高层建筑钢结构第一章概论.ppt

2019年4月9日星期二,1,高层建筑钢结构设计,土木工程与建筑学院,2019年4月9日星期二,2,1、张耀春，钢结构设计，高等教育出版社，2007 2、陈富生等，高层建筑钢结构设计，中国建筑工业出版社，2000（已有第二版） 3、刘大海等，高楼钢结构设计，中国建筑工业出版社，2003 4、行业标准，高层民用建筑钢结构技术规程，jgj99-98，中国建筑工业出版社，1998,主要参考书：,2019年4月9日星期二,3,1、概论 2、高层钢结构用钢 3、结构体系和布置 4、结构分析 5、构件设计 6、节点设计 7、防灾,主要内容：,2019年4月9日星期二,4,城市化进程加速、人口集中、低价飞涨，节约用地成为关键； 缩短道路和管线设施长度，节约城市基础设施总投资 ； 改善城市面貌，体现经济实力和技术水平，成为地标性建筑。,1.1 高层建筑的发展背景,1 概论,2019年4月9日星期二,5,1）高层建筑的定义 联合国教科文组织世界高层委员会1972年将9层及9层以上的建筑定义为高层建筑，并分成4类： 第一类 916层 （最高50m俗称小高层） 第二类 1725层 （最高75m俗称中高层） 第三类 2640层 （最高100m俗称高层） 第四类 40层以上 （高度100m以上，称超高层）,1.2 钢结构在高层建筑中的地位,我国高层民用建筑设计防火规范gb50045-95规定： 10层的居住建筑 24m且2层以上的民用建筑,2019年4月9日星期二,6,我国钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程jgj3-91规定8层为高层。 主要考虑目前登高消防车的供水高度仅为24m,2019年4月9日星期二,7,2）高层钢结构的地位 1990年统计世界最高的90幢高层建筑中 钢结构(s) 51座 56.6 钢-砼混合结构(m) 25座 27.8 钢筋砼结构(rc) 14座 15.6 1998年统计世界最高的28幢建筑中 钢结构(s) 14座 50.0 钢-砼混合结构(m) 8座 28.6 钢筋砼结构(rc) 6座 21.4,2019年4月9日星期二,8,3）高层钢结构的优势 自重轻，可减少地震作用，减少运输量，便于地基处理 结构所占面积少，可增加使用面积 s较m可增加23 s较rc可增加46 工厂化程度高，施工周期短，早投产、早受益、早回收 综合经济指标显示： 钢结构最适于高层和超高层建筑,2019年4月9日星期二,9,全钢结构体系,1.3 高层钢结构体系介绍,平面框架 1530层 平面框架-支撑结构 4060层 等效筒体结构 5065层 高效筒体结构 65110层 (框筒、筒中筒、成束筒) 巨型结构 65110层以上 (巨型框架、巨型桁架、巨型悬挂、巨型分离式),2019年4月9日星期二,10,不同结构体系的对比,2019年4月9日星期二,11,混合结构体系,钢筋砼内筒外围钢框架 钢筋砼剪力墙钢框架 钢管砼结构 钢骨砼结构,2019年4月9日星期二,12,1）国外的发展,1.4 高层钢结构在国内外的发展,形成期 西方工业革命时期，钢铁开始用于建筑 1872年法国巴黎menier巧克力厂采用了钢框架结构,2019年4月9日星期二,13,1885年美国芝加哥建成了home insurance大楼，开始建成10层，后又追加了2层的钢梁、生铁柱框架,2019年4月9日星期二,14,发展期 20世纪初，技术进步加速，电梯技术的完善。 1931年纽约建成381m(102层)的帝国大厦，钢框架结构，206kg/m2, 雄踞世界第一高40多年。,2019年4月9日星期二,15,繁荣期 1945年二次大战后，高层在美欧等西方国家快速发展，其中以美国最具代表性 芝加哥sears大厦，109层443米，用钢量161kg/m2，1974年建成。sears tower 成束筒体系。,2019年4月9日星期二,16,2019年4月9日星期二,17,纽约世界贸易中心双塔楼，110层412米，用钢量186kg/m2，1973年建成，2001年9月11日被撞倒塌。框筒结构体系。,2019年4月9日星期二,18,2019年4月9日星期二,19,芝加哥jhon hancock大厦，100层344米，用钢量145kg/m2，1969年建成。大型支撑框筒体系。,2019年4月9日星期二,20,近期发展 目前欧洲最高建筑为德国法兰克福商业银行新大楼，地上63层，高298.7米。平面呈圆角三角形，1997年5月竣工。,2019年4月9日星期二,21,日本最高建筑为横滨里程碑(land mark)大厦，73层，高296米，1993年建成。,2019年4月9日星期二,22,马来西亚号称世界第一高楼的吉隆坡石油双塔，88层450米，1996年建成。