第七章高层建筑与材料

第七章高层建筑与材料高层建筑的定义：超过一定高度和层数的多层建筑。（2005年规定超过10层的住宅建筑和超过24米高的其他民用建筑为高层建筑。）《民用建筑设计通则》（GB50352—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。国外：美国——24.6m或7层以上视为高层建筑；日本——31m或8层及以上视为高层建筑；英国——等于或大于24.3m得建筑视为高层建筑。8.1高层建筑的发展8.1.1高层建筑发展概况1、古代建筑高度记录的保持者，主要是服务于王权的高大建筑——埃及；我国古代高层建筑（这个时期建筑主要为塔）：河南嵩岳寺塔，高达40米；陕西西安大雁塔，高60米。开元寺塔从底到塔刹尖部高度有85.6m,是中国现存最高佛塔；山西应县佛宫寺木塔则是世界上现存的最高大的古代木结构建筑。应县木塔高67.31m,建成于公元1056年。这座仅使用砖石、木料、黄土等简单材料的高塔已经经受了近千年塞北风雪的袭击、七次强烈地震和二百多发炮弹的轰击,至今依然安然无恙,成为中华民族的骄傲。外国古代高层建筑：《圣经》提到的通天塔——巴比伦塔；金字塔是世界古代高层建筑建造技术的杰出成就；意大利最为著名的是比萨斜塔。2、中世纪是寄托着人们信仰的宗教塔楼——欧洲；3、现代是以经济利益为主导的实用型高层建筑。8.1.2近代高层建筑的兴起1、承重墙结构对层高的限制进入19世纪，人口向城市集中，炼钢技术的成熟、水泥、混凝土材料的出现，为建筑结构形式向大型化发展提供了物质基础。最初建造高层建筑的结构形式仍然采用砌筑承重墙结构。1891年在芝加哥建造了一座高16层的摩那顿克大厦，下部承重墙的厚度达到了1.8m。2、框架结构体系和金属材料的应用轻型的框架结构系统:由梁和柱构成刚性的框架,楼板和墙体的自重首先传递到梁上，然后通过柱直接传递到基础，墙体只起围护作用而不承重，而承重的梁和柱采用具有很高强度的钢材或钢筋混凝土。1851年在英国的曼彻斯特，第一次用铸铁材料建造七层框架结构的轧棉工厂建筑物,并且首次采用I型断面的梁和柱，为以后的框架结构建筑物奠定了结构形式的基础。3、构件标准化的设计思想1851年，在英国万国博览会的水晶宫，在结构形式、材料、生产方式和施工方法等方面实现了完美的统一，确立了框架体系和钢材在高层建筑中的基础地位。同时，构件标准化(模数化)的设计思想为后来建筑材料及构件的量化生产奠定了基础。4、纵向交通手段的建立随着楼层的增高，人们开始研究开发建筑物内部的纵向交通系统；1851年在纽约建造的5号街饭店建筑中，最早出现了电梯；垂直方向的交通方式开发为人们利用高层建筑提供了方便的手段。5、用剪力墙增加横向刚度随着层数增多，在风力、地震等水平荷载的作用下，建筑物的横向变形和位移增大，为了控制变形，必须增加水平方向的刚度。1891年，Rurnham和Root两位建筑师在芝加哥建造了20层高度的MasonicTemple，并在此建筑物中第一次设计使用了钢结构的剪力墙，使高层建筑的建造技术又向前迈出了一步。6、混凝土材料在高层建筑中的应用1890年代开始，混凝土作为一般的建筑材料得到承认；1903年由佩雷设计的巴黎的富兰克林公寓大楼采用了钢筋混凝土材料。同时，在美国的辛辛那提建造了16层的Ingallbuilding，是世界上第一个以钢筋混凝土作为框架结构材料的高层建筑。目前，高层建筑所用的结构材料已经是钢材和钢筋混凝土平分秋色。8.1.3实现高层建筑的社会条件与技术条件1、社会需求2、国家相关法规3、技术条件（1）结构设计的计算手段和绘图手段（2）现代施工管理方法的开发（3）现代化的建筑设备（4）现代化的施工机械（5）材料的工业化生产及新型建筑材料的开发8.1.4现代高层建筑的发展1、世界各国把挑战新的高度作为科技水平和经济实力的象征。