭遇第二设防烈度地震即相当于该地区抗震设防烈度的基本烈度地震时，结构屈服进入非弹性变形阶段，建筑物可能出现一定程度的破坏。但经一般修理或不需修理仍可继续使用。因此，要求结构具有相当的延性能力（变形能力）不发生不可修复的脆性破坏。当遭遇第三设防烈度地震即高于该地区抗震设防烈度的罕遇地震时，结构虽然破坏较重，但结构的非弹性变形离结构的倒塌尚有一段距离。不致倒塌或者发生危及生命的严重破坏，从而保障了人员的安全。因此，要求建筑具有足够的变形能力，其弹塑性变形不超过规定的弹塑性变形限值。

三个水准烈度的地震作用水平，按三个不同超越概率（或重现期）来区分的：多遇地震：50年超越概率63.2%，重现期50年；设防烈度地震（基本地震）：50年超越概率10%，重现期475年；罕遇地震：50年超越概率2%－3%，重现期1641－2475年，平均约为2000年。

对建筑抗震的三个水准设防要求，是通过“两阶段”设计来实现的，其方法步骤如下：第一阶段：第一步采用与第一水准烈度相应的地震动参数，先计算出结构在弹性状态下的地震作用效应，与风、重力荷载效应组合，并引入承载力抗震调整系数，进行构件截面设计，从而满足第一水准的强度要求；第二步是采用同一地震动参数计算出结构的层间位移角，使其不超过抗震规范所规定的限值；同时采用相应的抗震构造措施，保证结构具有足够的延性、变形能力和塑性耗能，从而自动满足第二水准的变形要求。第二阶段：采用与第三水准相对应的地震动参数，计算出结构（特别是柔弱楼层和抗震薄弱环节）的弹塑性层间位移角，使之小于抗震规范的限值。并采用必要的抗震构造措施，从而满足第三水准的防倒塌要求。

（三）高层建筑结构的抗震设计方法

中国的《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）对各类建筑结构的抗震计算应采用的方法作了以下规定：1、高度不超过40m，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，可采用底部剪力法等简化方法。2、除1款外的建筑结构，宜采用振型分解反应谱方法。3、特别不规则的建筑、甲类建筑和限制高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算，可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。

关于高层建筑防火安全问题

人类的高层建筑的火灾已经成为重大的灾害，它涉及的范围较广，业主的财产以及人身安全受到重创。预防高层建筑的防火安全性问题已成为重中之重。现代高层住宅建筑的高度不断延伸，往往是一层受灾殃及整体建筑。如何解决高层建筑的火灾防范问题是当今建设者们首当其冲面对的问题，应当引起全社会的关注。近年来，由于住宅小区火灾的防范不到位，导致火灾事件数量逐年攀升，对于人民生命财产所造成的损失也逐步扩大。消除这一安全隐患，应当是政府和建设部门的头等大事。

