14.0高层建筑结构综述

10层及以上和高度超过28m的公共建筑及综合性建筑为高层建筑。建筑高度超过100m的建筑均为超高层建筑。高层建筑中，水平荷载和地震作用对结构设计起着决定性的作用。14-1高层建筑的概述p256-257划p259内力或位移△=f(H4)M=f(H2)N=f(H)内力、位移与高度H的关系14-2高层建筑的结构类型1钢结构2钢筋混凝土结构3组合结构1钢结构优点：强度高、韧性大、抗震性能好、易于加工，能缩短现场施工工期，施工方便。缺点：用钢量大，造价很高，而且耐火性能差深圳地王大厦，(81层，383.95m)北京的京广中心(56层，208m)、录像。远大可建。J220项目：2012年6月5日晚，远大科技在湘阴科技园成立24周年庆祝会上举行了世界第一高楼“远望大楼”启动和签约仪式。宣布将在2个月内自行设计、制造和安装220层、高达838米的可持续装配式钢结构建筑“天空城市”，比目前世界第一高楼迪拜塔还高出10米。预计明年元旦建成，选址长沙望城区。项目未得到政府批准。投资数额也是天文数字，远大是否可以支撑。预算40亿，但其宣传的耗钢量达270万吨，光买材料即需要108亿。2钢筋混凝土结构优点：造价较低，承载能力较高，抗震性能好缺点：构件断面大，占据面间大，自重大广州广东国际大厦(63层，200.18m)底层柱尺寸已达1.8*2.2m（1）优点：充分发挥钢结构、混凝土结构的性能，进一步减轻结构重量，提高结构延性（2）类型1)用钢材加强钢筋混凝土构件钢骨钢筋混凝土构件钢管钢筋混凝土构件2)部分抗侧力结构用钢结构，另一部分采用钢筋混凝土结构（或部分采用钢骨钢筋混凝土结构）3组合结构钢骨钢筋混凝土构件组合结构钢管混凝土结构工程实例（1）美国西雅图双联广场大厦58层四根钢管砼柱砼强度133Mpa直径3.05m管壁厚30mm承受60%竖向荷载2)部分抗侧力结构用钢结构，另一部分采用钢筋混凝土结构（或部分采用钢骨钢筋混凝土结构）上海静安希尔顿饭店（钢筋混凝土筒体，钢框架）香港中国银行(钢骨钢筋混凝土角柱，横梁及斜撑为钢结构)14-2高层建筑结构的结构体系框架结构体系剪力墙结构体系（框支剪力墙）框架—剪力墙结构体系框支剪力墙筒中筒结构体系多筒体系2.1结构体系高层建筑的基本抗侧力单元有框架、剪力墙、框剪、筒体等，由它们可以组成多种结构体系。框架结构剪力墙结构筒体结构框架-核心筒结构框架-剪力墙结构成束筒结构常用几种筒体结构：筒中筒结构框架核心筒结构2结构体系构件单元组成方式框架剪力墙筒体1高层建筑的基本的抗侧力单元框架结构体系框架结构属于柔性结构，地震反应小。但侧移大，非结构构件易破坏。适用于非地震区及层数较少的高层建筑。剪力墙结构体系1、定义：剪力墙同时承受竖向和水平荷载的结构2、受力变形特点：竖向荷载作用下，是受压的薄壁柱；水平荷载作用下，是下端固定、上端自由的悬臂板。注：1）属于刚性结构，侧向变形呈弯曲型。2）水平承载力和侧向刚度均很大，变形较小。3、优缺点：1）优点：水平承载力和侧向刚度均很大，侧向变形较小；适用于住宅、宾馆等建筑。（结构高度：几十米~100多米）2）缺点：自重较大；平面布置局限性大，难以得大的建筑空间（一般剪力墙间距3~8m）。剪力墙剪力墙框架梁框架梁框架梁剪力墙剪力墙框架—剪力墙结构体系框架和剪力墙共同工作的结构体系。框架—剪力墙结构体系优点：兼有框架和剪力墙的优点，水平承载力和侧向刚度有很大提高，结构布置灵活。框架-剪力墙结构中剪力墙布置原则：1）不宜过多，以满足位移限值为宜。2）不宜过长；不宜少于3道，最好作成筒体；对称布置；在纵横向数量接近；应贯通全高，上下刚度连贯而均匀。框支剪力墙结构：1）定义：将剪力墙结构房屋的底层或底部几层做成框架，亦称为带转换层结构。2）破坏特点：上层、下层间侧向刚度发生突变，形成柔性底层或底部，易破坏。鸡腿结构。