高层建筑与材料课件

1、1第第7 7章章 高层建筑与材高层建筑与材料料高层建筑与材料2高层建筑与材料3 “城市是一本打开的书，从中可以看到它的抱负。” “让我看看你的城市，我就能说出这个城市居民在文化上追求的是什么。” 美国城市规划学家沙里宁（Eero Saarinen）高层建筑与材料4内 容1-21-2层称为低层建筑层称为低层建筑 3-63-6层称为多层建筑层称为多层建筑7-307-30层左右称为高层建筑层左右称为高层建筑3030层以上层以上( (或高度超过或高度超过100m)100m)叫做超高层建筑。叫做超高层建筑。 高层建筑的发展与未来高层建筑的发展与未来 高层建筑与城市环境高层建筑与城市环境 高层建筑与材料、

2、施工方法高层建筑与材料、施工方法高层建筑与材料57.1 7.1 高层建筑的发展与未来高层建筑的发展与未来20002000多年前的古罗马时代建造的多年前的古罗马时代建造的1010层左右的建筑物所采用的结层左右的建筑物所采用的结构形式是承重墙结构构形式是承重墙结构一、一、 近代高层建筑的兴起近代高层建筑的兴起二、二、 实现高层建筑的社会条件和技术条件实现高层建筑的社会条件和技术条件三、三、 现代高层建筑的发展现代高层建筑的发展四、四、 未来高层建筑的发展趋势未来高层建筑的发展趋势高层建筑与材料61 1 承重墙结构对层高的限制承重墙结构对层高的限制进入进入1919世纪，人口向城市集中，出现了解决世纪

3、，人口向城市集中，出现了解决城市人口居住集中问城市人口居住集中问题题的需求。同时，的需求。同时，炼钢技术的成熟、水泥、混凝土材料的出现炼钢技术的成熟、水泥、混凝土材料的出现，为建筑结构形式向大型化发展提供了物质基础。为建筑结构形式向大型化发展提供了物质基础。最初建造高层建筑的结构形式仍然采用最初建造高层建筑的结构形式仍然采用砌筑承重墙砌筑承重墙结构。结构。例如例如18911891年在芝加哥建造了一座高年在芝加哥建造了一座高1616层的层的Monadnock(Monadnock(摩那顿克摩那顿克) )大厦，下部承重墙的厚度达到了大厦，下部承重墙的厚度达到了1.8m1.8m7.1.1 7.1.1

4、近代高层建筑的兴起近代高层建筑的兴起高层建筑与材料72 2 框架结构体系和金属材料的应用框架结构体系和金属材料的应用轻型的框架结构系统轻型的框架结构系统: : 由梁和柱构成刚性的框架由梁和柱构成刚性的框架, , 楼板和墙体的楼板和墙体的自重首先传递到梁上，然后通过柱直接传递到基础，墙体只起围自重首先传递到梁上，然后通过柱直接传递到基础，墙体只起围护作用而不承重，而承重的梁和柱采用具有很高强度的钢材或钢护作用而不承重，而承重的梁和柱采用具有很高强度的钢材或钢筋混凝土。筋混凝土。18511851年在英国的曼彻斯特，第一次用铸铁材料建造七层框架结构年在英国的曼彻斯特，第一次用铸铁材料建造七层框架结构

5、的轧棉工厂建筑物的轧棉工厂建筑物, ,并且首次采用并且首次采用I I型断面的梁和柱型断面的梁和柱高层建筑与材料83 3 构件标准化的设计思想构件标准化的设计思想18511851年，在英国万国博览会上展出的水晶宫，在结构形式、年，在英国万国博览会上展出的水晶宫，在结构形式、材料、生产方式和施工方法等方面实现了完美的统一，确立了材料、生产方式和施工方法等方面实现了完美的统一，确立了框架体系和钢材框架体系和钢材在高层建筑中的基础地位。在高层建筑中的基础地位。同时，同时，构件标准化构件标准化( (模数化模数化) )的设计思想的设计思想为后来建筑材料及构为后来建筑材料及构件的量化生产奠定了基础。件的量化

6、生产奠定了基础。高层建筑与材料94 4 纵向交通手段的纵向交通手段的建立建立随着楼层的增高，人们开始研究开发建筑物内部的随着楼层的增高，人们开始研究开发建筑物内部的纵向交通系纵向交通系统统18511851年在纽约建造的年在纽约建造的5 5号街饭店建筑中，最早出现了电梯号街饭店建筑中，最早出现了电梯高层建筑与材料10这是这是KLCCKLCC购物中心内邻着电扶梯的楼购物中心内邻着电扶梯的楼层设计，也就是中间也采圆形的回转层设计，也就是中间也采圆形的回转动线。动线。这则是台北这则是台北101101中同样邻着楼梯的设计，中同样邻着楼梯的设计，有点似曾相似吧！有点似曾相似吧！高层建筑与材料115 5 用

