1高层建筑结构设计绪论

第一章绪论本章主要内容1.高层建筑发展历程2.高层建筑结构设计的主要特点3.高层建筑概念4.典型的高层建筑高层建筑发展历程•高层建筑的意义——财富，技术，物质文明•高层建筑的发展历程——古代近代现代当代高层建筑的发展古代（19世纪中叶以前）中国，以塔和寺的形式保留大雁塔北宋瞭敌塔辽代释迦塔西方（世界七大建筑）公元338年，巴贝尔塔（90米）公元前80年，亚历山大塔（117米）公元3000年，埃及胡夫塔（146.5米）欧洲教堂建筑（超过100米）法国斯塔拉斯教堂（124米）德国乌尔姆教堂（161米）英国索尔兹伯里教堂（124米）意大利安东内列纳塔（164米）大雁塔（GreatWildGoosePagoda），世界文化遗产、全国重点文物保护单位、国家AAAAA级旅游景区。被视为古都西安和陕西省的象征。大雁塔位于西安市的大慈恩寺内，唐代永徽三年（公元652年），取经归来的玄奘法师为保存由天竺经丝绸之路带回长安的经卷佛像而修建。大雁塔现存塔身七层，通高64.5米，作为现存最早、规模最大的唐代四方楼阁式砖塔。是佛塔这一印度佛寺的建筑形式随着佛教传播而东传入中原地区并融入汉文化的典型物证，是凝聚了汉族劳动人民智慧结晶的标志性建筑。胡夫金字塔•它是一座几乎实心的巨石体，成群结队的人将这些大石块沿着地面斜坡往上拖运，然后在金字塔周围以一种脚手架的方式层层堆砌。100，000人共用了20年的时间才完成的人类奇迹。•胡夫金字塔建于埃及第四王朝第二位法老胡夫统治时期（约公元前2670年），被认为是胡夫为自己修建的陵墓。在古埃及，每位法老从登基之日起，即着手为自己修筑陵墓，以求死后超度为神。胡夫大金字塔的4个斜面正对东、南、西、北四方，误差不超过圆弧的3分，底边原长230米，由于塔外层石灰石脱落，现在底边减短为227米，倾角为51度52分。塔原高146．59米，因顶端剥落，现高136．5米，相当于一座40层摩天大楼，塔底面呈正方形，占地5．29万平方米。•胡夫金字塔的塔身由大小不一的230万块巨石组成，每块重量在1．5吨至160吨，石块间合缝严密，不用任何粘合物。如把这些石头凿成平均一立方英尺的小块并排列成行，其长度相当于地球周长的2/3。胡夫金字塔工程浩大，结构精细，其建造涉及测量学、天文学、力学、物理学和数学等各领域，被称之为人类历史上最伟大的石头建筑，至今还有许多未被揭开的谜。•2002年9月，“金字塔漫游者”机器人对胡夫金字塔内的王后殡室南通道进行探秘。•这座金字塔的入口在北侧面离地18米高处，经入口的一段甬道下行通往深邃的地下室，上行则抵达国王殡室。殡室长10．43米、宽5．21米、高5．82米，与地面的垂直距离为42．28米，室内仅一红色花岗岩石棺，别无他物。另外塔内已知还有王后殡室和地下墓室。•虽然胡夫的金字塔被广泛的认同其是法老的陵墓，但因为至今也没有在里面找到胡夫法老(又称基奥普斯国王)的遗体，这使得人们对这座伟大的建筑物的具体作用产生了怀疑，于是各种猜测一时间不绝于耳。这座巨大的金字塔是人类建筑史上的伟大奇迹，这一点是毋庸置疑的。无论是从技术上还是艺术上，它在技术上展示了复杂的美，艺术上则是简单的美。如今，七大奇观中只有为首的金字塔经受住了岁月千年的考验留存下来。难怪埃及有句谚语说：“人类惧怕时间，而时间惧怕金字塔。”胡夫金字塔的神奇还不止于它的宏伟壮大，更离奇的是胡夫留下的咒语，至今仍在考验着科学家们的智慧。德国乌尔姆教堂•德国乌尔姆教堂教堂位于德国巴登-符腾堡州乌尔姆市。乌尔姆位于德国南部，一座11万人口的现代化城市。整个城市布局围绕着市中心的敏斯特教堂展开。这座教堂是典型的哥特式建筑，高度为世界第一。这座砖石结构的教堂从设计到建成经历了近600年人世沧桑．凝结了数代工匠的智慧和血汗。•乌尔姆敏斯特大教堂长126米，宽52米，共有三座塔楼。东侧双塔并立，西侧教堂主塔高耸入云，这是世界上最高的教堂钟楼，十分壮观。乌尔姆建造一座大教堂的计划始于1377年，同年6月30日埋下基石。