第4講 高層建筑與材料

人居環(huán)境與綠色建材第4講高層建筑與材料主講：阮燕E-mail:yruan@Tel上教室課程目錄人居環(huán)境與綠色建材課程文檔、作業(yè)

“城市是一本打開的書，從中可以看到它的抱負(fù)。”

“讓我看看你的城市，我就能說出這個城市居民在文化上追求的是什么。”

——美國城市規(guī)劃學(xué)家沙里寧（Eero

Saarinen）高層建筑的定義低層：1－2層多層：3－6層高層：7－30層超高層：30層以上或者高度超過100m城市超高層建筑聯(lián)合國1972年國際高層建筑會議將高層建筑按高度分為四類：（1）9～16層（最高為50米）；（2）17～25層（最高到75米）；（3）26～40層（最高到100米）；（4）40層以上（即超高層建筑）。日本建筑大辭典：5～6層至14～15層的建筑定為高層建筑；15層以上超高層建筑。我國《民用建筑設(shè)計(jì)通則》（JG37-87）將住宅建筑層數(shù)劃分為：1～3層為低層；4～6層為多層；7～9層為中高層；凡超過100米均為超高層。高層建筑與材料

1高層建筑的發(fā)展與未來2高層建筑與材料、施工方法3“超超高層建筑”的構(gòu)想4高層建筑與城市環(huán)境古羅馬時期的高層建筑2000多年前的古羅馬10層左右承重墻結(jié)構(gòu)材料：石材、粘土磚等一、高層建筑的發(fā)展與未來1近代高層建筑的興起2實(shí)現(xiàn)高層建筑的社會條件和技術(shù)條件3現(xiàn)代高層建筑的發(fā)展4未來高層建筑的發(fā)展趨勢

1.近代高層建筑的興起1．

承重墻結(jié)構(gòu)對層高的限制2．

框架結(jié)構(gòu)體系和金屬材料的應(yīng)用3．

構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)思想4．

縱向交通手段的建立5．

用剪力墻增加橫向剛度6．

混凝土材料在高層建筑中的應(yīng)用(1)承重墻結(jié)構(gòu)對層高的限制19世紀(jì)以后Monadnock大廈(2)框架結(jié)構(gòu)體系和金屬材料的應(yīng)用框架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：梁和柱1801年英國曼徹斯特，人們第一次用鑄鐵材料建造了七層框架結(jié)構(gòu)的軋棉工廠建筑物，首次用了I型梁和柱。(3)構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)思想1851年水晶宮確立了框架體系和鋼材在高層建筑中的地位構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化（模數(shù)化）的設(shè)計(jì)思想為后來建筑材料及構(gòu)件的量化奠定了基礎(chǔ)。(4)縱向交通手段的建立電梯1851年在紐約建造的5號街飯店建筑中，最早出現(xiàn)了電梯。這是KLCC購物中心內(nèi)鄰著電扶梯的樓層設(shè)計(jì)，也就是中間也采圓形的回轉(zhuǎn)動線。這則是臺北101中同樣鄰著樓梯的設(shè)計(jì)，有點(diǎn)似曾相似吧！(5)用剪力墻增加橫向剛度層高增加，在風(fēng)力、地震等水平荷載作用下，建筑物的橫向變形和位移增大。1891年，芝加哥建造了20層高度的MasonicTemple，第一次設(shè)計(jì)使用了鋼結(jié)構(gòu)的剪力墻。(6)混凝土材料在高層建筑中的應(yīng)用高層建筑的發(fā)展同樣推動了結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展。早期的高層建筑幾乎都采用鑄鐵或鋼材等作為框架結(jié)構(gòu)材料。從1890年開始,混凝土作為一般的建筑材料開始得到人們的承認(rèn)。1903年由佩雷設(shè)計(jì)的巴黎的富蘭克林公寓大樓,開始采用了鋼筋混凝土材料。幾乎在同時,在美國的辛辛那提建造了16層的Ingalbuilding,是世界上第一個以鋼筋混凝土作為框架結(jié)構(gòu)材料的高層建筑。但是,到世紀(jì)中葉為止,混凝土材料在高層建筑中只是零散地被使用,或者使用混凝土也只是模仿鋼框架結(jié)構(gòu),而沒有開發(fā)出非常完善的以鋼筋混凝土材料為結(jié)構(gòu)框架的體系。這種狀況直到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束以后才有改變。目前,高層建筑所用的結(jié)構(gòu)材料已經(jīng)是鋼材和鋼筋混凝土平分秋色,許多著名的高層建筑都采用了鋼筋混凝土材料。采用鋼筋混凝土作為主體結(jié)構(gòu)材料的高層建筑：朝鮮平壤市的柳京飯店(地上101層,高度305.4m);芝加哥的水塔廣場大廈(76層,高度262m);吉隆坡的佩重納斯大廈(高度452m)……馬來西亞佩重納斯大廈