7、剪力墙增加横向刚度用剪力墙增加横向刚度随着层数增多，在风力、地震等水平荷载的作用下，建筑物的随着层数增多，在风力、地震等水平荷载的作用下，建筑物的横横向变形和位移增大向变形和位移增大18911891年，年，RurnhamRurnham和和RootRoot两位建筑师在芝加哥建造了两位建筑师在芝加哥建造了2020层高度的层高度的Masonic TempleMasonic Temple，并在此建筑物中第一次设计使用了钢结构的，并在此建筑物中第一次设计使用了钢结构的剪剪力墙力墙，使高层建筑的建造技术又向前迈出了一步，使高层建筑的建造技术又向前迈出了一步高层建筑与材料126 6 混凝土材料在高层建筑中的

8、应用混凝土材料在高层建筑中的应用从从18901890年代开始，混凝土作为一般的建筑材料开始年代开始，混凝土作为一般的建筑材料开始得到人们的承认得到人们的承认, 1903, 1903年由佩雷设计的巴黎的富兰年由佩雷设计的巴黎的富兰克林公寓大楼，开始采用了钢筋混凝土材料。几乎克林公寓大楼，开始采用了钢筋混凝土材料。几乎在同时，在美国的辛辛那提建造了在同时，在美国的辛辛那提建造了1616层的层的Ingall Ingall buildingbuilding，是世界上，是世界上第一个以钢筋混凝土作为框架第一个以钢筋混凝土作为框架结构材料结构材料的高层建筑。的高层建筑。直到第二次世界大战结束以后才开发出非

9、常完善的直到第二次世界大战结束以后才开发出非常完善的以钢筋混凝土材料为结构框架的体系。以钢筋混凝土材料为结构框架的体系。目前目前，高层建筑所用的结构材料已经是，高层建筑所用的结构材料已经是钢材和钢筋钢材和钢筋混凝土平分秋色混凝土平分秋色。高层建筑与材料13马来西亚佩重纳斯大厦452m 高层建筑与材料14 7.1.2 7.1.2 实现高层建筑的社会条件和技实现高层建筑的社会条件和技术条件术条件1.1.社会需求社会需求人口向城市高度集中人口向城市高度集中 城市功能的多样化城市功能的多样化2.2.国家相关法规国家相关法规 高层建筑涉及到安全、管理、能源、治安、环境等一系列社会高层建筑涉及到安全、管理

10、、能源、治安、环境等一系列社会问题问题19231923年年9 9月日本关东大地震以及由此引发的火灾，造成月日本关东大地震以及由此引发的火灾，造成了十几万人丧生的惨剧。从此以后，日本的建筑法规了十几万人丧生的惨剧。从此以后，日本的建筑法规一直限制建筑物的高度不能超过一直限制建筑物的高度不能超过31m31m，从，从2020世纪世纪6060年代年代开始，日本才发展高层建筑开始，日本才发展高层建筑高层建筑与材料153. 3. 技术条件技术条件(1)(1)结构设计的计算手段和绘图手段结构设计的计算手段和绘图手段(2)(2)现代施工管理方法的开发现代施工管理方法的开发(3)(3)现代化的建筑设备现代化的建

11、筑设备(4)(4)现代化的施工机械现代化的施工机械(5)(5)材料的工业化生产及新型建筑材料的开发材料的工业化生产及新型建筑材料的开发高层建筑要求高层建筑要求轻质高强型材料、耐火性材料、不需搭轻质高强型材料、耐火性材料、不需搭设临时设施即可施工的幕墙构件，组装式墙板、楼板、设临时设施即可施工的幕墙构件，组装式墙板、楼板、厕所、浴室等单元构件等，这些基本都已实现了工厂厕所、浴室等单元构件等，这些基本都已实现了工厂化生产。化生产。钢结构的连接技术采用高强螺栓，不需现场焊接等等，钢结构的连接技术采用高强螺栓，不需现场焊接等等，这些都是高层建筑不可缺少的物质条件。这些都是高层建筑不可缺少的物质条件。高

12、层建筑与材料16 7.1.3 7.1.3 现代高层建筑的发现代高层建筑的发展展2020世纪初，高层建筑最先在美国迅速发展世纪初，高层建筑最先在美国迅速发展 19051905年，在纽约建成了年，在纽约建成了5050层的都市大厦层的都市大厦19311931年在纽约建造了年在纽约建造了102102层、高度层、高度381m381m的的帝国大厦帝国大厦19721972年在纽约建成了年在纽约建成了世界贸易中心世界贸易中心，110110层，层，417m 417m 19741974年落成的高度年落成的高度443m443m的西尔斯大厦的西尔斯大厦19961996年在马来西亚的吉隆坡落成的年在马来西亚的吉隆坡落成