1392─1419年当地建筑师恩辛格主持建造砖石架构的教堂主，设计高度156米，但经过恩辛格极其儿孙三代人接力赛的努力，仍未能实现设计者的愿望。•15世纪末以后，该教堂的建造断断续续，几经反覆，教堂主塔高度达161.6米，一代又一代留下姓名的建筑师和难以计数的石匠参与垒建教堂主塔，直到1890年在建筑师拜尔的主持下终于实现了恩辛格的设想。古代高层建筑的特点•王权宗教建筑•结构合理，工艺精良•根据经验建造•一般不具备居住和生活条件高层建筑的发展近代（19世纪）特点：新型材料出现，技术理论进步标志性变革：硅酸盐水泥（1824年）转炉炼钢（1856年）钢筋混凝土发明（1849年）电梯发明（1857年）设计理论进步容许应力法（1825年）极限平衡法（19世纪末）超静定结构计算（1864）1856年英国人贝斯麦就发明了底吹酸性转炉炼钢法，这种方法是近代炼钢法的开端，它为人类生产了大量廉价钢，促进了欧洲的工业革命。混凝土的发明故事1．钢筋混凝土是一位()发明的A教师B木匠C花匠D医生钢筋混凝土最早的发明者和使用者是法国花匠莫尼埃。他于1867年申请了一项在混凝土中预埋铁丝网以加强混凝土薄管的专利，并在1867年巴黎世博会上展出了钢筋混凝土制作的小船和花盆。莫尼埃是法国一名普通的花匠，每天都要和花盆打交道。当时的花盆都是由普通泥土和低级陶土烧制而成，也就是常见的瓦盆，不坚固，一碰就破，因此莫尼埃就用水泥掺上沙子制造花盆，按现在的说法就是混凝土花盆。混凝土花盆果然坚固了许多，尤其是不怕压，但和瓦盆一样也有缺点，就是经不起撞击。莫尼埃又动脑筋改进。他先用细钢筋编成花盆的形状，然后在钢筋里外两面都糊上水泥砂浆，干燥后，花盆果然非常坚固耐用。1867年巴黎世博会上展出了莫尼埃的成果，各国的建筑商亲眼目睹了钢筋混凝土的优点，这种复合材料立刻受到广泛青睐，并迅速成为世界上木工工程建筑中的主角之一。近代高层建筑代表性成果•美国芝加哥保险公司大楼，生铁柱，熟铁梁标志着现代高层的诞生（1884年，11层）•1882年建成的Capital大楼，22层•1894年建成的公园街大楼，30层，118米高层建筑的发展现代（19世纪末至上世纪50年代）结构体系，计算理论进步结构体系方面，纯框架结构框架剪力墙结构计算理论方面，力矩分配法（1932），破损阶段强度计算法（1922）此时期代表作：美国大都会保险公司大楼（1909年，50层，206米）美国渥尔华斯大楼（1913年，60层，241米）克莱斯勒大楼（1929年，77层，319米）帝国大厦（1931年，102层，381米）上海国际饭店（1934年，23层，86米）高层建筑的发展当代（世纪50年代至今）结构体系，计算理论进步结构体系方面，筒体结构，空间桁架理论方面，隔震减震，空间结构设计理论，特别是计算机辅助设计的出现此时期代表作：我国的成就（上海，香港）中东地区（英里塔）本章主要内容1.高层建筑发展历程2.高层建筑结构设计的主要特点3.高层建筑概念4.典型的高层建筑高层建筑结构设计的主要特点•荷载作用：竖向荷载，水平荷载，地震作用•作用特点低层结构：水平荷载可忽略高层建筑：水平荷载和地震作用成为控制因素建筑物的高度对内力，位移的影响线性关系二次关系四次关系随着高度增大，位移增加最快，弯矩次之，轴力最小高层建筑设计要点•较大的承载能力•较大的刚度•较小的侧向变形过大的侧向变形使人感觉不舒服，影响使用过大的侧向变形使得二次结构出现裂缝过大的侧向变形使主体结构出现裂缝过大的侧向变形使结构出现附加内力，引起严重后果抗侧力结构是设计的关键高层建筑的结构类型钢结构优点：强度高，易加工，断面小，自重轻，抗震好，工期短。缺点：造价高，耐火性能不好。发达国家多采用钢结构，我国随着建筑高度增加，也开始采用钢结构混凝土结构优点：造价低，组成组合结构，承载能力高，设计合理抗震性能好，刚度大，防火性能好。我国和发展中国家多采用混凝土结构。缺点：自重大，污染环境，断面大本章主要内容1.