452m

2.實(shí)現(xiàn)高層建筑的社會條件和技術(shù)條件社會需求國家相關(guān)法規(guī)技術(shù)條件技術(shù)條件(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算手段和繪圖手段(2)現(xiàn)代施工管理方法的開發(fā)(3)現(xiàn)代化的建筑設(shè)備(4)現(xiàn)代化的施工機(jī)械(5)材料的工業(yè)化生產(chǎn)及新型建筑材料的開發(fā)3.現(xiàn)代高層建筑的發(fā)展1871年芝加哥的特大火災(zāi)；建成于1885年的芝加哥家庭保險公司，高10層，55米，是世界上第一幢按照現(xiàn)代鋼框架結(jié)構(gòu)原理建造的高層建筑。它的建造說明了高層建筑發(fā)展的可能性。1905年，紐約建成50層的都市大廈；20世紀(jì)30年代開始在美國紐約曼哈頓建成高層建筑群；

1931年紐約102層、高度381m的帝國大廈；采用了鋼框架－剪力墻結(jié)構(gòu)。發(fā)展20世紀(jì)50年代，二戰(zhàn)結(jié)束后進(jìn)入鼎盛。1972年建成紐約世界貿(mào)易中心，110層，417米；1974年芝加哥建成的西爾斯大廈，110層，443m；1996年馬來西亞吉隆坡的佩重納斯大廈建成，452m。主體結(jié)構(gòu)采用了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。我國高層建筑的發(fā)展1929年建造的上海華懋公寓這幢大樓高14層，是上海最早超過10層的高層建筑；曾經(jīng)號稱"遠(yuǎn)東第一高樓"的上海國際飯店，建于1934年，地上22層，高82米，從1934年到70年代末，國際飯店一直是上海的最高建筑。1974年建成北京飯店東樓（19層，87.15m)；1976年廣州建成白云賓館（33層，114.05m)；1985年深圳建成國際貿(mào)易中心大廈（50層，158.65m）；1987年開工建設(shè)的國際大廈（63層，200m）同年北京動工的京廣中心大廈（57層，208m）上海金茂大廈，1998年建成，88層，420m，采用高性能混凝土作為結(jié)構(gòu)材料，采用泵送施工技術(shù)。上海金茂大廈香港國際金融中心2003年，樓高88層共420米高的香港國際金融中心第2期落成啟用。當(dāng)時僅次于美國芝加哥希爾斯及馬來西亞的雙子塔，成為世界最高大廈的第4位。上海環(huán)球金融中心臺北101

金融大樓

508

m中新網(wǎng)2005年10月9日電世界高樓協(xié)會8日頒發(fā)給臺北市新地標(biāo)101大樓“世界第一高樓”的證書，確認(rèn)該大樓在世界四項(xiàng)高樓指針中，拿下三項(xiàng)世界第一。據(jù)中通社報道，世界高樓協(xié)會主席RonKlemencic專程到臺北頒給101大樓“世界第一高樓”的證書，在臺北市長馬英九的見證下，正式認(rèn)證該大樓是世界最高建筑物。