20世纪初，高层建筑最先在美国迅速发展1905年，在纽约建成了50层的都市大厦1931年在纽约建造了102层、高度381m的帝国大厦1972年在纽约建成了世界贸易中心，110层，417m1974年落成的高度443m的西尔斯大厦1996年在马来西亚的吉隆坡落成的佩重纳斯大厦高度达到452m2、我国高层建筑的发展1929年建造的上海华懋公寓这幢大楼高14层，是上海最早超过10层的高层建筑；曾经号称远东第一高楼的上海国际饭店，建于1934年，地上22层，高82米，从1934年到70年代末，国际饭店一直是上海的最高建筑。1974年建成北京饭店东楼（19层，87.15m)；1976年广州建成白云宾馆（33层，114.05m)；1985年深圳建成国际贸易中心大厦（50层，158.65m）；1987年开工建设的国际大厦（63层，200m）1990年建成京广中心大厦（57层，208m）1996年，深圳地王大厦，383.95米；1997年，广州中信广场，高391米，80层；1998年建成上海金茂大厦，88层，420m。2003年，楼高88层共420米高的香港国际金融中心第2期落成启用。3、目前世界前十名高层建筑第一名，阿联酋的迪拜塔，高度828米，162层，2010年建成。第二名，中国台北101大楼。2004年建成，共101层，楼高509米。第三名，上海环球金融中心，492米，101层，2008年建成。第四名，马来西亚吉隆坡双子塔。高452米，88层，1998年完工，是目前世界上最高的双子楼。第五名，南京的紫峰大厦，高450米，88层，2009年建成。第六名，深圳的京基金融中心，高446米，89层，2009年建成。第七名，美国芝加哥西尔斯大厦。高442米，共108层，其高度超过原纽约世贸中心，是美国最高的建筑物。西尔斯大厦曾稳坐世界最高建筑物宝座20余年，直到1998年马来西亚吉隆坡的双子塔落成。第八名，中国上海金茂大厦。高421米，共88层，于1998年落成，曾经是中国大陆最高的建筑。第九名，中国香港国际金融中心（二期）。高415米，88层，2003年建成。第十名，中国广州中信广场大楼。高391米，80层。1997年建成后曾是中国大陆最高的建筑，但1998年上海金茂大厦的建成让它失去了称号。8.2高层建筑与材料、施工方法8.2.1促进建筑材料的制品化1、高层建筑施工见同不便，施工操作难度大、危险性高。2、预制化减少高空的施工操作；3、预制构件包括：混凝土预制楼板、梁、柱，钢材、铝合金、塑料等门窗构件，预制房屋建筑单元（厨房、浴室等）；4、吊装到现场组装方式：钢结构骨架部分单独组装，楼板、外围幕墙等中小型构件现场安装到骨架上；大型板材与钢骨架的一体化组装。8.2.2半模板式楼板的开发8.2.3外墙结构形式和材料的开发1、幕墙：是高层建筑主要采用的墙体结构和材料。象帷幕一样安装在结构框架上，不承受荷重，只起围护作用的建筑物的外墙。2、用于幕墙构件的材料有铝合金幕墙、玻璃幕墙、混凝土幕墙。8.2.4用于高层建筑的结构材料1、钢结构构件的截面尺寸小，自重轻，建筑物的有效空间大，抗震性能好；工厂化生产程度高，施工简便快速；在外观上也具有优势；弱点：耐火性差，导热系数大，在高温下容易软化、变形、强度降低，难以承担荷载。2、钢筋混凝土结构最早的钢筋混凝土超高层建筑是1976年芝加哥的水塔广场大厦；与钢结构相比：钢筋混凝土建筑物的建造成本较低，稳定性和耐火性好。弱点：截面尺寸大，施工所用材料量大，施工速度慢，自重较大。3、钢-钢筋混凝土组合结构（1）在钢筋混凝土梁或柱的中心部位放置型钢；（2）钢管混凝土柱。8.3高层建筑与城市环境1、增加城市的现代化色彩，提高效率2、促进科学技术的发展3、自然采光和换气效果差4、横向振幅较大，居住性差5、对周围街区风向、风力的影响6、城市防灾的重要性7、通讯电波的障碍