高層建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展以及案例分析

1、高層建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展以及案例分析摘要:高層建筑的高度在一定程度上反映了一個國家的綜合國力和科技水平。如今世界各國已建或者在建的高層建筑越來越高，數(shù)量也隨之越來越多。為更好地認(rèn)識高層建筑的發(fā)展， 尤其是針對高層建筑結(jié)構(gòu)方面的認(rèn)識，本文做一個相對清晰的分析。關(guān)鍵詞：高層建筑結(jié)構(gòu) 框架筒體剪力墻正文：一、高層建筑的定義及分類標(biāo)準(zhǔn)1、層數(shù)或高度超過規(guī)定值的房屋建筑稱為高層建筑。不同的國家的定義標(biāo)準(zhǔn)也存在些許差異，例如以下幾個國家： 美國規(guī)定2225m或7層以上；法國規(guī)定50m以上的居住建筑、28m以上的其他建筑；英國規(guī)定24.3m以上的建筑； 日本規(guī)定8層以上或超過31m的建筑，并把30層以上的旅館、辦

2、公樓和20層以上的住宅規(guī)定為超高層建筑。2、對可以稱之為高層建筑的建筑物又有進一步的分類。世界高層建筑委員會 1972年建議將高層建筑劃分為以下四類：第I類：高度不超過50m （916層）；第H類：高度不超過75m （1725層”第出類：高度不超過100m （2640層）；第1¥類：高度超過100m （40層以上）。3、在中國住宅設(shè)計規(guī)范（GB500961999）中，規(guī)定住宅按層數(shù)分為：一層至三層為低層住宅；四層至六層為多層住宅；七層至九層為中高層住宅；十層以上為高層住宅； 100m以上稱為超高層建筑。、高層建筑的主要結(jié)構(gòu)類型簡介及案例分析1、框架結(jié)構(gòu)體系高層建筑中的框架結(jié)構(gòu)體系由縱

3、、橫向剛接框架組成，框架既承受豎向荷載，又承受兩個方向的水平荷載?？蚣芙Y(jié)構(gòu)具有布置靈活的優(yōu)點，容易滿足各種不同的建筑功能和造型要求。但是側(cè)向剛度相對較小，其高度受到限制。為了提高框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，將柱子做成小筒體 （即成箱型截面）或格構(gòu)柱，在筒體與筒體之間每隔若干層設(shè)置矩形梁或桁架，形成主框架結(jié)構(gòu)；其余樓層設(shè)置次框架， 次框架40000平方英尺（3716.1 itf）面積收縮到頂可以落在巨型梁上或懸掛在巨型梁上， 次框架上的 豎向荷載和水平荷載全部傳遞給主框架， 這種框架稱為巨型框架。例如美國芝加哥漢考克大廈就是巨 型桁架結(jié)構(gòu)。漢考克大廈的商業(yè)用房占據(jù)了底層空間，向上逐漸為停車庫，辦公空間及

4、住宅區(qū)。 它就像個小的 豎向城中城。如果當(dāng)初分開建一棟45層的公寓樓和一棟70層的辦公樓，那么樓座就會占用基地的大部分，影響私密性和采光；先合蓋為100層的大廈，節(jié)約的基地被用作露天場地。 漢考克大廈設(shè)計了直抵基巖的巨大沉箱基礎(chǔ)。楔形塔身由基底處的部的18000平方英尺(1672.24 itf)面積。這種造型不僅有利于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性還有利于有效使用空間。外檐柱與桁梁構(gòu)成一個鋼桶，并由在外立面上清晰同見的斜撐以及與這些斜撐和角柱和連結(jié)的結(jié)構(gòu)樓板所加強。其結(jié)果是結(jié)構(gòu)體系非常簡潔并目十分有效。此項創(chuàng)造性的結(jié)構(gòu)體系而且還十分經(jīng)濟，只需使用傳統(tǒng)內(nèi)柱系統(tǒng)用鋼量的一半。2、剪力墻結(jié)構(gòu)體系剪力墻結(jié)構(gòu)體系由縱、 橫

