010高層建筑解題

第六章 高層建筑簡介(skyscraper)6.1

概述一、發(fā)展高層建筑——美國；密斯·凡德羅——現(xiàn)代建筑大師之一高層鋼玻璃盒子；第一座高層建筑：1886年美國芝加哥建造10層家庭保險公司大樓。(HomeInsuranceBuilding)，采用生鐵柱和熟鐵梁構(gòu)成的框架，外圍磚墻僅是填充墻。高層建筑發(fā)展的原因:可緩解城市用地緊張的問題：國外資料介紹,9-10層的建筑比5層節(jié)約用地23-28%,16-17層比5層節(jié)約用地32-49%科學(xué)技術(shù)的進步：輕質(zhì)高強材料的應(yīng)用。電氣化、計算機在建筑中的廣泛應(yīng)用。人類挑戰(zhàn)自然極限的心理。國外:美國規(guī)定：高度為22~25m以上或7層以上建筑為高層建筑英國規(guī)定：高度為24.3m以上的建筑為高層建筑；日本規(guī)定：11層以上或高度超過31m的建筑為高層建筑。（4)德國規(guī)定：為22層(從室內(nèi)地面起)（5）法國規(guī)定：為住宅50m以上、其他建筑28m以上。我國：《高層民用建筑設(shè)計規(guī)范》GB50045-95和《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》GBJ50045-2002規(guī)定：≥10層的居住建筑或≥24m的公共建筑。按功能要求分類1.商層辦公樓；2.高層住宅；3.商層旅館；4.高層商住樓；5.高層綜合樓；6.高層科研樓；7.高層檔案樓；8.高層電力調(diào)度樓。按體型分類板式高層建筑建筑平面呈長條形的高層建筑，其形狀如板狀；塔式高層建筑建筑平面長寬接近的高層建筑，其體形呈塔狀。1、砌體結(jié)構(gòu)(M

masonry)優(yōu)點：取材容易、施工簡便、造價低廉；缺點：脆性材料，其抗拉、抗彎、抗剪強度均較低，抗震性能較差；配筋砌體可改善砌體的受力性能，但較少用于高層。公元524年的河南嵩岳寺塔(15層簡筒結(jié)構(gòu)，高50m)公元704年的西安大雁塔(7層磚木結(jié)構(gòu)，總高64m)公元1055年的河北定縣料敵塔(11層筒體結(jié)構(gòu)，高82m)一、高層建筑的結(jié)構(gòu)類型按使用的材料，高層建筑可采用砌體結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)

構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)等類型。6.2

高層建筑的結(jié)構(gòu)選型★2、混凝土結(jié)構(gòu)(C)優(yōu)點：取材容易、良好耐久性和耐火性、承載能力大，剛度好、節(jié)約鋼材、降低造價、可模性好；缺點：自重大、構(gòu)件截面較大、施工工序復(fù)雜、建造周期較長且受季節(jié)的影響；應(yīng)用情況：我國絕大多數(shù)高層建筑都是采用混凝土結(jié)構(gòu)，今后仍將是高層建筑發(fā)展的主流。最早混凝土框架結(jié)構(gòu)高層建筑，是1903年在美國辛辛那提建造的因格爾斯大樓，16層，高64m。目前世界上最高的混凝土建筑為香港中環(huán)廣場達78層374m、其次是平壤柳京飯店達105層300m平壤市的柳京飯店3、鋼結(jié)構(gòu)（S）優(yōu)點：材料強度高、截面小、自重輕、塑性和韌性好、制造簡便、施工周期短、抗震性能好；缺點：用鋼量大、造價高、防火性能差、剛度差；應(yīng)用情況：采用鋼結(jié)構(gòu)的高層建筑不斷的增多；美國、日本等從鋼結(jié)構(gòu)起步建造高層建筑的國家已轉(zhuǎn)向發(fā)展混凝土結(jié)構(gòu)。目前世界上最高的鋼結(jié)構(gòu)建筑為美國芝加哥西爾斯大廈。芝加哥西爾斯大廈(Sears

