5．6　混凝土结构建筑物

混凝土是一种原材料资源丰富，成本较低，可以与钢筋、型钢粘结共同使用的材料。由于混凝土的可模性、耐火性、耐久性、整体性、刚性均较好，体内能按受力需要配置钢筋等优点，可用于各种受力构件（如板、梁、柱、基础等），做成各种结构体系（如承重墙体结构体系、框架结构体系、壳体结构体系等），建造各种建筑（如居住建筑、公共建筑、商业建筑、工业建筑等）。

混凝土结构包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构。素混凝土结构是指不配置钢筋的混凝土结构，在工程中应用较少。钢筋混凝土结构是指在混凝土内配置钢筋的结构。预应力混凝土结构指在结构构件制作时，预先在构件受拉的部位施加预压应力，以改善结构在使用期间的性能。随着预应力概念的提出和成功的应用，高性能混凝土、轻骨料混凝土、纤维混凝土、自密实混凝土、活性粉末混凝土等新型混凝土的出现和发展，使混凝土的应用范围大大扩展。它可应用于土木工程的各个领域，如高层和超高层建筑、大跨度建筑、高耸构筑物、海洋工程、核工程以及高达1　800℃低至－160℃的高、低温工程建筑。混凝土结构是现代各种土木工程建设中的主要结构类型。

1824年波特兰水泥发明以后，混凝土结构逐步发展起来。19世纪80年代一些学者相继发表钢筋混凝土材料和结构的一些研究成果和试验结果，例如德国学者G．A．Wayss，J．Bauschinger，M．Koenen等人在1886—1887年发表了钢筋混凝土结构的试验报告及混凝土结构理论设计的书稿，初步奠定了钢筋混凝土在建筑工程中应用的科学基础。1903年在美国辛辛那提建成了世界第一幢混凝土结构高层建筑——英格尔大楼（Ingalls　Building）（图5．24）。第一次世界大战前混凝土结构只是在多层建筑的基础和楼盖中得到应用，第二次世界大战后，由于钢材短缺，混凝土结构建筑得到大规模发展。20世纪50年代早期，混凝土结构建筑的高度可达到20层，1958年即上升到38层，1962年达到50层，1968年又达到70层（美国芝加哥的湖心大厦，见图5．25）。

图5．24　英格尔大楼外貌图

图5．25　美国芝加哥的湖心大厦

我国的水泥工业始于1889年。19世纪末20世纪初，在上海等沿海城市的个别建筑物中，部分采用钢筋混凝土楼板。1908年建造的上海电话公司大楼是我国最早的钢筋混凝土框架结构。1949年新中国成立后，混凝土结构在建筑工程和其他土木工程中得到广泛的应用。

目前，世界上最高的钢筋混凝土结构建筑是马来西亚吉隆坡的石油双塔大厦（图5．26）。它是两个并排的圆形建筑，各自都采用混凝土墙体内心和底部直径为46．2m的16个混凝土圆柱周边框架组成。框架柱直径由底层的2．4m逐渐变化到顶层的1．2m，建筑面积600　000m²左右，地上88层，考虑夹层共95层，高390m，连同桅杆总高452m。从底层至84层采用的都是钢筋混凝土结构，混凝土强度自下向上为C80至C40，支承84层以上的是钢柱和钢环梁。大厦在第60层、72层、82层、85层处收进，46层以下有两个圆形副楼，直径23m，采用12根钢筋混凝土柱组成的框架结构。整个建筑的高宽比为8．64，是细长型建筑。

图5．26　马来西亚吉隆坡石油双塔大厦

（a）立面；（b）主塔楼标准层平面

图5．27　美国芝加哥的特朗普国际酒店大厦

（a）立面图；（b）标准层平面图

目前，混凝土结构建筑在高度上居世界第二位的是美国芝加哥的特朗普国际酒店大厦［Trump　Interna－tional　Hotel　Tower，图5．27（a）］，2009年建成。主体结构高340．1m，连同桅杆总高423．2m，地上92层，沿高度方向在16层、29层和51层三次向内收进。核心筒与周边柱由外侧支架构件连接，为整个建筑提供了良好的抗侧刚度和抵抗风荷载的能力。核心筒位于建筑中心部位，底部由4个工形和2个形墙体构成，在