一、高层建筑的火灾因素

（1）天然气设施气体泄漏造成的火灾蔓延。

（2）家用电器使用不当而引起的火灾。

（3）人为的火灾因素。

（4）烟花爆竹燃放引起的火灾。

（5）民用电线短路造成的火灾。

（6）间接引发的火灾。

二、高层建筑防火材料及其技术规范问题：

（1）高层建筑墙体的防火材料有质量问题。

（2）室内防火安全监控装置失控，产品的技术性能不达标。

（3）建筑材料的防火设施扩展使用问题没有得到建设部门的支持。

（4）没有建立高层建筑自动灭火装置的设计性规范条文。

（5）施工单位对于住宅装饰材料的选型没有统一的定性标准。

（6）没有颁布完全禁止高层建筑以及住宅小区烟花燃放法令。

（7）天然气终端使用设备的安全性检查不到位。

（8）没有设立预防天然气泄漏的安全监控装置。

（9）季节性的安检宣传工作不到位。

三、关于高层建筑的火灾防范措施

（1）健全高层住宅火灾的防范网络安全自动控制系统。

（2）缩减住宅建筑的高度，以减少财产及生命的损失及伤害。

（3）降低高层建筑的密集度。

（4）完善建筑材料的防火性措施，加快研制新型的防火涂层材料和建筑材料。

（5）研制新型的民用防火产品，加大推广使用家用防火材料生产力度。

（6）防火安检期的不定性检查和教育宣传。

（7）加快研制家庭民用快速自动灭火器材。

（8）制定社区防火责任人制度并落实到位。

四、建设预防火灾的新型高层智能建筑

建议设计院校以及建委的相关部门尽快设计出完全能够防范火灾的高层智能住宅建筑。

（1）居民住宅应当安装自动灭火装置。

（2）门窗以及玻璃采用抗高温防火材料。

（3）家用电气设备的外壳使用防火材料制成。

（4）禁止使用木地板材料，加快研制新型的防火保温地板材料。

（5）民用电路所使用的电线绝缘层必须采用耐高温防火材料。

（6）严格要求住户安装天然气泄漏报警装置。

（7）加快研制小户型的高压灭火简易装置，做到每户安装一部灭火设备。

（8）做到群策群防，建立防火安全员安全监察宣传责任制度。

（9）地方政府设立预防火灾安全委员会。

（10）设立小区消防安全救灾小组，由火警辖区统一领导指挥。

（11）门窗墙外的上方设立防火隔离延伸罩，防止火苗窜到上一层建筑。这项可纳入建筑设计规范。

（12）加大电力能源的利用率，减少天然气能源的高层住宅引入，或禁止城区使用天然气。

（13）加快新型安全的综合性能源开发。

如果按着上述建议进行火灾防范，基本上高层住宅的火灾防范问题就能够得到解决。和谐社会一定要建立在群策群防基础上。火灾可防，关键在于政府的执政保障和人民的全力支持。

关于高层建筑坠落物体的安全防范问题

现代楼宇建筑高度不断提升，城市范围不断扩大，高层建筑密度不断加大，防范高层建筑坠落物体对人身的伤害，应当纳入设计安全规范。高层住宅户外附加物体安装工程的安全标准、安全防盗网栏、门窗玻璃等都应当规定使用年限。物体紧固装置的使用期限、材料的选择、防老化工艺等一定要有严格的规定。不然，一旦发生高空物体坠落事故，会危及行人的人身生命以及财产安全，其后果是不堪设想的。

一、高层建筑的主要户外设施

随着现代化大都市的高速发展和人口密度的不断增长，建立高层建筑坠落物体对人身造成伤害的安全防范措施已迫在眉睫。城市高层住宅建筑外加附属物体包括：

（1）居民使用的户外空调主机。

（2）防盗门窗护网。

（3）门窗玻璃。

（4）企业的户外广告、招牌匾额。

（5）户外照明及通讯装置。

（6）户外门窗遮阳遮雨用具。

二、易碎易坠落物品

（1）门窗及玻璃。

（2）户外照明灯具。

（3）户外广告的照明灯具。

（4）企业招牌匾额的易老化针织类物品。

（5）易老化遮阳遮雨材料。

三、户外施工过程中易坠落的物体

（1）户外空调以及固定金属架。

（2）户外广告金属架。

（3）企业户外广告招牌匾额的金属框架。

（4）施工过程中的攀爬吊装以及装修设施。

（5）施工过程中起吊的户外工程物体（户外空调，防盗门窗护栏，户外广告金属结构架）。

（6）户外遮阳遮雨金属架。

四、高层建筑顶端的通讯发射接收设施

（1）企业通讯专用设备。

（2）信息产业收发信息设施。

（3）卫星通信接收设备。

（4）户外民用天线。

五、高层建筑的水暖设备

（1）原高层建筑供暖系统的终端设备。

（2）冷却塔，高水位水箱。

六、高层建筑所安装的太阳能装置

（1）民用以及企业用太阳能供暖设备。

（2）民用及企业用太阳能供电装置。

二、高层建筑户外物体坠落的主要因素

关于高层建筑附加物体的高空坠落安全防范措施问题，国家还没有纳入高层建筑的设计规范。大自然的风灾和人为的事故以及氧化作用是导致高层建筑附加物体坠落的主要原因，包括：

