建筑防灾-高层建筑结构综述ppt课件

附2 高层建筑结构综述 2 1国内外高层建筑的发展概况2 2高层的特点3 3高层建筑结构的类型3 4高层建筑结构的结构体系 高层建筑是近代经济发展和科学技术进步的产物 至今已有100余年的历史 多年来 世界上最高的高层建筑集中在美国 加拿大 直到80年代末 北美洲一直是世界高层建筑的中心 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 2 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 2 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公元524年在河南建造了嵩岳寺塔 15层简筒结构 高50m 公元704年在西安建造了大雁塔 7层砖木结构 总高64m 1 我国高层建筑的发展 1 我国古代高层建筑的发展公元1055年在河北定县建造了料敌塔 11层筒体结构 高82m 公元1056年明朝正德元年山西建造了应县木塔 9层 高67m 堪称世界木结构的奇迹 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 北京民族饭店 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 广州白云宾馆 第三阶段为80年代 仅1980 1983年所建的高层建筑就相当于1949年以来30多年中所建高层建筑的总和 深圳发展中心大厦 43层 高165 3m 加上天线的高度共185 3m 是我国第一座大型高层钢结构建筑 第三阶段为80年代 广州国际大厦 63层 高200m 第三阶段为80年代 北京京广中心大厦 57层 高208m 第三阶段为80年代 上海新锦江宾馆是一座现代化的高级宾馆 总建筑面积66060m2 共43层 总高153 52m 静安希尔顿饭店 建筑面积69224m2 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1990 1994年间 每年高层建筑的建设速度以40 的速度增长 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 金茂大厦具有中国传统风格的超高层建筑 是上海迈向21世纪的标志性建筑之一 由美国SOM设计事务所主设计 1998年8月建成 占地236万平方米 建筑面积28 95万平方米 高420 5米 88层 大厦充分体现了中国传统的文化与现代高新科技相融合的特点 是中国古老塔式建筑的延伸和发展 第四阶段从90年代开始 金茂大厦内部结构 位于香港中环的国际金融中心一期1998年竣工 高39层 180米 自建成后便吸引了不少国际金融机构进驻 国金二期2003年落成 高420米 共88层 为香港最高建筑物 被称为 惊世之作 的香港国际金融中心二期外形设计概念是以一个向外地的朋友 招手 的手势 向海外朋友表示 欢迎您 的意思 中信广场大厦楼高达391米 80层 迄今为止仍是广东省之最 信兴广场大厦楼高384米 占地18734平方米 总建筑面积27万平方米 总投资40亿港币 1993年香港中环广场大厦建成 高374米 78层 是香港目前最高的摩天大楼 香港中国银行大厦 由贝聿铭建筑师事务所设计 1990年完工 总建筑面积12 9万平方米 地上70层 总高369米 结构采用4角12层高的巨形钢柱支撑 室内无一根柱子 台北101大楼 被称为 台北新地标 的101大楼于1998年1月动工 主体工程于2003年10月完工 有世界最大且最重的 风阻尼器 还有两台世界最高速的电梯 从一楼到89楼 只要39秒的时间 在世界高楼协会颁发的证书里 台北101大楼拿下了 世界高楼 四项指标中的三项世界之最 即 最高建筑物 508米 最高使用楼层 438米 和 最高屋顶高度 448米 剩下的一项 世界最高天线高度 仍为美国芝加哥的西尔斯大楼所保有 台北101大楼施工现场101层 508米 台北101 长宽各150m 总面积30277 塔高508m 世界第一高 26层以上以8层为一单元 主要由巨柱 核心系统及外伸桁架梁 巨柱自地下5层至地上90层 最大尺寸为2 4mx3m 台北101大厦的墙体分为8个部分 逐次倾斜 模仿了中国宝塔的形状和竹子生长的态势 直径5 5m 重670t的阻尼器 风阻尼器的工作原理 风阻尼器是高层建筑应对地震 吸收震波的一种装置 由吊装在楼体中上部一个几百吨重的大铁球通过传动装置经由弹簧 液压装置吸收楼体的振动 达到抗震的目的 2 国外现代高层建筑的发展 第一阶段是19世纪中期以前 由于主要建筑材料是砖石和木材 以及设计手段和施工技术的限制 欧美国家一般只能建造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 1855年发明了电梯系统 使人们建造更高的建筑成为可能家庭保险公司大楼 HomeInsuranceBuilding 11层 高55m 建于1884 1886年 采用铸铁框架承重结构 标志着一种区别于传统砌筑结构的新结构体系的诞生从1884年到19世纪 高层建筑已经发展到了采用钢结构 建筑物的高度越过了100m大关 1898年建成的纽约ParkRow大厦 30层 118m 是19世纪世界上最高的建筑 HomeInsuranceBuilding ParkRow 世界上最早的钢筋混凝土框架结构高层建筑 是1903年在美国辛辛那提建造的因格尔斯大楼 16层 高64m 1931年美国纽约曼哈顿建造了102层 高381m的著名的帝国大厦 EmpireStateBuilding 它保持世界最高建筑达41年之久这一时期 虽然高层建筑有了比较大的发展 但受到设计理论和建筑材料的限制 结构材料用量较多 自重较大 且仅限于框架结构 建于非抗震区 第三阶段从20世界50年代开始 由于在轻质高强材料 抗风抗震结构体系 施工技术及施工机械等方面都取得了很大进步以及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 WorldTradeCenterTowers 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 