010高层建筑

第六章高层建筑简介(skyscraper)6.1概述一、发展高层建筑——美国；密斯·凡德罗——现代建筑大师之一高层钢玻璃盒子；第一座高层建筑：1886年美国芝加哥建造10层家庭保险公司大楼。(HomeInsuranceBuilding)，采用生铁柱和熟铁梁构成的框架，外围砖墙仅是填充墙。可缓解城市用地紧张的问题：国外资料介绍,9-10层的建筑比5层节约用地23-28%,16-17层比5层节约用地32-49%科学技术的进步：轻质高强材料的应用。电气化、计算机在建筑中的广泛应用。人类挑战自然极限的心理。高层建筑发展的原因:国外:（1）美国规定：高度为22~25m以上或7层以上建筑为高层建筑；（2）英国规定：高度为24.3m以上的建筑为高层建筑；（3）日本规定：11层以上或高度超过31m的建筑为高层建筑。（4)德国规定：为22层(从室内地面起)（5）法国规定：为住宅50m以上、其他建筑28m以上。我国：《高层民用建筑设计规范》GB50045-95和《高层民用建筑设计防火规范》GBJ50045-2002规定：≥10层的居住建筑或≥24m的公共建筑。按功能要求分类1.商层办公楼；2.高层住宅；3.商层旅馆；4.高层商住楼；5.高层综合楼；6.高层科研楼；7.高层档案楼；8.高层电力调度楼。按体型分类1.板式高层建筑建筑平面呈长条形的高层建筑，其形状如板状；2.塔式高层建筑建筑平面长宽接近的高层建筑，其体形呈塔状。1、砌体结构(Mmasonry)优点：取材容易、施工简便、造价低廉；缺点：脆性材料，其抗拉、抗弯、抗剪强度均较低，抗震性能较差；配筋砌体可改善砌体的受力性能，但较少用于高层。公元524年的河南嵩岳寺塔(15层简筒结构，高50m)公元704年的西安大雁塔(7层砖木结构，总高64m)公元1055年的河北定县料敌塔(11层筒体结构，高82m)一、高层建筑的结构类型按使用的材料，高层建筑可采用砌体结构、钢筋混凝土结构、钢结构和钢-混凝土组合结构等类型。6.2高层建筑的结构选型★2、混凝土结构(C)优点：取材容易、良好耐久性和耐火性、承载能力大，刚度好、节约钢材、降低造价、可模性好；缺点：自重大、构件截面较大、施工工序复杂、建造周期较长且受季节的影响；应用情况：我国绝大多数高层建筑都是采用混凝土结构，今后仍将是高层建筑发展的主流。最早混凝土框架结构高层建筑，是1903年在美国辛辛那提建造的因格尔斯大楼，16层，高64m。目前世界上最高的混凝土建筑为香港中环广场达78层374m、其次是平壤柳京饭店达105层300m平壤市的柳京饭店3、钢结构（S）优点：材料强度高、截面小、自重轻、塑性和韧性好、制造简便、施工周期短、抗震性能好；缺点：用钢量大、造价高、防火性能差、刚度差；应用情况：采用钢结构的高层建筑不断的增多；美国、日本等从钢结构起步建造高层建筑的国家已转向发展混凝土结构。目前世界上最高的钢结构建筑为美国芝加哥西尔斯大厦。芝加哥西尔斯大厦(SearsTower)，110层，高443m，钢结构4、钢-混凝土组合结构或混合结构（S+C）钢-混凝土组合结构的高层建筑吸取两者优点，把钢框架和钢筋混凝土筒体结合起来。施工时先安装一定层数的钢框架，利用钢框架承受一定层数的荷载，然后，用钢筋混凝土把外围的钢框架浇灌成外框筒体来抵抗水平荷载。这种结构的施工速度与钢结构相近，但用钢量比钢结构少，耐火性较好。近年来，这种结构形式逐渐增多，而且发展前景非常好。定义：钢-混凝土组合结构、钢-混凝土混合结构（1）组合结构：将钢骨放在构件内部，外部，采用外包或内填混凝土，称为钢骨混凝土或钢管混凝土。（形成组合构件）（2）混合结构：指由钢构件、钢筋混凝土构件或钢骨混凝土组合构件一起组成的空间结构。（形成混合结构）二、高层建筑的结构体系概述1.受力特点：竖向荷载——竖向压力；风荷载、地震——水平荷载--内力(弯矩和剪力)建筑越高——水平荷载越大——控制设计的主要因素；2.受力要求竖向荷载——结构——足够抗压强度；水平荷载——结构——有足够的抗弯、抗剪强度；3.