臺北101大樓高508米，比紀(jì)錄保持者馬來西亞吉隆坡的雙子座大廈高56米。有世界最大且最重的“風(fēng)阻尼器”，還有兩臺世界最高速的電梯，以1,010米速度運(yùn)行，從1樓到89樓，只要39秒的時間?！笆澜绺邩恰钡乃捻?xiàng)指針下，101大樓拿下世界最高建筑物、世界最高使用樓層和世界最高屋頂高度三項(xiàng)世界第一。美國芝加哥的席爾斯大樓則仍保持“世界最高天線高度”。世界前十名高層建筑據(jù)該協(xié)會排名，世界十大高樓當(dāng)中，兩岸三地占6棟。第一是臺北101金融大樓第二、三名：馬來西亞吉隆坡的雙子星大樓第四：美國席爾斯大樓，第五：上海金茂大廈，第六：香港國際金融中心，第七：廣州中信廣場，第八：深圳的信興廣場，第九：紐約帝國大廈，第十：香港的中環(huán)廣場。夢幻般的世界第一高樓國際金融中心大廈，中國臺北

世界上最高的雙子樓

國家石油雙子星座大廈（塔樓1，2），馬來西亞吉隆坡

美國最高的建筑物

第4名、西爾斯大廈，芝加哥（SearsTower）中國大陸最高的建筑第5名、上海金茂大廈第6名、香港國際金融中心(第二期)

第7名中信廣場大樓，

中國廣州信興廣場大廈，中國深圳

最具人氣的景點(diǎn)，紐約最高的建筑第9名、帝國大廈，美國紐約曼哈頓第10名、香港中央廣場大樓阿聯(lián)酋開始建造世界第一高樓“迪拜塔”高度約為700米（BurjDubai）

由美國建筑師阿德里安·史密斯設(shè)計(jì)，整個工程將耗資７億美元，預(yù)計(jì)２００８年完工。美國福德姆公司準(zhǔn)備在芝加哥建造一座115層600公尺高的摩天大樓。這幢大樓如果按計(jì)劃在2009年建成，將成為美國乃至世界第一高樓。印度要建全球第一高樓高達(dá)710米共202層

印度德里地方官員公布，他們將在德里郊區(qū)的諾依達(dá)工業(yè)開發(fā)區(qū)建造一座超級摩天大樓。該大樓將高達(dá)710米，主體結(jié)構(gòu)將有202層。這座摩天大樓的造型酷似喜馬拉雅山，預(yù)計(jì)將于2013年建成并投入商業(yè)運(yùn)營。該大樓將包括一個50層的五星級酒店、一個40層的商業(yè)辦公間，另外還有37萬平方米的一個購物中心。

高樓=國力？4.未來高層建筑的發(fā)展趨勢大城市中心地帶超高層建筑增多城市周邊部位10－15層高層住宅較多更加注重與環(huán)境的協(xié)調(diào)和功能的統(tǒng)一由高技派轉(zhuǎn)向自然化、古樸化綜合性立體城市的設(shè)想二、高層建筑與材料、施工方法1建筑材料的制品化2半模板式樓板的開發(fā)3外墻結(jié)構(gòu)形式和材料的開發(fā)4高層建筑的專用結(jié)構(gòu)材料1.建筑材料的制品化高層建筑施工異常不便，施工操作難度大、危險性高：預(yù)制化減少高空的施工操作：預(yù)制構(gòu)件：混凝土預(yù)制樓板、梁、柱，鋼材、鋁合金、塑料等門窗構(gòu)件；預(yù)制房屋建筑單元（廚房、浴室等）；吊裝到現(xiàn)場組裝方式：鋼結(jié)構(gòu)骨架部分單獨(dú)組裝；樓板、外圍幕墻等中小型構(gòu)件現(xiàn)場安裝到骨架上；大型板材與鋼骨架的一體化組裝。2.半模板式樓板的開發(fā)3.外墻結(jié)構(gòu)形式和材料的開發(fā)幕墻：象帷幕一樣安裝在結(jié)構(gòu)框架上，不承受荷重，只起圍護(hù)作用的建筑物的外墻。用于幕墻構(gòu)件的材料：1．