高层建筑发展历程2.高层建筑结构设计的主要特点3.高层建筑概念4.典型的高层建筑高层建筑的概念•中国《高层建筑混凝土结构技术规程》《民用建筑设计通则》《高层民用建筑设计防火规范》•美国，7层或25米以上为高层建筑•法国，住宅50米以上，其他28米以上•日本，10层以上10层及10层以上，或高度大于28米住宅建筑，或者高度大于24米的其他民用建筑本章主要内容1.高层建筑发展历程2.高层建筑结构设计的主要特点3.高层建筑概念4.典型的高层建筑典型的高层建筑•哈利法塔•金茂大厦•天津高银117大厦•上海中心哈利法塔介绍迪拜的哈利法塔是目前世界上最高的建筑，由美国SOM公司设计，工程总承包单位是韩国三星公司，我国江苏南通六建集团承包土建施工。幕墙分别由香港远东，上海力进，陕西恒远三家公司承包。2004年9月开工，2010年1月竣工。总造价15亿美元。哈利法塔建筑总高度828米，混凝土结构高度601米，基础埋深30米，总建筑面积526700平方米，有效层数162层，可容纳12000人。高度之谜哈利法塔为保持世界最高的地位，钢结构顶部设置了直径为1200mm可活动的中心钢桅杆，可由底部不断加长，用油压设备不断顶升，其预留高度为200米。为此哈利法塔始终不宣布建筑高度，直到2009年底，确认5年内世界各国都不可能建成更高的建筑，才最后确定828米的高度。2010年1月4日，哈利法塔举行了开幕式，宣布正式建成。结构体系•全钢结构优于混凝土结构，适合于超高层建筑，这是20世纪70年代的普遍共识。这个时期大量建造300米以上的超高层钢结构建筑，如纽约双塔（412米），芝加哥西尔斯大厦（442米）。•到了20世纪80年代，人们发现纯钢结构不能满足建筑高度进一步升高的要求，主要原因是钢结构的抗侧刚度提高难以跟上建筑高度的增长。从此，钢筋混凝土核心筒加外围钢结构成为超高层的基本形式。如金茂大厦（420米），台北101（508米），上海环球金融中心（492米），上海中心（632米）哈利法塔的结构体系•哈利法塔结构上做了前所未有的重大突破，采用了下部混凝土结构，上部钢结构的全新结构体系。601米以下为钢筋混凝土剪力墙结构体系，601~828米为钢结构，其中601~760采用带斜撑的钢框架。•侧移比较：纽约世贸中心，出钢结构，412米处最大侧移1000mm；哈利法塔混凝土结构，601处最大侧移仅为450mm。结构设计混凝土结构设计按照美国规范ACI318-02进行混凝土强度等级：127层以下，C80；127层以上，C60。地基基础：桩基础，194根现场灌注桩，桩长43米，直径1500mm，迪拜地下水有腐蚀性，桩混凝土采用C60等级，加25%粉煤灰和7%硅灰，水灰比0.32。筏板基础：厚度3.75米，采用C50自密实混凝土，加40%粉煤灰，水灰比0.34。典型的高层建筑•哈利法塔•金茂大厦•天津高银117大厦•上海中心金茂大厦【建设地点】：中国上海浦东新区世纪大道88号【开工日期】：1994年5月【竣工日期】：1999年4月【占地面积】：2.3公顷【建筑面积】：29万平方米【建筑层数】：地上88层，地下3层【建筑高度】：420.5米【结构形式】：钢筋混凝土结构【建筑造价】：50亿【投资单位】：中国金茂（集团）股份有限公司【建筑设计】：美国芝加哥SOM设计事务所,、主创建筑师AdrianSmith【中方配合设计】：上海现代建筑设计（集团）有限公司典型的高层建筑•哈利法塔•金茂大厦•天津高银117大厦•上海中心天津高银117大厦•高银中国117大厦项目总投资为80亿元，项目选址位于天津新技术产业园区（环外）中央商务区内，海泰东西大街以北、海泰南北大街以西、规划路以南、海泰内环一路以东，大厦南面为含有中央商务区地下车库出入口的广场，北面为规划的二层特色商店区，东西两面为规划的商业街，总占地面积33858平方米。总建筑面积约83万m2。•主要建设一栋地上117层的塔楼、东西两侧附带4层裙楼。首层至