（1）高等量级别的飓风灾害，可导致高层建筑的门窗玻璃以及广告匾额坠落。

（2）户外空调系统的主机，由于固定结构在长时间的氧化学反应下失去作用，从而造成物体坠落事故。

（3）高层建筑外加附属设备的金属部分，在大自然有害气体的侵蚀下，产生老化损坏坠落。

（4）由于施工质量低劣而造成的人为物体坠落。

在自然灾害中，风灾所造成的物体坠落是主要因素。

高层建筑户外附属设施坠落的安全防范措施

（1）设立高层建筑户外附属设备安装标准。

（2）加强高层建筑玻璃幕墙以及门窗玻璃的安全防护规范措施。

（3）在高层建筑最底层的四周，增加预防高空物体坠落的外延结构，或增加每一栋高层建筑的底层四周防坠落物体的金属结构设施。

（4）将用于户外附属设施固定的金属防腐材料纳入高层住宅设计规范。

（5）增加空调外挂主机的预留外延建筑结构平台或体外凹式墙体空间。

（6）设立高层建筑地面的墙体四周外延防护栏，建筑墙体与外延防护栏的安全距离标准为3米。

（7）在可能的情况下，统一实施中央空调制冷采暖系统。

（8）设立城区高层建筑物体坠落安全防范巡查机构，制定高空物体坠落安全防范条例。

（9）城市居民社区委员会实施高层建筑物体坠落安全防范责任制度，健全施工企业档案登记工作。

根据调查，中国在高层建筑设计标准中，还没有制定出有关高层建筑附属设施坠落安全事故的防范措施。随着人类住宅建设的不断增高，预防高层建筑附加设施坠落的安全事故问题已迫在眉睫。国家建委、房管机构、设计院所、人防工程委员会等相关部门应当尽快制定出关于中国城区高层建筑预防坠落物体的安全应急方案和设计标准，以确保人民生命财产的安全，将高层建筑物体坠落安全因素纳入建筑设计规范，或纳入城市安全管理防范监理系统。

报警设计

随着城市现代化进程的不断发展，各种高层建筑、 大中型商业建筑、 厂房不断涌现，对消防自动报警系统提出了更高、 更严的要求。为了在早期发现和通报火灾，防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全，火灾自动报警系统已成为必不可少的设施。

本文结合某高层建筑消防工程设计实例，就火灾自动报警系统组成的各部分功能、 设计要求及设备选型等进行探讨，为电气设计人员进行消防设计提供借鉴。

火灾自动报警系统简介

建筑中火灾自动报警系统的设计必须遵循国家有关方针、 政策、 规范和公安消防部门的有关法规，针对保护对象的特点，做到安全可靠、 技术先进、 经济合理、 使用方便。首先要明确建筑本身的建筑和功能特点，了解与火灾报警系统工程设计有关的相关专业的硬件设施，尤其是设备通风、 给排水专业对于电气专业的设计要求，然后根据有关规范确定消防报警系统的总体结构形式。

火灾自动报警系统是为了早期发现并及时通报火灾 以便采取有效措施 使火灾得以控制和扑灭而设置在民用建筑内的一种自动消防设施。当某一探测区域内发生火情时，该处探测器采集现场信号，并立即把信号发回控制中心的控制器，控制器对此信号进行判断。确认着火后，向火灾现场发出声光报警信号和播放疏散指令。另外，联动控制向需要联动的消防设备发出控制信号，包括点燃应急照明和疏散指示器照明；启动消防泵和正压送风机；启动火灾现场的排烟风机，打开相关的排烟口和防火阀；迫降电梯停于首层，并使消防电梯处于待命状态；切断非消防电源，进行初期火灾防范。

展望规划

高层建筑能够节约城市土地，缩短公用设施和市政管网的开发周期，从而减少市政投资，加快城市建设，这些优点已经逐渐得到公认。各国的大城市建设部门，都在不断地对已经出现的各种问题进行全面研究，采取改进措施。这些措施是：①提前在城市发展规划中预作统筹安排，协调单个高层建筑、高层建筑群布点同周围环境、已有建筑、名胜古迹、城市风貌、市政公用设施等之间的矛盾。②克服高层建筑使大量人口远离绿化地带、生活环境不如低层和多层建筑等缺点，设法增加每层绿化阳台、敞开式的公共休息层、屋顶花园等。③大力开发高层建筑结构、构造、防火安全、竖向交通所必需的高级材料、设备和设计施工技术等基本条件，严格控制质量，力争降低工程造价和管理费用。④在建筑设计方面，对高层建筑带来的日照阴影和电磁波干扰的影响，对体量高大突出的建筑造型风貌和城市空间天际线的艺术效果，以及高层建筑群大量集中的人口对城市供应和交通的影响等多种问题，采取新的科学分析和研究步骤，以求得最佳设计方案。