鋁合金幕墻2．

玻璃幕墻3．

混凝土幕墻4.花崗巖幕墻4.高層建筑的專用結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)（S結(jié)構(gòu)）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（RC結(jié)構(gòu)）鋼－鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)（SRC結(jié)構(gòu)）（1）鋼結(jié)構(gòu)（S結(jié)構(gòu)）鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸小，自重輕，建筑物的有效空間大，抗震性能好；鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件工廠化生產(chǎn)程度高，施工簡便快速；鋼結(jié)構(gòu)高層建筑在外觀上也具有優(yōu)勢；弱點(diǎn)：耐火性差，導(dǎo)熱系數(shù)大，在高溫下容易軟化、變形、強(qiáng)度降低，難以承擔(dān)荷載。世貿(mào)中心

鋼筋鐵骨為何不堪一擊?幾十噸飛機(jī)汽油引起的失火，導(dǎo)致大樓鋼結(jié)構(gòu)軟化甚至熔化，上層開始倒塌，往下逐層傳遞，形成“多米諾骨牌效應(yīng)”，最后導(dǎo)致整座大樓坍塌。

解決耐火問題的措施：耐火鋼；耐火涂料或耐火材料包覆；鋼管內(nèi)灌防凍劑和防腐蝕的液體；水冷鋼管結(jié)構(gòu)體系；如美國的匹茲堡大廈和英國的BushHouse.水冷鋼管的結(jié)構(gòu)形式（2）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（RC結(jié)構(gòu)）最早的鋼筋混凝土超高層建筑是1976年芝加哥的水塔廣場大廈；與鋼結(jié)構(gòu)相比：鋼筋混凝土建筑物的建造成本較低，穩(wěn)定性和耐火性好。弱點(diǎn)：截面尺寸大，施工所用材料量大，施工速度慢，自重較大。（3）鋼－鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)（SRC結(jié)構(gòu)）彌補(bǔ)鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)。將鋼材和鋼筋混凝土結(jié)合起來的組合結(jié)構(gòu)。兩種組合方式：（1）在鋼筋混凝土梁或柱的中心部位放置型鋼；（2）鋼管混凝土柱鋼管和混凝土柱的斷面三、“超超高層建筑”1“超超高層建筑“的構(gòu)想2超超高層建筑的技術(shù)難點(diǎn)1“超超高層建筑“的構(gòu)想“空間城市1000“的構(gòu)想“DIB－200“的構(gòu)想“空中波利斯2001“的構(gòu)想“空中波利斯2001”“X-SEED4000”構(gòu)想2超超高層建筑的技術(shù)難點(diǎn)（1）

基礎(chǔ)的可靠性（2）

抗震、抗風(fēng)荷載設(shè)計(jì)（3）

防災(zāi)設(shè)計(jì)（4）

建筑設(shè)計(jì)與立體交通（5）

高效率的施工手段（6）

新型建筑材料的開發(fā)為實(shí)現(xiàn)超超高層建筑材料領(lǐng)域所需要研究的課題1為實(shí)現(xiàn)超超高層建筑材料領(lǐng)域所需要研究的課題2四、高層建筑與城市環(huán)境1增加城市的現(xiàn)代化色彩2促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展3自然采光和換氣效果差4橫向振幅較大，居住性差5對周圍街區(qū)風(fēng)向、風(fēng)力的影響6城市防災(zāi)成為新的課題7通訊電波的障礙

瘋狂的計(jì)劃！超群大廈，1228米，上海2015年DNA雙子塔高，其實(shí)沒有什么不好，只是：別讓摩天大樓從追求成本效益的機(jī)器變成付費(fèi)斗秀場武漢王家墩商務(wù)區(qū)，規(guī)劃500米高的標(biāo)志性超高層建筑推薦：

世界建筑世界思考題：高層建筑和城市環(huán)境；高層建筑給人類帶來了什么？課程論文題目：

(詳見網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺——作業(yè)）綠色住宅的新思路；建筑材料的發(fā)展趨勢——綠色建材；21世紀(jì)的綠色