土木概論之高層與超高層建筑

1、4.3 高層與超高層建筑 聯(lián)合國(guó)1972年國(guó)際高層建筑會(huì)議將高層建筑按高度分為四類(lèi)： 916層(最高為50m)； 1725層(最高到75m)； 2640層(最高到100m)； 40層以上(即超高層建筑)。 我國(guó)規(guī)定超過(guò)100m的為超高層。無(wú)疑，現(xiàn)代超高層建筑從一定意義上是城市現(xiàn)代化標(biāo)志。1.框架結(jié)構(gòu) 概念：由梁、柱構(gòu)件通過(guò)結(jié)點(diǎn)連接組成的豎向承重結(jié)構(gòu)框架體系，同時(shí)承受水平荷載的結(jié)構(gòu) 受力特點(diǎn)：采用梁、柱組成的框架作為房屋的豎向結(jié)構(gòu)，并同時(shí)承受水平荷載。1.框架結(jié)構(gòu) 工程實(shí)踐表明：框架的合理層數(shù)是615層，最經(jīng)濟(jì)的是10層左右。 框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度高，自重輕，整體性和抗震性好，建筑平面布置靈活，

2、可形成大的使用空間；施工簡(jiǎn)便，較經(jīng)濟(jì)； 框架結(jié)構(gòu)的弱點(diǎn)：但抗側(cè)移剛度小，側(cè)移大；對(duì)支座不均勻沉降較敏感等。 根據(jù)分析，框架房屋高度增加時(shí)，側(cè)向力作用急劇地增長(zhǎng)，當(dāng)建筑物達(dá)到一定高度時(shí)，側(cè)向位移將很大，水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)豎向荷載產(chǎn)生的內(nèi)力。 框架結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)布置舉例 2.框架-剪力墻結(jié)構(gòu) 框剪結(jié)構(gòu)就是在框架體系的房屋中設(shè)置一些剪力墻來(lái)代替部分框架?？蚣芎图袅餐惺茇Q向荷載和側(cè)向力，就成為框架剪力墻結(jié)構(gòu)。 在整個(gè)體系中，剪力墻負(fù)擔(dān)絕大部分的水平荷載，而框架則以負(fù)擔(dān)豎向荷載為主，兩者共同受力，合理分工，物盡其用。 這種結(jié)構(gòu)體系屬半剛性結(jié)構(gòu)體系。剪力墻的高度一般與整個(gè)房屋高度相同，自基礎(chǔ)至屋頂

3、。 這種結(jié)構(gòu)適用于25層以下的房屋，最高不宜超過(guò)30層。建筑物的高寬比不宜大于45。 框架剪力墻結(jié)構(gòu)既有框架結(jié)構(gòu)布置靈活、延性好的特點(diǎn)，也有剪力墻結(jié)構(gòu)剛度大、承載力大的特點(diǎn)，是一種比較好的抗側(cè)力體系，廣泛應(yīng)用于高層建筑，其適用高度與剪力墻結(jié)構(gòu)大致相同。2.框架-剪力墻結(jié)構(gòu)概念是用鋼筋混凝土墻板來(lái)代替框架結(jié)構(gòu)中的梁柱，能承擔(dān)各類(lèi)荷載引起的內(nèi)力，并能有效控制結(jié)構(gòu)的水平力，由剪力墻組成的承受豎向和水平作用的結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為剪力墻結(jié)構(gòu)。 此結(jié)構(gòu)是全部由剪力墻承重而不設(shè)框架的結(jié)構(gòu)體系。3、剪力墻結(jié)構(gòu)（shear wall） 剪力墻：房屋或構(gòu)筑物中主要承受風(fēng)荷載或地震作用引起的水平荷載的墻體。剪力墻是由鋼筋混凝

4、土澆成的墻體。防止結(jié)構(gòu)剪切破壞。又稱(chēng)抗風(fēng)墻或抗震墻、結(jié)構(gòu)墻。 受力特點(diǎn)：剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度都比較高，有一定延性，結(jié)構(gòu)傳力直接均勻，整體性好，抗倒塌能力強(qiáng)。剪力墻作為豎向承重和抵抗水平荷載（風(fēng)、地震荷載等）。同時(shí)墻體也作為維護(hù)及房間分隔的構(gòu)件。 主要用于高層建筑中，它的缺點(diǎn)是空間劃分不靈活。 全剪力墻結(jié)構(gòu)體系用于40層以下比較合適。在非地震區(qū)建筑物高度可到150m左右。建筑物高寬比不宜大于。目前我國(guó)1030層的高層住宅和旅館大多采用這種結(jié)構(gòu)體系。3、剪力墻結(jié)構(gòu)剪力墻結(jié)構(gòu)的平面布置舉例 短肢剪力墻結(jié)構(gòu) 當(dāng)剪力墻結(jié)構(gòu)的底部需要有大空間，剪力墻無(wú)法全部落地時(shí)，就需要采用底部框支剪力墻的框支剪力墻結(jié)