3）减轻震害措施：采取增大底层墙体厚度、提高混凝土强度等措施加大落地墙体的侧向刚度，上部可采用短肢剪力墙，使上、下部侧向刚度差别尽量小。2、分类：实腹筒、框筒和桁架筒。1）实腹筒：钢筋混凝土剪力墙围成的筒体。2）框筒：布置在房屋四周、由密排柱和高跨比很大的窗裙梁形成的密柱深梁框架围成的筒体。3）桁架筒：将筒体的四壁做成桁架，就形成桁架筒。筒体结构体系框架核心筒结构1、定义：是指由一个或几个筒体与框架的组合作为竖向承重的高层建筑结构体系，筒体承担水平荷载。筒体结构平面图筒体结构抗侧刚度大，整体性好，建筑布置灵活，可提供较大的，可自由分隔的空间，适用30层以上或100m以上办公楼多筒结构体系成束筒筒中筒结构体系深圳发展中心大厦主框架次框架3次框架2次框架1巨形框架结构其他结构形式p264高层建筑基础占的工程量大、造价高，对建筑物施工工期也影响很大。一般9一16层的工期占总工期的1／3左右，造价也占总造价的l／3左右。因此，基础设计对高层建筑的经济技术指标有较大的影响。基础形式及埋置深度1、基础形式基础的选型应根据上部结构情况、工程地质、施工条件等因素综合考虑确定。1）独立柱基用于层数不多，土质较好的框架结构。2）宜采用整体性好和刚度大的筏形基础、交叉梁基础、箱形基础。3）当地质条件好、荷载较小，且能满足地基承载力和变形要求时，也可采用交叉梁基础。4）当表层土质较差时，为了利用较深的坚实土层，减少沉降量，提高基础嵌固程度，可以采用桩基，成为桩筏基础或桩箱基础。。2、基础埋置深度考虑高度、体型、地基土质、抗震设防烈度等因素。(1)当采用天然地基或复合地基时，埋深取高度的1/15；(2)当采用桩基础时，埋深取高度的1/18（桩长不计在内）；(3)采用岩石地基时，基础埋置深度可不受上述条件的限制,但应验算倾覆和滑移。高层建筑基础必须有足够的埋置深度原因：(1)防止基础发生滑移和倾斜，提高基础的稳定性。(2)增大埋深，可以提高地基的承载力，减少基础的沉降量。(3)增大埋深后，地面运动时，阻尼增大，可减轻震害。迪拜塔施工中的迪拜塔828米，15亿美元号称飞机“穿不透”门票一张27美元第14章高层建筑结构综述14-1国内外高层建筑的发展概况14-2高层的特点14-3高层建筑结构的类型14-4高层建筑结构的结构体系高层建筑多年来集中在美国、加拿大，直到80年代末。按1991年公布的排行表，在世界上最高的100座最高建筑中，美国占了78座，加拿大5座，墨西哥1座，即北美洲占了84%，成了当前世界最高建筑的中心。14-1国内外高层建筑的发展概况1.我国高层建筑的发展(1)我国古代高层建筑的发展(2)我国近代高层建筑的发展2.国外现代高层建筑的发展14-1国内外高层建筑的发展概况2.国外现代高层建筑的发展第一阶段是19世纪中期以前，一般只能建造6层及以下的建筑。第二阶段是19世纪中期开始的20世纪50年代初家庭保险公司大楼，11层，高55m，采用铸铁框架承重结构最早的钢筋砼框架高层，是1903年在美国的因格尔斯大楼，16层，高64m。纽约建造了102层、高381m的著名的帝国大厦，它保持世界最高建筑达41年之久第三阶段从20世界50年代开始轻质高强材料、抗风抗震结构体系施工技术及施工机械等方面有很大进步计算机在设计中的应用使得高层建筑飞速发展美国是世界上高层建筑最多的国家1972年在纽约建造了世界贸易中心大楼，110层，高402m，钢结构1974年美国在芝加哥又建成了当时世界最高的西尔斯大厦(SearsTower)，110层，高443m，钢结构。进入90年代，亚洲成为经济发展最快的地区日本、朝鲜、韩国、中国大陆、台湾、新加坡和马来西亚等国家和地区，陆续建成了超过200m、300m的高层建筑。1990年至今，世界上新建的最高建筑，几乎全部集中在这一地区。位于马来西亚吉隆坡的双塔高层建筑，85层，高450m，钢筋混凝土结构马来西亚双塔楼：88层，450米，框—筒结构，1996年建成。1.