结构体系抗侧力构件(框架、剪力墙、筒体)不同，形成不同结构体系高层建筑常用结构体系：框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结构。★（一）框架结构框架结构——骨架承重结构体系。与墙承重结构体系相比，空间布置的不同在于两根柱子和一根横梁来取代一片承重墙——-承重墙释放出来——建筑结构占据空间减少。框架梁、柱承重，墙体均不承重——填充墙——灵活布置、建筑立面处理较为自由——较适用于需要灵活分隔空间、内部较大空间。特点：墙体不用承重，故可形成开敞的空间；墙体可根据各个楼层的不同需要设置，无需上下对齐。1.结构特征1）特征指竖向承重结构全部由框架组成。水平荷载下，体系强度低、刚度小、水平位移大——柔性结构体系。框架由柱、与柱相连的横梁组成的承重骨架。框架一般用钢筋混凝土作为主要结构材料。当层数较多、跨度、荷载很大时，也可用钢材作为主要承重骨架的钢框架。2）承重布置方式框架结构的主要承重构件为梁、板和柱。承重体系类型：a.横向框架承重方案b.纵向框架承重方案c.纵横向框架承重方案——混合承重。2.适用范围适用于内部需要较多大空间，空间平面对位较为规整，空间使用功能经常变更而可能重新分隔，上下楼层之间空间分隔难以对应的公共建筑，如商场、办公楼、教学楼、图书馆、档案馆、医院、宾馆。主要问题——结构侧向刚度差，承受水平荷载的能力不高。水平荷载——结构底部各层梁、柱的弯矩显著增加——增大截面及配筋量——平面布置和空间使用有影响。当建筑层数大于15层或在地震区建造高层房屋时，不宜选用框架结构。在高烈度地震区不宜采用。(二)剪力墙结构——现浇的钢筋混凝土墙承重体系1.结构特征剪力墙结构是利用建筑物的内、外墙作为承重骨架的一种承重结构体系。它以房屋中传统的墙体代替框架中的梁、柱构件来承受建筑物的竖向和载荷水平荷载。竖向承重结构全部由一系列横向和纵向的钢筋混凝土剪力墙所组成。一般建筑的墙体主要承受压力，而剪力墙除承受竖向压力外，还要承受水平荷载引起的剪力和弯矩。建筑主体结构在现场整体浇注，墙体布置较预制装配式灵活，可选用横墙承重、纵墙承重、纵横墙混合承重等体系。2.适用范围由于钢筋混凝土具有良好的抗弯和抗剪能力，剪力墙结构体系广泛应用于高层建筑，如高层办公楼、旅馆、病房楼、住宅等建筑。剪力墙结构适用于15～50层的高层建筑。框架结构和剪力墙结构比较(三)框架-剪力墙体系1.特征纯框架结构体系在建筑物空间刚度方面较为薄弱，用于高层建筑时需要增加抗水平侧向力的构件。若建筑平面呈条形时，一般可以通过在框架结构中适当布置剪力墙来抵抗水平侧向力，形成框架-剪力墙结构。——框架和剪力墙两种结构组合在一起而形成的结构体系。建筑竖向荷载——框架和剪力墙；水平载荷——主要侧向刚度较大的剪力墙。这种结构既具有框架结构布置灵活、使用方便的特点，又有较大的刚度和抗震能力，因而广泛的应用于高层办公建筑和旅馆建筑，一般使用于15～30层的高层建筑。而12～15层范围内，采用框-剪结构比框架结构更为经济。2.结构布置原则框架—剪力墙结构中，框架结构布置方法与纯框架结构相同，关键是如何合理布置剪力墙的位置，达到既满足建筑使用空间要求，又达到剪力墙能承受大部分水平推力。剪力墙一般布置结构较薄弱的楼电梯间、端部，采用纵横向布置。剪力墙的组合形式3.框支剪力墙结构当剪力墙结构底层需要提供较大空间时，底层部分剪力墙改为框架，形成框支剪力墙结构。由于结构上部刚度与底层刚度相差悬殊，刚度突变、对地震区建筑是不利的。框支剪力墙结构(四)筒体体系——框架-筒体、筒中筒、束筒（群筒）结构随着科技进步和经济发展，建筑物高度在不断的增加，传统的框架体系、框架-剪力墙体系已不能很好的满足高层建筑在水平载荷作用下强度和刚度的要求。剪力墙体系则因平面受墙体所限，不能满足建筑上需较大开间和空间的要求。筒体结构是由框架和剪力结构发展而成。由若干片纵横交接的框架和剪力墙所围成的筒状封闭骨架。