高层建筑钢结构-第一章概论

高层建筑钢结构2019年8月11日星期日高层建筑钢结构设计哈尔滨工业大学土木工程学院CollegeofCivilEngineering,HIT主讲教师：张文元高层建筑钢结构2019年8月11日星期日城市化进程加速、人口集中、地价飞涨，节约用地成为关键；缩短道路和管线设施长度，节约城市基础设施总投资；改善城市面貌，体现经济实力和技术水平，成为地标性建筑。1.1高层建筑的发展背景1概论高层建筑钢结构2019年8月11日星期日1）高层建筑的定义联合国教科文组织世界高层委员会1972年将9层及9层以上的建筑定义为高层建筑，并分成4类：第一类9～16层（最高50m俗称小高层）第二类17～25层（最高75m俗称中高层）第三类26～40层（最高100m俗称高层）第四类40层以上（高度100m以上，称超高层）1.2钢结构在高层建筑中的地位高层建筑我国《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95规定：≥10层的居住建筑≥24m且2层以上的民用建筑高层建筑钢结构2019年8月11日星期日我国《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》JGJ3-91规定≥8层为高层。主要考虑目前登高消防车的供水高度仅为24m高层建筑钢结构2019年8月11日星期日2）高层钢结构的地位1990年统计世界最高的90幢高层建筑中钢结构(S)51座56.6％钢-砼混合结构(M)25座27.8％钢筋砼结构(RC)14座15.6％1998年统计世界最高的28幢建筑中钢结构(S)14座50.0％钢-砼混合结构(M)8座28.6％钢筋砼结构(RC)6座21.4％84.4％78.6％高层建筑钢结构2019年8月11日星期日3）高层钢结构的优势自重轻，可减少地震作用，减少运输量，便于地基处理结构所占面积少，可增加使用面积S较M可增加2～3％S较RC可增加4～6％工厂化程度高，施工周期短，早投产、早受益、早回收综合经济指标显示：钢结构最适于高层和超高层建筑高层建筑钢结构2019年8月11日星期日全钢结构体系1.3高层钢结构体系介绍平面框架15～30层平面框架-支撑结构40～60层等效筒体结构50～65层高效筒体结构65～110层(框筒、筒中筒、成束筒)巨型结构65～110层以上(巨型框架、巨型桁架、巨型悬挂、巨型分离式)高层建筑钢结构2019年8月11日星期日混合结构体系钢筋砼内筒＋外围钢框架钢筋砼剪力墙＋钢框架钢管砼结构钢骨砼结构高层建筑钢结构2019年8月11日星期日1）国外的发展1.4高层钢结构在国内外的发展形成期西方工业革命时期，铁钢开始用于建筑1872年法国巴黎Menier巧克力厂采用了钢框架结构高层建筑钢结构2019年8月11日星期日发展期20世纪初，技术进步加速，电梯技术的完善。1931年纽约建成381m(102层)的帝国大厦，钢框架结构，206Kg/m2,雄踞世界第一高40多年。Empirestatebuilding高层建筑钢结构2019年8月11日星期日繁荣期1945年二次大战后，高层在美欧等西方国家快速发展，其中以美国最具代表性芝加哥Sears大厦，109层443米，用钢量161Kg/m2，1974年建成。SearsTower成束筒体系。Sears高层建筑钢结构2019年8月11日星期日2）国内的发展解放前高层钢结构建筑甚少，最高的是1934年在上海建成的上海国际饭店，22层，高82.5米。中国大陆自20世纪80年代中期起步修建高层钢结构，先后在上海、北京、深圳、广州、大连、厦门、沈阳、天津等地建造了数10幢高层钢结构建筑。高层建筑钢结构2019年8月11日星期日•国内目前最高的为上海环球金融中心主楼建筑面积：25.3万m2。总用钢量：65000t。建筑规模：主体建筑物高492米,地上101层，地下3层。结构形式为同时采用三种体系：a、巨型柱、巨型斜撑和带状桁架组成的巨型结构；b、钢筋混凝土的核心筒；c、构成核心筒和巨型柱之间相互作用的伸臂桁架。