我国高层建筑的发展(1)我国古代高层建筑（高层定义：10层以上，或28m以上；100m以上超高层）7—9层俗称为小高层河南：嵩岳寺塔(15层，高50m)西安：大雁塔(7层，总高64m)山西：应县木塔(9层，高67m)(2)我国近代高层建筑的发展第一阶段从新中国成立到60年代末初步发展，20层以下的框架结构1959年建成的北京民族饭店(12层，高47.4m)1964年建成了北京民航大楼，(15层，高60.8m)1966年建成了广州人民大厦(18层，高63m)第二阶段为70年代20—30层，主要用于住宅、旅馆、办公楼1974年建成的北京饭店新楼(20层，高87.4m，是当时北京最高的建筑)1976年建成的广州白云宾馆(33层、高114.05m)上海漕溪路20幢1216层剪力墙住宅楼；北京前三门40幢916层大模板施工的剪力墙住宅楼)北京饭店新楼广州白云宾馆33层，112.45米，剪力墙结构1976年建成，国内首栋百米高层。360040008000800066000300036000300066000800080004000360070000785078502300广州白云宾馆—纯剪力墙第三阶段为80年代仅19801983年所建的高层建筑相当于4979年所建高层建筑的总和深圳发展中心大厦，(43层，高165.3m)，是我国第一座大型高层钢结构建筑。•广州国际大厦，(63层，高200m)上海新锦江宾馆是一座现代化的高级宾馆，(总建筑面积6.6万m2，共43层，总高153.52m)静安希尔顿饭店，(建筑面积6.9万m2，包括塔楼43层，总高143.62m)第三阶段为80年代第四阶段从90年代开始（1）高层建筑兴建速度加快90—94年间，每年建成10层以上建筑在1000万平方米以上，占全国已建成的高层建筑的40%（2）超高层建筑的发展高层建筑的发展及层数和高度增长更快，建成了多座200米以上的高层建筑上海明天广场：60层，238m，最高的框架—剪力墙结构，98年建成。地王大厦325m上海金茂大厦，(钢结构，88层，高420m)金茂大厦内部结构上海环球金融中心492m台北101101层，508米。上海环球金融中心深圳平安大厦508米深圳平安集团上海环球金融中心490米日本香港ICC484米新鸿基深圳京基大厦439米深圳京基集团广州东塔432米广州西塔432米苏州supertower420米九龙仓，中新置业沈阳国际金融中心420米恒基兆业香港IFC415米新鸿基上海金茂大厦420.5米南京紫峰大厦450米（含天线）南京国资集团，上海绿地集团上海中心大厦在建中国第二高楼造价148亿用钢量：约10万吨开工时间：2008年11月29日竣工时间：2015年建筑主体为118层，总高为632米，结构高度为580米底板浇筑400余辆水泥车轮番往来，500多名工人轮班不间断工作，60多个小时连续作业，建设中的上海第一高楼——上海中心大厦主楼6.1万m3大底板混凝土浇筑基础底板主楼深基坑是全球少见的超深、超大、无横梁支撑的单体建筑基坑，其大底板是一块直径121米，厚6米的圆形钢筋混凝土平台，11200㎡的面积相当于1.6个标准足球场大小，厚度则达到两层楼高，是世界民用建筑底板体积之最。作为632米高的摩天大楼的底板，它将和其下方的955根主楼桩基一起承载上海中心121层主楼的负载，被施工人员形象地称为“定海神座”。动画2012年８月２日启动世界级幕墙工程将实现充分利用自然光照，减少对人造光源的依赖；同时双层幕墙避免室内直接和外界进行热交换，起到冬暖夏凉的作用，采暖和制冷的能耗比单层幕墙降低５０％左右。被动房概念深圳平安国际金融大厦开工时间：2009年8月（整理场地）。竣工时间：2014年。塔顶高度：660米。主体高度：597米。建筑层数：地上118层结构形式：带外伸臂的混合结构动画近期高层思考按照一般产业规律，摩天大楼建成后，无论租售，收回成本所需时间都十分漫长。如果以收租偿还投入