5、構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)體系由于以框架代替了若干片剪力墻，所以房屋的抗側(cè)力剛度比全剪體系有所削弱，不過(guò)比框剪體系要好。就墻片本身來(lái)看，框支剪力墻的墻片相當(dāng)于大開(kāi)洞的剪力墻。 底層大空間部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)的典型平面（a）首層平面；（b）標(biāo)準(zhǔn)層平面 4、框支剪力墻結(jié)構(gòu) 美國(guó)工程師Fazlur Khan創(chuàng)造了高效的簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)，包括框筒、筒中筒、桁架筒和束筒結(jié)構(gòu)。后來(lái)出現(xiàn)了多筒和多重筒結(jié)構(gòu)等筒體結(jié)構(gòu)。 概念：利用房間四周墻體形成的封閉筒體（也可利用房屋外圍由間距很密的柱與截面很高的梁組成一個(gè)形式上像框架，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)有許多窗洞的筒體）作為主要抵抗水平荷載的結(jié)構(gòu)。5、筒體結(jié)構(gòu)5、筒體結(jié)構(gòu)框架內(nèi)單筒結(jié)構(gòu)單筒外移式框架單

6、筒結(jié)構(gòu)框架外單筒結(jié)構(gòu)筒中筒組成筒 紐約世界貿(mào)易中心大樓 框筒結(jié)構(gòu)實(shí)例5、筒體結(jié)構(gòu)n 框筒結(jié)構(gòu)：n 指內(nèi)芯由剪力墻構(gòu)成，周邊為框架結(jié)構(gòu)。深圳華聯(lián)大廈5、筒體結(jié)構(gòu)n 筒中筒體系：n 當(dāng)周邊的框架柱布置較密時(shí)，可將周邊框架視為外筒，而將內(nèi)芯的剪力墻視為內(nèi)筒，則構(gòu)成筒中筒體系。廣東國(guó)際大廈5、筒體結(jié)構(gòu)n 用框筒作為外筒，將樓（電）梯間、管道豎井等服務(wù)設(shè)施集中在建筑平面的中心做成內(nèi)筒，就成為筒中筒結(jié)構(gòu)。n 采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，一般外筒采用框筒，內(nèi)筒為剪力墻圍成的井筒；采用鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，外筒用框筒，內(nèi)筒一般也采用鋼框筒或鋼支撐框架。n 圖為1989年建成的北京中國(guó)國(guó)際貿(mào)易大廈的結(jié)構(gòu)平面圖和剖面圖。國(guó)貿(mào)大廈高

7、153m，39層，鋼筒中筒結(jié)構(gòu)，13層為鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)。在內(nèi)筒4個(gè)面兩端的柱列內(nèi)，沿高度設(shè)置中心支撐；在20和38層，內(nèi)、外筒周邊各設(shè)置一道高54m的鋼桁架，以減小剪力滯后，增大整體側(cè)向剛度。 5、筒體結(jié)構(gòu)香港中銀大廈n 桁架筒體結(jié)構(gòu)：n 在筒體結(jié)構(gòu)中，增加斜撐來(lái)抵抗水平荷載，以進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)承受水平荷載的能力，增加體系的剛度。這種結(jié)構(gòu)體系稱(chēng)為桁架筒體系。5、筒體結(jié)構(gòu)n成束簡(jiǎn)結(jié)構(gòu) n兩個(gè)或者兩個(gè)以上框筒排列在一起，即為束筒結(jié)構(gòu)。束筒結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)框筒，可以是方形、矩形或者三角形等；多個(gè)框筒可以組成不同的平面形狀；其中任一個(gè)筒可以根據(jù)需要在任何高度中止。芝加哥西爾斯大廈 5、筒體結(jié)構(gòu)n框架核心筒

8、結(jié)構(gòu)n框架核心筒結(jié)構(gòu)由結(jié)構(gòu)的外框筒為密柱深梁，影響對(duì)外視線(xiàn)，景觀(guān)較差，建筑外形比較單調(diào)。加大外框筒的柱距，減小梁的高度，周邊形成稀柱框架，與內(nèi)筒一起，組成了。框架核心筒結(jié)構(gòu)的周邊框架與核心筒之間形成的可用空間較大，廣泛用于寫(xiě)字樓、多功能建筑。廣州中信大廈（a）轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)平面圖； （b）典型層結(jié)構(gòu)平面； （c）結(jié)構(gòu)剖面圖 5、筒體結(jié)構(gòu)4.4 特種結(jié)構(gòu) 4.4.1 煙囪 4.4.2 水塔 4.4.3 水池 4.4.4 筒倉(cāng) 4.4.5 核電站4.5 未來(lái)展望 展望建筑技術(shù)未來(lái) 中國(guó)建筑學(xué)會(huì)2000年會(huì)學(xué)術(shù)主題報(bào)告主旨先睹 報(bào)告人 吳良鏞：著名建筑教育家、城市和建筑問(wèn)題理論家、建筑師和規(guī)劃師 報(bào)告主題：北京憲章“北京之路”與中國(guó)之路（內(nèi)容