每一层的楼面又加强了各片框架和剪力墙之间的相互连接，形成一个空间框架，使整个骨架具有比单片框架或剪力墙好得多的空间刚度。2.筒体类型筒体可分为实腹式筒体和空腹式筒体。1）实腹筒：由剪力墙围合成的筒体称为实腹式筒体，或墙式筒体。2）空腹筒：由密集立柱围合成的筒体则称为空腹式筒体，或框架式筒体(简称框筒)。3.结构体系筒体结构根据筒体布置、数量、组成等分为单筒、筒中筒、成束筒几种体系。1）单筒若建筑平面为点式时，则可以通过周边加密柱距使成为框筒；或将垂直交通枢纽如楼、电梯间等组合布置为刚性的核芯筒——墙式筒体，在其周围用梁柱形成外围护结构，通过加密柱距和核芯筒来抵抗水平侧向力，形成单筒结构。筒体平面形式与结构类型(a)外筒内框(b)内筒外框(c)圆形筒中筒(d)内筒外剪力墙(e)多边形筒中筒2）筒中筒当单筒结构不能满足抵抗水平力的要求时，可以利用内筒和外筒共同抵抗水平力，这种由内外筒组成的结构称为筒中筒结构，同时各层的楼板把内外筒连接成一个抵抗水平力的整体。3）成束筒筒体结构的最新发展是成束筒结构。它由几个连在一起的筒体组成。束筒体系的筒体排列方式很好，其空间刚度很大，可用于100层以上的超高层建筑中。4.适用范围单筒结构多用于高层建筑，筒中筒、束筒（群筒）多用于超高层建筑。如美国芝加哥西尔斯大厦。美国芝加哥西尔斯大厦(b)1-51层平面(c)52-66层平面(d)67-90层平面(e)91-110层平面束筒水平方向蔓延垂直方向蔓延未设防火分区洞口分隔不完善吊顶空间蔓延建筑构件蔓延装修材料蔓延通过竖井蔓延通过楼梯间蔓延通过电梯井蔓延通过扶梯蔓延通过中庭蔓延高层火灾的防与疏防：划分防火分区一类高层建筑防火分区面积≤1000m²（防烟分区500m²）二类高层建筑防火分区面积≤1500m²高层建筑地下室防火分区面积≤500m²规定：当设有自动喷水灭火系统的防火分区，其最大允许建筑面积可增加一倍。合理布置安全疏散路线安全性逐渐增高：走廊——前室——楼梯间一般靠近电梯间布置楼梯较为有利靠近外墙设置楼梯在标准层端部设置楼梯高层建筑的两个安全出口的间距≥5m。组织室外疏散楼梯安全疏散距离房间内最远点到房门的距离从房门到安全出口疏散距离普通楼梯间：楼梯与走廊或大厅都敞开在建筑物内。封闭楼梯间：有一定耐火能力的墙体和门将楼梯与走廊分隔开。防烟楼梯间：在楼梯间入口之前，设置能阻止火灾时烟气进入的前室位于中国台北，混合结构，高508米，超过美国芝加哥的西尔斯大楼，马来西亚双塔等大楼，成为新的全球第一高楼。该楼有世界最大且最重的“风阻尼器”，还有两台世界最高速的电梯，从一楼到89楼，只要39秒的时间。还拿下了“世界高楼”四项指标中的三项世界之最，即“最高建筑物”(508米)、“最高使用楼层”(438米)和“最高屋顶高度”(448米)。“世界最高天线高度”仍为芝加哥西尔斯大厦。国家石油双子星座大厦位于马来西亚吉隆坡，混合结构，451.9米，88层。这两座高楼于1998年完工位于纽约，钢结构，目前它是美国第二高的建筑，帝国大厦原本共381米，20世纪50年代安装的天线使它的高度上升至443.5米。帝国大厦西尔斯大厦位于芝加哥，钢结构，1974年建成,高443米，是目前美国最高建筑物，由SOM建筑设计事务所设计，大厦的造型有如9个高低不一的方形空心筒子集束在一起。西尔斯大厦（SearsTower）F.卡恩是位于美国芝加哥的一栋办公楼，1974年建成,高443米。总建筑面积418000平方米，地上110层，地下3层。底部平面68.7×68.7米,由9个22.9米见方的正方形组成。在这些正方形的范围内都不另设支柱，租用者可按需要分隔。整个大厦平面随层数增加而分段收缩。在51层以上切去两个对角正方形，67层以上切去另外两个对角正方形，91层以上又切去三个正方形，只剩下两个正方形到顶。西尔斯大厦用钢材76000吨,每平方米用钢量比采用框架剪力墙结构体系的帝国州大厦降低20％，仅相当于采用5跨框架结构的50％。大厦中安装了102部电梯。一组电