Tower110層，高443m，鋼結(jié)構(gòu)4、鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)或混合結(jié)構(gòu)（S+C）鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的高層建筑吸取兩者優(yōu)點，把鋼框架和鋼筋混凝土筒體結(jié)合起來。施工時先安裝一定層數(shù)的鋼框架，利用鋼框架承受一定層數(shù)的荷載，然后，用鋼筋混凝土把外圍的鋼框架澆灌成外框筒體來抵抗水平荷載。這種結(jié)構(gòu)的施工速度與鋼結(jié)構(gòu)相近，但用鋼量比鋼結(jié)構(gòu)少，耐火性較好。近年來，這種結(jié)構(gòu)形式逐漸增多，而且發(fā)展前景非常好。定義：鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)、鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)組合結(jié)構(gòu)：將鋼骨放在構(gòu)件內(nèi)部，外部，采用外包或內(nèi)填混凝土，稱為鋼骨混凝土或鋼管混凝土。（形成組合構(gòu)件）混合結(jié)構(gòu)：指由鋼構(gòu)件、鋼筋混凝土構(gòu)件或鋼骨混凝土組合構(gòu)件一起組成的空間結(jié)構(gòu)。（形成混合結(jié)構(gòu)）二、高層建筑的結(jié)構(gòu)體系概述1.受力特點：豎向荷載——豎向壓力；風(fēng)荷載、地震——水平荷載--內(nèi)力(彎矩和剪力)建筑越高——水平荷載越大——控制設(shè)計的主要因素；2.受力要求豎向荷載——結(jié)構(gòu)——足夠抗壓強度；水平荷載——結(jié)構(gòu)——有足夠的抗彎、抗剪強度；3.結(jié)構(gòu)體系抗側(cè)力構(gòu)件(框架、剪★力墻、筒體)不同，形成不同結(jié)構(gòu)體系高層建筑常用結(jié)構(gòu)體系：框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)。（一）框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)——骨架承重結(jié)構(gòu)體系。與墻承重結(jié)構(gòu)體系相比，空間布置的不同在于兩根柱子和一根橫梁來取代一片承重墻——-承重墻釋放出來——建筑結(jié)構(gòu)占據(jù)空間減少?？蚣芰?、柱承重，墻體均不承重——填充墻——靈活布置、建筑立面處理較為自由——較適用于需要靈活分隔空間、內(nèi)部較大空間。特點：墻體不用承重，故可形成開敞的空間；墻體可根據(jù)各個樓層的不同需要設(shè)置，無需上下對齊。1.結(jié)構(gòu)特征特征指豎向承重結(jié)構(gòu)全部由框架組成。水平荷載下，體系強度低、剛度小、水平位移大——柔性結(jié)構(gòu)體系?？蚣苡芍?、與柱相連的橫梁組成的承重骨架?？蚣芤话阌娩摻罨炷磷鳛橹饕Y(jié)構(gòu)材料。當(dāng)層數(shù)較多、跨度、荷載很大時，也可用鋼材作為主要承重骨架的鋼框架。承重布置方式框架結(jié)構(gòu)的主要承重構(gòu)件為梁、板和柱。承重體系類型：橫向框架承重方案縱向框架承重方案縱橫向框架承重方案——混合承重。2.適用范圍適用于內(nèi)部需要較多大空間，空間平面對位較為規(guī)整，空間使用功能經(jīng)常變更而可能重新分隔，上下樓層之間空間分隔難以對應(yīng)的公共建筑，如商場、辦公樓、教學(xué)樓、圖書館、檔案館、醫(yī)院、賓館。主要問題——結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度差，承受水平荷載的能力不高。水平荷載——結(jié)構(gòu)底部各層梁、柱的彎矩顯著增加——增大截面及配筋量——平面布置和空間使用有影響。當(dāng)建筑層數(shù)大于15層或在地震區(qū)建造高層房屋時，不宜選用框架結(jié)構(gòu)。在高烈度地震區(qū)不宜采用。(二)剪力墻結(jié)構(gòu)——現(xiàn)澆的鋼筋混凝土墻承重體系1.結(jié)構(gòu)特征剪力墻結(jié)構(gòu)是利用建筑物的內(nèi)、外墻作為承重骨架的一種承重結(jié)構(gòu)體系。它以房屋中傳統(tǒng)的墻體代替框架中的梁、柱構(gòu)件來承受建筑物的豎向和載荷水平荷載。豎向承重結(jié)構(gòu)全部由一系列橫向和縱向的鋼筋混凝土剪力墻所組成。一般建筑的墻體主要承受壓力，而剪力墻除承受豎向壓力外，還要承受水平荷載引起的剪力和彎矩。