5、剪力墻和樓蓋構(gòu)成， 剪力墻既承受兩個方向的水平荷載，又承 受全部的豎向荷載。剪力墻結(jié)構(gòu)體系的側(cè)向剛度較大，因 而可以建造的高度比框架結(jié)構(gòu)體系大。同時，剪力墻結(jié)構(gòu) 體系的平面布置受到很大限制，適用于隔墻位置固定，平 面布置比較規(guī)則的住宅、旅館等建筑。例如廣州白云賓館， 它是我國首棟百米高層建筑。1972年，為擴大對外貿(mào)易，適應(yīng)交易會的需要，中央 決定在廣州興建白云賓館。1976年年初，投資2000萬的白云賓館基本完工。樓高120米，共34層(包括地下室一層)，擁有客房718間，為當(dāng)時中國的第一高樓。1976年6月1日，白云賓館正式開業(yè)。廣州白云賓館的樓群掩映在郁蔥的綠意”中，2000平方米的前庭

6、花園，綠樹蔥蘢，芳草如茵，在車水馬龍的環(huán) 市東路上，儼然是 城中綠島3、框架一剪力墻結(jié)構(gòu)體系框架一剪力墻結(jié)構(gòu)體系由框架和剪力墻組成，它克服了框架結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度小和剪力墻結(jié)構(gòu)開間小的缺點，發(fā)揮了兩者的優(yōu)勢： 既可以使建筑平面靈活布置，又能夠?qū)訑?shù)不是很多的高層建筑提供足夠的側(cè)向剛度。由于樓蓋在自身平面內(nèi)的巨大剛度，水平荷載由框架和剪力墻共同承擔(dān)，一般情況下， 剪力墻承擔(dān)大部分剪力。符合范圍內(nèi)的豎向荷載則由框架和剪力墻各自承擔(dān)。4、框架一支撐結(jié)構(gòu)體系框架一支撐結(jié)構(gòu)體系是在部分框架柱之間設(shè)置豎向支撐，框架柱和支撐構(gòu)成豎向桁架， 形成框架+豎向桁架的平面復(fù)合結(jié)構(gòu)體系。豎向桁架的側(cè)向剛度比框架大得多，可以

7、承擔(dān)大 部分水平荷載，大大提高了結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度。由于鋼框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度比混凝土框架結(jié)構(gòu)小，并且鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點連接較易實現(xiàn)，框架一支撐結(jié)構(gòu)體系一般用于鋼結(jié)構(gòu)。5、筒體結(jié)構(gòu)體系A(chǔ)、框架一筒體結(jié)構(gòu)體系 為了減小樓面結(jié)構(gòu)的跨度,由框筒結(jié)構(gòu)承擔(dān)。中間往往設(shè)置一些柱子，以承受豎向荷載，而水平荷載全部日筒中筒結(jié)構(gòu)體系筒中筒結(jié)構(gòu)體系由建筑物四周的框筒和內(nèi)部的核心筒組 成。筒中筒結(jié)構(gòu)體系的側(cè)向剛度非常大，是目前超高層建筑 的主要結(jié)構(gòu)形式。例如廣州國際金融中心亦稱廣州西塔就是 斜交網(wǎng)格外筒與剪力墻內(nèi)筒結(jié)構(gòu)。廣州國際金融中心為103層，高437.51米，2010年10月15日投入試運營。44.8萬平方米，是集辦公、

8、酒店、休閑娛樂為一體的綜合性商務(wù)中心， 通透水晶結(jié)構(gòu)采用鋼管混凝土巨型斜交網(wǎng)格外筒與鋼筋混凝土剪力墻內(nèi)筒的結(jié)構(gòu)體系，在世界超高層建筑中是唯一的一例。30根鋼筋混凝土圓筒環(huán)繞在塔身四周，每根圓筒直徑達(dá)1.8米。該結(jié)構(gòu)具有足夠的抗側(cè)剛度和優(yōu)異的抗震性能，能有效抵御強風(fēng)、地震的侵襲。外墻采用全隱框玻璃幕墻系統(tǒng)。主體建筑每隔15層會設(shè)置一個避難所以防火災(zāi)，設(shè)有 3個消防樓梯。該層的外墻和天花板均涂有可耐燒 3個小時的防火涂料；樓頂貯存有600立方米 消防水，可采用重力水流滅火。C成束筒結(jié)構(gòu)體系當(dāng)筒的高寬比過小（小于3）,將發(fā)生嚴(yán)重的剪力滯后 現(xiàn)象，影響框筒空間作用的發(fā)揮。解決的方案之一是將單 個筒劃分