西太平洋沿岸的日本 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 一般高度的高层建筑 80 150米 更是大量兴建朝鲜平壤市的柳京饭店 地面以上101层 高305 4m 钢筋混凝土结构位于马来西亚吉隆坡的双塔高层建筑 85层 高450m 钢筋混凝土结构预期21世纪 亚洲将成为新的高层建筑中心 柳京饭店 朝鲜平壤市 地面以上101层 高305 4m 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 世界高层建筑委员会1972年建议 将高层建筑划分为以下四类 第一类 9 16层 高度不超过50m 第二类 17 25层 高度不超过75m 第三类 26 40层 高度不超过100m 第四类 40层以上 高度100m以上 2 2高层建筑的特点 1 高层建筑的分类 我国 民用建筑设计通则 JGJ37 87 中规定 10层及10层以上的民用建筑和总高度超过24m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 2 我国对高层建筑的分类 2高层建筑的特点 A 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 B 动力反应不可低估 C 结构轴向变形 剪切变形以及温度 沉降的影响加剧 D 材料用量 工程造价呈抛物线关系增长 荷载效应的最大值 轴力N 弯矩M和位移 可用下列式子表达 N WH f H M qH2 2 f H2 qH4 8EI f H4 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 内力或位移 f H4 M f H2 N f H H结构内力 位移与高度H的关系 2 3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 钢结构的特点 钢结构是由钢板 热轧型钢和冷加工成型的薄壁型钢制造而成 与其他材料的结构相比具有以下优点 1 材料强度高 钢材质量轻 2 韧性 塑性好 2 材质均匀 3 制造简单 施工周期短 4 密封性好 钢结构的缺点有 1 耐热但不耐火150摄氏度时强度无变化 600摄氏度时强度约为0 2 钢材耐腐蚀性能差 维护费用高 2 钢结构的应用 1 大跨度钢结构钢屋架网架 网壳结构悬索结构拱架结构桥梁结构 国家体育场 国家体育场建筑体形上像鸟巢 可容纳8万人 平面为椭圆形 长轴340m短轴292m 屋盖中间有一个146m 76m的开口 采用加肋薄壁箱形截面 总用钢量达4 2万t 国家游泳馆 水立方 的墙体设计 突破了传统做法 以泡沫结构为基础分割出建筑的整体形状和各个内部空间 由此产生的结构 从墙壁到天花板顺畅连接 天衣无缝 这种泡沫式的设计看似不如传统结构结实 实际上却非常坚固 而且在吸收地震能量方面非常理想 水立方 将拥有两项 世界第一 一是聚四氟乙烯 ETFE 立面装配系统的运用 尝试是迄今世界上规模最大 构造最复杂 技术综合最全面的 另一是 水立方 建成后 将成为当今世界上最大规模的游泳馆 天津奥林匹克体育场俯瞰效果图 建筑面积15 8万平方米 南北长380米 东西长270米 主体为钢筋混凝土框架结构 屋顶结构采用钢桁架悬挑结构 屋面桁架落地 形似露珠 国家大剧院 位于北京人民大会堂西侧 西长安街以南 总占地面积近12公顷 总建筑面积近15万平方米 总投资26 88亿元 目前已进行过网壳部分设计与施工验收审查会议 该工程外部围护结构为钢结构网壳 是半椭圆球形 东西长轴212 2m 南北短轴143 64m 总高度46 285 内设歌剧院 2416席 音乐厅 2017席 及戏剧院 1040席 及公共大厅等 屋面采用钛金属板 整个网壳外环绕人工湖 35500m2 北侧主入口为80米长的水下长廊 南侧入口和其它通道也均设在水下 整体结构用钢量达6750t 荷兰的建筑团队Nox设计的首尔 汉城 剧院SeoulOperaHous 外部用透明抗噪的结构包裹起来 这样这个剧院就成了安静的港湾 广州国际会展中心 广州国际会展中心主体采用预应力钢筋混凝土结构 屋面采用大跨度预应力张弦梁管桁架 总用钢量为15000吨 讲预应力 预应力的定义 在结构承受外荷载之前 预先对其在外荷载作用下的受拉区施加压应力 以改善结构使用性能的这种结构形式称之为预应力 预应力结构的特点 改善结构的使用性能 提高结构的耐久性 减小构件截面高度 减轻自重 充分利用高强钢材 具有良好的裂缝闭合性能与变形恢复性能 提高抗剪承载力 提高抗疲劳强度 此外 预应力混凝土结构具有良好的经济性 伦敦千禧穹顶 悬索结构 耶鲁大学冰球馆 用高强钢丝做拉索 加上高强的边缘构件以及下部的支承构件 使结构自重极大地减小 而跨度大大增加 除稳定性相对较差外 是比较理想的大跨屋盖结构形式 对于建筑而言 由于拉索显示出柔韧的状态 使得结构形式轻巧且具有动感 拱形网架相当于格构化的薄壳 但由钢杆件组成的网壳一般比混凝土薄壳的自重要小得多 除了用作大空间的顶盖外 还可以整体化地围合空间 优点 造价较低 材料来源丰富 可浇注成各种复杂断面形状 可以组成多种结构体系 可节省钢材 承载能力较高 经过合理设计 可获得较好的抗震性能 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 2钢筋混凝土结构 1 优点 在钢筋混凝土结构基础上 充分发挥钢结构优良的抗拉性能以及混凝土结构的抗压性能 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层四根大钢管混凝土柱混凝土抗压强度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 上部为四个三角形巨型空间桁架平面52m 52m第二层为转换层 设置跨度为52m的周边空腹桁架和中部四角锥桁架作为巨型框架梁 最后传递给四根巨型角柱 香港中国银行 1 地上70层 315m 底平面正方形52 52m2 沿对角线分四各三角形 每隔若干层切去一各三角形 3 44层以上平面为三角形 4 主体结构为8榀巨型桁架5 各巨型桁架交点设型钢混凝土大型立柱 四角立柱底面尺寸4