标准层核心筒由4个工形和1个形墙体构成［图5．27（b）］。外伸构件是巨大的钢筋混凝土矩形截面墙梁，

宽1．7m，高5．3m，巨大的外伸构件布置在建筑体型向内收进的位置，对整体结构有很好的加强作用，建筑的高宽比为8．0，属细长形建筑物。

我国的广州中信广场由3座塔楼和裙房组成（图5．28），1996年建成。它的主塔楼为80层高的办公楼，采用钢筋混凝土框架－筒体结构，高322．5m，连同桅杆（钢塔）总高382．5m，为目前国内最高、世界第五高的混凝土结构建筑。两座副塔楼是40层公寓；5层裙房为商场，它们将两座公寓连接在一起。裙房屋面有花园和游泳池。主塔楼平面为边长约48m的正方形，由于建筑要求，外框筒不能全部落地，因此，在5层以下的框筒四角设了4根L形巨型角柱，单肢长7．75m，宽2．5m，承受上部荷载。(www.daowen.com)

图5．28　广州中信广场

（a）外立面；（b）标准层平面

朝鲜平壤建造的柳京大厦，平面为Y形，立面为金字塔形（图5．29），地下4层，地上105层，高305m，采用小开间钢筋混凝土纯剪力墙结构，混凝土强度等级为C45，该楼已于1995年建成，为东亚朝鲜半岛最高的建筑物。

图5．29　朝鲜平壤柳京大厦

（a）外立面；（b）剖面示意；（c）平面示意

法国巴黎国家工业与技术展览中心大厅（图5．30）的钢筋混凝土薄壳结构是当前世界上混凝土结构中跨度最大的公共建筑。它的平面呈三角形，边长219m（此即跨度），壳顶离地面46m，是双层波形拱壳，支承

图5．30　法国巴黎国家工业与技术展览中心薄壳结构

（a）鸟瞰；（b）剖面；（c）平面；（d）外立面在3个脚部墩座上，墩座与预应力拉杆相连。上下两层壳面的厚度仅64mm，相隔1．8m，中间有间距为9m的竖板连接，折算壳面总厚度只有180mm，厚跨比为1∶1200，比鸡蛋蛋壳的厚长比1∶100还小12倍，而且建筑造型新颖，充分说明混凝土壳体结构的优越性。该建筑是把结构、材料、自然力、建筑功能融为一体的杰作，在结构计算和施工方面都有大胆的创新，是世界建筑领域的一大进步。

意大利罗马小体育宫是1960年为罗马奥运会修建的圆形体育馆［图5．31（a）］，屋盖为钢筋混凝土网格型薄壳结构。圆顶直径60m，由1　620个壁厚25mm的菱形槽板拼装而成，在槽板上再浇一层混凝土以增加整体性，兼做防水层。圆壳由36根Y形斜撑支承，沿着最直接的路线将拱顶推力传到地环上去，斜撑根部空间无法利用，于是把它划到隔墙以外，不仅在外形上显示了建筑的结构特色，而且形象地表现了独具风格的艺术效果。该建筑的外观和平面俯视或仰视都像一个盛开的向日葵，比例协调，造型优美［图5．31（b）］。结构的合理与简洁、结构与建筑空间处理、结构与建筑功能需要完美地结合在一起，充分显示了设计者的创造力和结构技巧。它是受到国际建筑界高度赞誉的建筑与结构融为一体的典范。

悉尼歌剧院位于澳大利亚悉尼港，建造在伸入海中的一块狭小地段上，远看似群帆泊岸，由3组、10对壳片组成（图5．32），以环境优美和建筑造型独特而闻名于世。该建筑物虽为钢筋混凝土结构，但与罗马小体育宫完全不同的是，它的外部造型与内部功能没有联系，内部形状由吊在钢筋混凝土壳上的钢桁架决定。该建筑的结构受力相当复杂，最终是以Y形、T形的钢筋混凝土肋骨拼接成三角形壳瓣，才使设计和施工得以进行。由于结构复杂、施工困难，该建筑的工期长达17年，造价超过预算十几倍。

图5．31　罗马小体育宫

（a）外立面；（b）内部仰视

图5．32　澳大利亚悉尼歌剧院