投资单位：日本森海外株式会社日本森大楼公司主导兴建2008年8月竣工高层建筑钢结构2019年8月11日星期日高层建筑钢结构2019年8月11日星期日伸臂桁架和带状桁架B3~56层核心筒56~78层核心筒77~90层核心筒高层建筑钢结构2019年8月11日星期日国内第二高楼为上海金贸大厦，88层，高421米高层建筑钢结构2019年8月11日星期日国内在建或已建完的其他著名高层钢结构详细信息工程名称高度(层数)总建筑面积主要结构体系总用钢量设计单位施工单位上海环球金融中心492m(B3+101)25.3万m2框筒（巨型框架＋混凝土核心筒）6.5万t海华东建筑设计研究院建升和钢结构公司武汉国际证券大厦338(68)13.2万m2外钢管混凝土框架＋内部框架支撑筒体1.74万t武汉市建筑设计院杭萧钢构上海世贸广场333(B3+60)17万m2框筒(混凝土筒体+钢结构外框架)0.85万t上海现代化建筑设计(集团)有限公司上海建工沪宁钢机中国国际贸易中心3期330m(B3+74)19.2万m2筒中筒（SRC柱＋钢梁组成外框筒；SRC柱＋钢梁＋支撑组成内筒）4.2万t奥雅纳(香港)工程顾问，中冶京城工程技术有限公司(原北京钢铁设计院)北京电视中心236.4(41)18.9万m2地下部分钢骨砼结构、地上部分巨型框架结构体系3.5万t北京市建筑设计研究院、日建设计、国家广播电影电视总局设计院北京建工沪宁钢机中央电视台新台址230(51)55万m2巨型结构体系(悬挑70m)10.08万tARUP北京中关村金融中心150(39)6.93万m2钢框架-支撑体系1.16万t中国建筑设计院北京中铁建设有限公司，沪宁钢机高层建筑钢结构2019年8月11日星期日3）今后的发展趋势单体建筑的发展趋势：构件立体化布置周边化结构支撑化体形圆锥化或变截面棱柱化材料高强化结构巨型化外墙蒙皮化结构智能化巨型结构的发展趋势：分离整体式结构空中城市高层建筑钢结构2019年8月11日星期日1）高钢的优缺点1.5高层钢结构的技术经济分析优点承载能力高，自重轻，结构所占面积和空间小，抗震性能好，工厂化程度高，建设周期短，钢材可回收，对环境污染小。缺点钢材的抗火性能差，用钢量稍大，造价偏高。高层建筑钢结构2019年8月11日星期日2）高钢的技术经济分析关于用钢量高钢的用钢量随技术进步在降低国外1965年以前1966年以后层数Kg/m2Kg/m220~3011010331~421449743层以上163138平均139113高层建筑钢结构2019年8月11日星期日我国：90年代以前建成的11栋钢结构建筑(26~53层)，用钢量为95～160Kg/m2，平均128Kg/m2。同期9栋钢砼(18~62层)，用钢量为68～120Kg/m2，平均91Kg/m2。通过采用轻质围护材料，先进结构体系，用钢量还会进一步下降。高层建筑钢结构2019年8月11日星期日关于造价工程造价工程总造价50~70%动迁费征地费30~50%工程造价结构造价30%装修费设备费70%结构造价60~70%上部结构造价基础造价30~40%8~15%上部结构造价工程总造价上部高层钢结构的造价一般为高层钢筋砼结构造价的1.5～2.0倍，因此钢结构较钢砼结构的差价约为工程总投资的4～8％。高层建筑钢结构2019年8月11日星期日这一差价可由下述4项节约来弥补：减轻结构自重钢砼标准层自重约为1.3～1.8t/m2钢结构标准层自重约为1.0t/m2可同时减少地震作用和基础费用节约建筑物面积建筑物面积/总面积＝故钢结构可较钢砼结构增加使用面积4～6％缩短施工周期钢结构较钢砼结构缩短周期20～50％回收效率高，成本低考虑以上4项带来的附加效益，高层钢结构的综合经济效益高于钢砼结构。自重减少1/3~1/2钢结构≈3％混合结构≈3.5～4％钢砼结构≈7～9％高层建筑钢结构2019年8月11日星期日3）高层钢结构的适用范围公共建筑，商业建筑，多层工业建筑，住宅等。特别适用于40层以上的超高层建筑，烈度为8度及以上地震区的高层建筑和软弱地基上的高层建筑。近年来多层和小高层住宅也已开始采用钢结构，形式喜人。