高层建筑结构综述

第二章高层建筑结构综述2-1国内外高层建筑的发展概况2-2高层的特点3-3高层建筑结构的类型3-4高层建筑结构的结构体系高层建筑是近代经济发展和科学技术进步的产物，至今已有100余年的历史。多年来，世界上最高的高层建筑集中在美国、加拿大，直到80年代末，北美洲一直是世界高层建筑的中心。按1991年公布的排行表，在世界上最高的100座最高建筑中，美国占了78座，加拿大5座，墨西哥1座，即北美洲占了84%，成了当前世界最高建筑的中心。表12-1国内外高层建筑的发展概况•1.我国高层建筑的发展(1)我国古代高层建筑的发展(2)我国近代高层建筑的发展•2.国外现代高层建筑的发展2-1国内外高层建筑的发展概况1.我国高层建筑的发展•(1)我国古代高层建筑的发展•公元524年在河南建造了嵩岳寺塔(15层简筒结构，高50m)•公元704年在西安建造了大雁塔(7层砖木结构，总高64m)•公元1055年在河北定县建造了料敌塔(11层筒体结构，高82m)•公元1056年山西建造了应县木塔(9层，高67m)，堪称世界木结构的奇迹(2)我国近代高层建筑的发展第一阶段从新中国成立到60年代末初步发展，20层以下的框架结构1959年建成的北京民族饭店(12层，高47.4m)1964年建成了北京民航大楼，(15层，高60.8m)1966年建成了广州人民大厦(18层，高63m)第二阶段为70年代20—30层，主要用于住宅、旅馆、办公楼1974年建成的北京饭店新楼(20层，高87.4m，是当时北京最高的建筑)1976年建成的广州白云宾馆(33层、高114.05m)上海漕溪路20幢1216层剪力墙住宅楼；北京前三门40幢916层大模板施工的剪力墙住宅楼)北京饭店新楼广州白云宾馆：36004000800080006600030003600030006600080008000400036007000078507850230033层，112.45米，剪力墙结构，1976年建成，国内首栋百米高层。第三阶段为80年代•仅19801983年所建的高层建筑就相当于1949年以来30多年中所建高层建筑的总和。深圳发展中心大厦，(43层，高165.3m，加上天线的高度共185.3m)，是我国第一座大型高层钢结构建筑。第三阶段为80年代•广州国际大厦，(63层，高200m)第三阶段为80年代•北京京广中心大厦，(57层，高208m)第三阶段为80年代•上海新锦江宾馆是一座现代化的高级宾馆，(总建筑面积66060m2，共43层，总高153.52m)•静安希尔顿饭店，(建筑面积69224m2，包括塔楼43层，总高143.62m)第三阶段为80年代第四阶段从90年代开始•（1）高层建筑兴建速度加快•1990—1994年间，每年建成10层以上建筑在1000万平方米以上，占全国已建成的高层建筑的40%•（2）超高层建筑的发展•高层建筑的发展及层数和高度增长更快，建成了多座200米以上的高层建筑•高层100b.doc上海明天广场：60层，238m，最高的框架—剪力墙结构，98年建成。•上海金茂大厦，(钢结构，88层，高420m，是我国目前最高的建筑)第四阶段从90年代开始金茂大厦内部结构2.国外现代高层建筑的发展•第一阶段是19世纪中期以前，由于主要建筑材料是砖石和木材，以及设计手段和施工技术的限制，欧美国家一般只能建造6层及以下的建筑。第二阶段是19世纪中期开始的20世纪50年代初•1855年发明了电梯系统，使人们建造更高的建筑成为可能•家庭保险公司大楼(HomeInsuranceBuilding)，11层，高55m，建于18841886年，采用铸铁框架承重结构，标志着一种区别于传统砌筑结构的新结构体系的诞生从1884年到19世纪，高层建筑已经发展到了采用钢结构，建筑物的高度越过了100m大关。1898年建成的纽约ParkRow大厦（30层，118m）是19世纪世界上最高的建筑。•世界上最早的钢筋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。•1931年美国纽约曼哈顿建造了102层、高381m的著名的帝国大厦(EmpireStateBuilding)，它保持世界最高建筑达41年之久•这一时期,虽然高层建筑有了比较大的发展,但受到设计理论和建筑材料的限制,结构材料用量较多、自重较大，且仅限于框架结构，建于非抗震区第三阶段从20世界50年代开始•由于在轻质高强材料、抗风抗震结构体系、施工技术及施工机械等方面都取得了很大进步以及计算机在设计中的应用，使得高层建筑飞速发展•美国是世界上高层建筑最多的国家•1972年在纽约建造了世界贸易中心大楼(WorldTradeCenterTowers)，110层，高402m，钢结构•1974年美国在芝加哥又建成了当时世界最高的西尔斯大厦(SearsTower)，110层，高443m，钢结构。