实际上没有sears大厦高。,采用钢-砼混合结构,采用钢梁和压型钢板组合楼盖,c40砼,钢砼内筒23m23m,外筒直径46m，由16根钢砼柱组成,c80砼,4142层处,58m跨钢天桥,2019年4月9日星期二,23,世界第一高的比较,2019年4月9日星期二,24,目前不少国家准备突破500米高度大关,美国设计了miglin beitler塔楼，为混合结构，下125层，高453米，为高强砼结构，砼强度c70c100，上156米为钢结构塔楼，总高度609米。,2019年4月9日星期二,25,美国还提出了高850米的erewhon中心的设想，系大型支撑结构体系，刚度甚大，周期仅为10s。,2019年4月9日星期二,26,迪拜塔成为世界最高建筑 高度已达629米 (2008/4/9),超过了高度为米的美国北达科他州电视发射塔，从而成为世界最高建筑。电视发射塔自年以来保持着世界最高牵索建筑纪录。 迪拜塔于年月动工。为防止竞争者超越，艾马尔公司一直将迪拜塔的最终高度作为商业机密而不予公布。 耗资10亿美元。,更令人不可思议的是，全球有4个号称高于千米的“待建大楼”，全部位于中东： 科威特2005年策划建一座1001米高的“丝绸城”； 巴林于2006年提出要建1022米高的“穆尔詹塔”； 2007年3月迪拜“纳克希尔”公司宣布，计划在迪拜建一座高达1200米的“al-burj塔”； 2008年2月，沙特亲王阿勒瓦利德掌控的帝国控股公司计划建设1600米的“英里塔” (milehightower)，预计投资百亿美元，比台北101高出1000多米，比在建的“迪拜塔”高出800米 。,2019年4月9日星期二,27,韩国准备建造130层高580米的国际贸易中心，造价13亿。,日本的超高层建筑构想如下,2019年4月9日星期二,28,韩国 首尔 国际商务中心international business center 580米 130层 2013 开工,2019年4月9日星期二,29,2）国内的发展,解放前高层钢结构建筑甚少，最高的是1934年在上海建成的上海国际饭店，22层，高82.5米。 中国大陆自20世纪80年代中期起步修建高层钢结构，先后在上海、北京、深圳、广州、大连、厦门、沈阳、天津等地建造了数10幢高层钢结构建筑。,2019年4月9日星期二,30,上海金贸大厦，88层，高421米,2019年4月9日星期二,31,国内目前最高的为广州塔(600米高),2019年4月9日星期二,32,深圳地王大厦，81层，高384米,2019年4月9日星期二,33,深圳赛格广场是国内最高的采用钢管砼结构的高层建筑，72层，高292米。,2019年4月9日星期二,34,目前在建（已建）的高层钢结构见下表,2019年4月9日星期二,35,上海环球金融中心,主楼建筑面积：25.3万m2。 总用钢量：65000t。 建筑规模：主体建筑物高492米,地上101层，地下3层。 结构形式为同时采用三种体系： a、巨型柱、巨型斜撑和带状桁架组成的巨型结构； b、钢筋混凝土的核心筒； c、构成核心筒和巨型柱之间相互作用的伸臂桁架。,2019年4月9日星期二,36,2019年4月9日星期二,37,上海环球金融中心 ( 492米 ),2019年4月9日星期二,38,卫星拍摄时间为2009年10月6日,2019年4月9日星期二,39,2019年4月9日星期二,40,2019年4月9日星期二,41,2019年4月9日星期二,42,伸臂桁架和带状桁架,2019年4月9日星期二,43,武汉国际证券大厦,建筑面积：1390万m2 。 高度：338 m； 层数：68 总用钢量：17400t。 结构形式： 外钢管混凝土框架内部框架支撑筒体,2019年4月9日星期二,44,上海世贸广场,建筑面积：17万m2。 总用钢量：8500t。 建筑规模： 主体建筑物高246米,桅杆顶333米；地上60层，地下3层。 结构形式： 框筒结构（混凝土筒体钢结构外框架）。 施工单位： 沪宁钢机（参加）,2019年4月9日星期二,45,中国国际贸易中心3期，是现在北京的最高建筑 (北京在建第一高楼“中国尊”, 108层高510米),建筑规模： 地上74层，地下三层，总高330m，总建筑面积192000m2； 标准层尺寸：53.353.3。 结构类型：(筒中筒) src柱钢梁组成外框筒； src柱钢梁支撑组成内筒； 在2830层和5557层处设有两道伸臂桁架连接内外筒。 柱距： 底部11.2m，中部4.2m(办公层)，上部5.6m (宾馆层) 。 钢材： 大部分钢柱q390z25，梁q345； 总重为42000t.,2019年4月9日星期二,46,腰桁架和伸臂桁架,2019年4月9日星期二,47,北京电视中心,建筑面积：18.9万m2。 