建筑主體結(jié)構(gòu)在現(xiàn)場整體澆注，墻體布置較預(yù)制裝配式靈活可選用橫墻承重、縱墻承重、縱橫墻混合承重等體系。2.適用范圍由于鋼筋混凝土具有良好的抗彎和抗剪能力，剪力墻結(jié)構(gòu)體系廣泛應(yīng)用于高層建筑，如高層辦公樓、旅館、病房樓、住宅等建筑。剪力墻結(jié)構(gòu)適用于15～50層的高層建筑?？蚣芙Y(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)比較(三)框架-剪力墻體系1.特征純框架結(jié)構(gòu)體系在建筑物空間剛度方面較為薄弱，用于高層建筑時需要增加抗水平側(cè)向力的構(gòu)件。若建筑平面呈條形時，一般可以通過在框架結(jié)構(gòu)中適當(dāng)布置剪力墻來抵抗水平側(cè)向力，形成框架-剪力墻結(jié)構(gòu)?！蚣芎图袅煞N結(jié)構(gòu)組合在一起而形成的結(jié)構(gòu)體系。建筑豎向荷載——框架和剪力墻；水平載荷——主要側(cè)向剛度較大的剪力墻。這種結(jié)構(gòu)既具有框架結(jié)構(gòu)布置靈活、使用方便的特點，又有較大的剛度和抗震能力，因而廣泛的應(yīng)用于高層辦公建筑和旅館建筑，一般使用于15～30層的高層建筑。而12～15層范圍內(nèi)，采用框-剪結(jié)構(gòu)比框架結(jié)構(gòu)更為經(jīng)濟。2.結(jié)構(gòu)布置原則框架—剪力墻結(jié)構(gòu)中，框架結(jié)構(gòu)布置方法與純框架結(jié)構(gòu)相同，關(guān)鍵是如何合理布置剪力墻的位置，達到既滿足建筑使用空間要求，又達到剪力墻能承受大部分水平推力。剪力墻一般布置結(jié)構(gòu)較薄弱的樓電梯間、端部，采用縱橫向布置。剪力墻的組合形式3.框支剪力墻結(jié)構(gòu)當(dāng)剪力墻結(jié)構(gòu)底層需要提供較大空間時，底層部分剪力墻改為框架，形成框支剪力墻結(jié)構(gòu)。由于結(jié)構(gòu)上部剛度與底層剛度相差懸殊，剛度突變、對地震區(qū)建筑是不利的。框支剪力墻結(jié)構(gòu)(四)筒體體系——框架-筒體、筒中筒、束筒（群筒）結(jié)構(gòu)隨著科技進步和經(jīng)濟發(fā)展，建筑物高度在不斷的增加，傳統(tǒng)的框架體系、框架-剪力墻體系已不能很好的滿足高層建筑在水平載荷作用下強度和剛度的要求。剪力墻體系則因平面受墻體所限，不能滿足建筑上需較大開間和空間的要求。筒體結(jié)構(gòu)是由框架和剪力結(jié)構(gòu)發(fā)展而成。由若干片縱橫交接的框架和剪力墻所圍成的筒狀封閉骨架。每一層的樓面又加強了各片框架和剪力墻之間的相互連接，形成一個空間框架，使整個骨架具有比單片框架或剪力墻好得多的空間剛度。2.筒體類型筒體可分為實腹式筒體和空腹式筒體。實腹筒：由剪力墻圍合成的筒體稱為實腹式筒體，或墻式筒體?？崭雇玻河擅芗⒅鶉铣傻耐搀w則稱為空腹式筒體，或框架式筒體(簡稱框筒)。3.結(jié)構(gòu)體系筒體結(jié)構(gòu)根據(jù)筒體布置、數(shù)量、組成等分為單筒、筒中筒、成束筒幾種體系。1）單筒若建筑平面為點式時，則可以通過周邊加密柱距使成為框筒；或?qū)⒋怪苯煌屑~如樓、電梯間等組合布置為剛性的核芯筒——墻式筒體，在其周圍用梁柱形成外圍護結(jié)構(gòu)，通過加密柱距和核芯筒來抵抗水平側(cè)向力，形成單筒結(jié)構(gòu)。筒體平面形式與結(jié)構(gòu)類型(a)外筒內(nèi)框(b)內(nèi)筒外框(c)圓形筒中筒(d)內(nèi)筒外剪力墻(e)多邊形筒中筒筒中筒當(dāng)單筒結(jié)構(gòu)不能滿足抵抗水平力的要求時，可以利用內(nèi)筒和外筒共同抵抗水平力，這種由內(nèi)外筒組成的結(jié)構(gòu)稱為筒中筒結(jié)構(gòu)，同時各層的樓板把內(nèi)外筒連接成一個抵抗水平力的整體。成束筒筒體結(jié)構(gòu)的最新發(fā)展是成束筒結(jié)構(gòu)。它由幾個連在一起的筒體組成。束筒體系的筒體排列方式很好，其空間剛度很大，可用于100層以上的超高層建筑中。4.適用范圍單筒結(jié)構(gòu)多用于高層建筑，筒中筒、束筒（群筒）多用于超高層建筑。如美國芝加哥西爾斯大廈。美國芝加哥西爾斯大廈(b)1-51層平面(c)52-66層平面(d)67-90層平面(e)91-110層平面束筒水平方向蔓延垂直方向蔓延未設(shè)防洞火口分分區(qū)隔吊不頂完空善間建蔓筑延構(gòu)件裝蔓修延材料通蔓過延豎通井過蔓樓延梯通間過蔓電延梯通井過蔓扶延梯通蔓過延中庭蔓延高層火災(zāi)的防與疏防：劃分防火分區(qū)一類高層建筑防火分區(qū)面積≤1000m2（防煙分區(qū)500