•进入90年代，亚洲成为经济发展最快的地区，西太平洋沿岸的日本、朝鲜、韩国、中国大陆、台湾、新加坡和马来西亚等国家和地区，陆续建成了超过200m、300m的高层建筑。1990年至今，世界上新建的最高建筑，几乎全部集中在这一地区。•高层9.doc•一般高度的高层建筑（80—150米）更是大量兴建•朝鲜平壤市的柳京饭店，地面以上101层，高305．4m，钢筋混凝土结构•位于马来西亚吉隆坡的双塔高层建筑，85层，高450m，钢筋混凝土结构•预期21世纪，亚洲将成为新的高层建筑中心马来西亚双塔楼：88层，450米，框—筒结构，1996年建成。台北101101层，508米。预计2004年9月完工(1)世界高层建筑委员会1972年建议，将高层建筑划分为以下四类：第一类：916层，高度不超过50m;第二类：1725层，高度不超过75m;第三类：2640层，高度不超过100m;第四类：40层以上，高度100m以上。2-2高层建筑的特点1、高层建筑的分类：•我国《民用建筑设计通则》(JGJ37-87)中规定：•10层及10层以上的民用建筑和总高度超过24m的公共建筑及综合性建筑为高层建筑。•建筑高度超过100m的建筑均为超高层建筑。(2)我国对高层建筑的分类：2高层建筑的特点A.高层建筑中，水平荷载和地震作用对结构设计起着决定性的作用。B.动力反应不可低估；C.结构轴向变形、剪切变形以及温度、沉降的影响加剧；D.材料用量、工程造价呈抛物线关系增长。•荷载效应的最大值(轴力N、弯矩M和位移)可用下列式子表达：•N=WH=f(H)•M=qH2/2=f(H2)•=qH4/8EI=f(H4)高层建筑中，水平荷载和地震作用对结构设计起着决定性的作用。•内力或位移•=f(H4)•M=f(H2)•N=f(H)•H•结构内力、位移与高度H的关系2-3高层建筑的结构类型1钢结构2钢筋混凝土结构3组合结构1钢结构优点：强度高、韧性大、抗震性能好、易于加工，能缩短现场施工工期，施工方便。缺点：用钢量大，造价很高，而且耐火性能差深圳地王大厦，(81层，383.95m)北京的京广中心(56层，208m)、一.世界贸易中心简介（1）1.世界贸易中心的建筑形式1.撞机12.撞机21.倒塌瞬间1二、世界贸易中心倒塌过程（7）•优点：造价较低，材料来源丰富，可浇注成各种复杂断面形状，可以组成多种结构体系；可节省钢材，承载能力较高，经过合理设计，可获得较好的抗震性能。•缺点：构件断面大，占据面间大，自重大•广州广东国际大厦(63层，200.18m)•底层柱尺寸已达1.8*2.2m2钢筋混凝土结构（1）优点：在钢筋混凝土结构基础上，充分发挥钢结构优良的抗拉性能以及混凝土结构的抗压性能进一步减轻结构重量，提高结构延性（2）类型1)用钢材加强钢筋混凝土构件钢骨钢筋混凝土构件钢管钢筋混凝土构件2)部分抗侧力结构用钢结构，另一部分采用钢筋混凝土结构（或部分采用钢骨钢筋混凝土结构）3组合结构钢骨钢筋混凝土构件组合结构钢管屈曲破坏钢管钢筋混凝土构件钢管混凝土结构工程实例（1）美国西雅图双联广场大厦58层四根大钢管混凝土柱混凝土抗压强度133Mpa直径3.05m管壁厚30mm承受60%竖向荷载•2)部分抗侧力结构用钢结构，另一部分采用钢筋混凝土结构（或部分采用钢骨钢筋混凝土结构）•上海静安希尔顿饭店（钢筋混凝土筒体，钢框架）•香港中国银行(钢骨钢筋混凝土角柱，横梁及斜撑为钢结构)1结构体系结构抵抗外部作用的构件组成方式2类型•框架结构体系•剪力墙结构体系•框架—剪力墙结构体系•筒中筒结构体系•多筒体系2-4高层建筑结构的结构体系1结构体系结构抵抗外部作用的构件组成方式2类型•框架结构体系•剪力墙结构体系•框架—剪力墙结构体系•筒中筒结构体系•多筒体系框架结构体系1结构体系结构抵抗外部作用的构件组成方式2类型•框架结构体系•剪力墙结构体系•框架—剪力墙结构体系•筒中筒结构体系•多筒体系2-4高层建筑结构的结构体系1结构体系结构抵抗外部作用的构件组成方式2类型•框架结构体系•剪力墙结构体系•框架—剪力墙结构体系•筒中筒结构体系•多筒体系2-4高层建筑结构的结构体系1结构体系结构抵抗外部作用的构件组成方式2类型•框架结构体系•剪力墙结构体系•框架—剪力墙结构体系•筒中筒结构体系•多筒体系2-4高层建筑结构的结构体系2结构体系结构抵抗外部作用的构件单元组成方式2-4高层建筑结构的结构体系框架剪力墙筒体1高层建筑的基本的抗侧力单元2类型•框架结构体系•剪力墙结构体系•框架—剪力墙结构体系•筒中筒结构体系•多筒体系2-4高层建筑结构的结构体系由梁、柱构件通过结点连接组成的结构称为框架•框架结构体系•纯框架结构框架结构体系框架结构是多层房屋的主要结构形式，也是高层建筑的基本结构单元。剪力墙结构体系框架—剪力墙结构体系筒中筒结构体系深圳发展中心大厦多筒结构体系成束筒多筒结构体系主框架次框架3次框架2次框架1巨形框架结构