总用钢量：35000t。 建筑规模：主体建筑物高236.4米,最高层数41层。 平面尺寸：67m61m。 结构形式：地下部分钢骨砼结构、地上部分巨型框架结构体系。整体结构在建筑物的四角上布置四个“l型”巨型柱，巨型柱之间用钢梁与巨型钢桁架相连。,2019年4月9日星期二,48,整体建筑形式是由四个“l”型复合矩形钢柱。 箱 形 钢 柱： 板厚80mm，最大截面800800； h 型 钢 柱： 板厚80mm，最大截面800800； 圆形钢管柱：板厚60mm，直径1000mm； 矩 形 桁 架： 板厚60mm，截面100060060； 材 质： q345cz15，用钢量39000吨。,2019年4月9日星期二,49,北京电视中心安装现场,2019年4月9日星期二,50,复杂箱形柱,2019年4月9日星期二,51,中央电视台新台址,建设规模：总建筑面积约55万平方米，主楼建筑面积约38万平方米。 总投资预算：50亿元人民币。 存在问题： 1. 建筑物出现3维结构体不稳定问题和整体抗震问题 ； 2. 结构基础重力抗倾覆问题； 3. 45m悬挑竖向抗震问题； 4. 抗风力乱流问题 ； 5. 抗击恐怖活动的结构安全度问题；,2019年4月9日星期二,52,2019年4月9日星期二,53,北京中关村金融中心,2019年4月9日星期二,54,世界第一幢双曲面超高层建筑，39层，用钢量11600吨。结构形式：四层一折线箱形钢柱，箱形柱截面650650，板厚7080mm，最厚100mm。 材料：70100mm选用的舞阳钢厂q345cgjz15，60mm选用武汉钢铁公司q345cjz15、q345b-jz15高层建筑用钢。 结构形式：钢框架-支撑体系,2019年4月9日星期二,55,北京中关村金融中心安装现场,2019年4月9日星期二,56,北京中关村金融中心安装现场,2019年4月9日星期二,57,北京中关村金融中心安装现场,2019年4月9日星期二,58,香港地区是我国高层建筑比较集中的地区，由于不考虑地震，高层以钢筋砼为主，少数采用钢结构。,钢结构建筑中，1990年建成的中银大厦70层，高315米，为大型支撑结构。,2019年4月9日星期二,59,1987年建成的汇丰银行也很有特色，地上43层，高178.8米，为巨型悬挂结构,2019年4月9日星期二,60,目前香港最高的建筑物为：香港国际金融中心,2003年7月落成 高420米，共88层 6层地下室,埋深38m 建筑平面48m48m 总投资30亿美元 混凝土：112,000m3 钢筋： 18,000t 钢： 28,000t,2019年4月9日星期二,61,香港国际金融中心,2019年4月9日星期二,62,台湾地区位于地震高发区，近年来高层钢结构逐年增多，其中以台北101层的国际金融中心为最高，达到508米。,2019年4月9日星期二,63,3）今后的发展趋势,单体建筑的发展趋势： 构件立体化 布置周边化 结构支撑化 体形圆锥化或变截面棱柱化 材料高强化 结构巨型化 外墙蒙皮化 结构智能化,巨型结构的发展趋势： 分离整体式结构 空中城市,2019年4月9日星期二,64,1）高钢的优缺点,1.5 高层钢结构的技术经济分析,优点 承载能力高，自重轻，结构所占面积和空间小，抗震性能好，工厂化程度高，建设周期短，钢材可回收，对环境污染小。,缺点 钢材的抗火性能差，用钢量稍大，造价偏高。,2019年4月9日星期二,65,2）高钢的技术经济分析,关于用钢量 高钢的用钢量随技术进步在降低,2019年4月9日星期二,66,我国： 90年代以前建成的11栋钢结构建筑(2653层)，用钢量为95160kg/m2，平均128kg/m2。 同期9栋钢砼(1862层)，用钢量为68120kg/m2，平均91kg/m2。 通过采用轻质围护材料，先进结构体系，用钢量还会进一步下降。,2019年4月9日星期二,67,3）高层钢结构的适用范围,公共建筑，商业建筑，多层工业建筑，住宅等。 特别适用于40层以上的超高层建筑，烈度为8度及以上地震区的高层建筑和软弱地基上的高层建筑。 近年来多层和小高层住宅也已开始采用钢结构，形式喜人。,2019年4月9日星期二,68,摩天大楼的优势,城市的面子，很难想象一座国际性的大都市没有傲人的摩天大楼。 目前高楼建设方兴未艾。,2019年4月9日星期二,69,摩天大楼的危害,然而，随着2001年纽约世贸中心大厦（526.3米）被毁，人们不禁对摩天大楼的危险性产生怀疑。的确，在摩天大楼居住和工作的人无论地震还是火灾时，都很难逃生，而且近来环保组织也提出，摩天大楼会导致一系列环境问题，影响人类及其它物种的生存。,2019年4月9日星期二,70,第一，摩天大楼会引起城市峡谷效应：城市峡谷效应是指由于几