m2

）二類高層建筑防火分區(qū)面積≤1500m2高層建筑地下室防火分區(qū)面積≤500m2規(guī)定：當(dāng)設(shè)有自動噴水滅火系統(tǒng)的防火分區(qū)，其最大允許建筑面積可增加一倍。合理布置安全疏散路線安全性逐漸增高：走廊——前室——樓梯間一般靠近電梯間布置樓梯較為有利靠近外墻設(shè)置樓梯在標(biāo)準(zhǔn)層端部設(shè)置樓梯高層建筑的兩個安全出口的間距≥5m。組織室外疏散樓梯安全疏散距離房間內(nèi)最遠點到房門的距離從房門到安全出口疏散距離普通樓梯間：樓梯與走廊或大廳都敞開在建筑物內(nèi)。封閉樓梯間：有一定耐火能力的墻體和門將樓梯與走廊分隔開。防煙樓梯間：在樓梯間入口之前，設(shè)置能阻止火災(zāi)時煙氣進入的前室位于中國臺北，混合結(jié)構(gòu)，高508米，超過美國芝加哥的西爾斯大樓，馬來西亞雙塔等大樓，成為新的全球第一高樓。該樓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，從一樓到89樓，只要39秒的時間。還拿下了“世界高樓”四項指標(biāo)中的三項世界之最，即“最高建筑物”(508米)、

“最高使用樓層”(438米)和“最高屋頂高度”(448米)?！笆澜缱罡咛炀€高度”仍為芝加哥西爾斯大廈。國家石油雙子星座大廈位于馬來西亞吉隆坡，混合結(jié)構(gòu)，451.9米，88層。這兩座高樓于1998年完工位于紐約，鋼結(jié)構(gòu)，目前它是美國第二高的建筑，帝國大廈原本共381米，20世紀(jì)50年代安裝的天線使它的高度上升至443.5米。帝國大廈西爾斯大廈位于芝加哥，鋼結(jié)構(gòu)，1974年建成,高443米，是目前美國最高建筑物，由

SOM建筑設(shè)計事務(wù)所設(shè)計，大廈的造型有如9個高低不一的方形空心筒子集束在一起。西爾斯大廈（Sears

Tower）

F.卡恩是位于美國芝加哥的一棟辦公樓，1974年建成,高443米。總建筑面積418000平方米，地上110層，地下3層。底部平面68.7×68.7米,由9個22.9米見方的正方形組成。在這些正方形的范圍內(nèi)都不另設(shè)支柱，租用者可按需要分隔。整個大廈平面隨層數(shù)增加而分段收縮。在