9、為若干個并列的筒，減小通的寬度，即形成成束 筒。例如美國西爾斯大廈。希爾斯大廈為九個 22.9米見方豎筒組成，外形逐漸上 收，51到66層截去對角兩個筒，67到90層截去另兩個 對角筒，91到110層截去三個邊筒，剩兩個。不僅突破了 建筑頂部的平頭規(guī)則，而且減少了風(fēng)力影響。造成帝國大 廈頂搖擺10厘米的巨風(fēng)，只使西爾斯大廈搖擺 23厘米！ 只需55秒鐘，從地面一層直達(dá)第103層，從那里的觀光大廳鳥瞰整個芝加哥市，天氣晴朗的時候，可看到美國四 個州。D、核心筒結(jié)構(gòu)體系核心筒結(jié)構(gòu)體系四周的柱子不落地，四周結(jié)構(gòu)的水平 和豎向荷載通過由核心筒外伸的大梁（或桁架）全部傳遞 給核心筒，也稱為筒體外伸結(jié)構(gòu)體

10、系，這種結(jié)構(gòu)占地面積 小，可在四周留出空間滿足綠化、交通、保護古跡等城市 規(guī)劃要求；若四周的柱子僅承擔(dān)若干層樓面荷載，截面尺 寸較小，可開較大的窗戶，立面布置靈活。上海金茂大廈就是框架一核心筒結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土核 心筒與鋼結(jié)構(gòu)外框架結(jié)合的組合結(jié)構(gòu)體系。在24-26層、5557層、8587層有三道外伸桁架將核心筒與八根巨 型柱連接成一個整體?；娱_挖深度約 20米，主樓基礎(chǔ)承 臺為4米厚。13500立方米的C50高標(biāo)號大體積混凝土， 主樓泵送混凝土高度達(dá)到382.5米。結(jié)束語：世界各城市的生產(chǎn)和消費的發(fā)展達(dá)到一定程度后，都會積極致力于提高城市建筑的層數(shù)。實踐證明，高層建筑可以帶來明顯的社會經(jīng)濟效益

11、：首先，使人口集中，可利用建筑內(nèi)部的豎向和橫向交通縮短部門之間的聯(lián)系距離，從而提高效率；其次能使大面積建筑的用地大幅度縮小，有可能在城市中心地段選址；第三，可以減少市政建設(shè)投資和縮短建筑工期。當(dāng)高層建筑的層數(shù)和高度增加到一定程度時，它的功能適用性、技術(shù)合理性和經(jīng)濟可行性都將發(fā)生質(zhì)的變化。 與多層建筑相比，在設(shè)計上、技術(shù)上都有許多新的問題需要加以考慮 和解決。作為一名土木工程專業(yè)的學(xué)生更要知道高層建筑在結(jié)構(gòu)方面的問題。主要有：考慮高層建筑遇到巨大風(fēng)力和地震力時所產(chǎn)生的水平側(cè)向力。嚴(yán)格控制高層建筑體型的高寬比例，以保證其穩(wěn)定性。使建筑平面、體型、立面的質(zhì)量和剛度盡量保持對稱和勻稱，使整體結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)。妥善處理因風(fēng)力、地震、 溫度變化和基礎(chǔ)沉降帶來的變形節(jié)點構(gòu)造。 考慮在重量大、基礎(chǔ)深的地質(zhì)條件下如何保證安全可靠的設(shè)計技術(shù)和施工條件問題。中國的高層建筑歷史源遠(yuǎn)流長。古