13、的佩重纳斯大厦佩重纳斯大厦高度达到高度达到452m452m世界各国把挑战新的高度作为科技水平和经济实力的象征世界各国把挑战新的高度作为科技水平和经济实力的象征高层建筑与材料17高层建筑与材料18高层建筑与材料19高层建筑与材料20我国高层建筑的发展我国高层建筑的发展19291929年建造的年建造的上海华懋公寓上海华懋公寓这幢大楼高这幢大楼高1414层层，是上海最早超过，是上海最早超过1010层层的高层建筑；的高层建筑；曾经号称曾经号称 远东第一高楼远东第一高楼 的的上海国际饭店上海国际饭店，建于，建于19341934年，地上年，地上2222层，层，高高8282米米，从，从19341934年到年

14、到7070年代末，国际饭店一直是上海的最高建筑。年代末，国际饭店一直是上海的最高建筑。 19741974年建成年建成北京饭店北京饭店东楼（东楼（1919层，层，87.15m)87.15m)；19761976年广州建成年广州建成白云宾馆白云宾馆（3333层，层，114.05m)114.05m)；19851985年深圳建成年深圳建成国际贸易中心大厦国际贸易中心大厦（5050层，层，158.65m158.65m）；）；19871987年开工建设的年开工建设的国际大厦国际大厦（6363层，层，200m200m）同年北京动工的京广中心大厦（同年北京动工的京广中心大厦（5757层，层，208m208m）高

15、层建筑与材料21上海金茂大上海金茂大厦厦19981998年建成，年建成，8888层，层，420m420m，高层建筑与材料22香港国际金融中心香港国际金融中心20032003年，楼高年，楼高8888层共层共420420米米高的香港国际金融中心第高的香港国际金融中心第2 2期落成启用。期落成启用。高层建筑与材料23上海环球金融中心上海环球金融中心高层建筑与材料24高层建筑与材料25国际金融中心大厦，中国台北高层建筑与材料26 国家石油双子星座大厦国家石油双子星座大厦（塔楼（塔楼1 1，2 2），），马来西亚吉隆坡 高层建筑与材料27 西尔斯大厦，芝加哥西尔斯大厦，芝加哥（Sears Tower）

16、高层建筑与材料28高层建筑与材料29 高层建筑与材料30高层建筑与材料31 高层建筑与材料32高层建筑与材料33高层建筑与材料34阿联酋开始建造世界第一高楼阿联酋开始建造世界第一高楼 “迪拜塔迪拜塔”高度高度828828米米（Burj Dubai） 由美国建筑师阿德里安由美国建筑师阿德里安史密斯设计，史密斯设计，整个工程将耗资亿美元，整个工程将耗资亿美元，1010年年1 1月月4 4日落成日落成高层建筑与材料35高层建筑与材料36美国福德姆公司准备在芝加哥建造一座美国福德姆公司准备在芝加哥建造一座115115层层600600公尺公尺高的摩天大楼（筹款中）。这幢大楼如果按计划建成，高的摩天大楼（

17、筹款中）。这幢大楼如果按计划建成，将成为美国乃至世界第一高楼。将成为美国乃至世界第一高楼。 高层建筑与材料37 印度德里地方官员公布，他们将在印度德里地方官员公布，他们将在德里郊区的诺依达工业开发区建造德里郊区的诺依达工业开发区建造一座超级摩天大楼。该大楼将高达一座超级摩天大楼。该大楼将高达710710米，主体结构将有米，主体结构将有202202层层。这座摩天大楼的造型酷似喜马拉雅这座摩天大楼的造型酷似喜马拉雅山，预计将于山，预计将于20132013年建成并投入商年建成并投入商业运营业运营高层建筑与材料387.1.4 7.1.4 未来高层建筑的发展趋未来高层建筑的发展趋势势1 1大城市中心地带

18、超高层建筑增多大城市中心地带超高层建筑增多2 2城市周边部位城市周边部位3. 3. 更加注重与环境的协调和功能的统一更加注重与环境的协调和功能的统一4 4由高技派转向自然化、古朴化由高技派转向自然化、古朴化5 5综合性立体城市的设想综合性立体城市的设想高层建筑与材料397.2 7.2 高层建筑与城市环境高层建筑与城市环境1 1 增加城市的现代化色彩，提高效率增加城市的现代化色彩，提高效率2 2 促进科学技术的发展促进科学技术的发展3 3 自然采光和换气效果差自然采光和换气效果差4 4 横向振幅较大横向振幅较大 居住性差居住性差5 5 对周围街区风向对周围街区风向 风力的影响风力的影响6 6 城

19、市防灾成为新的课题城市防灾成为新的课题7 7 通讯电波的障碍通讯电波的障碍高层建筑与材料407.3 7.3 高层建筑与材料、施高层建筑与材料、施工方法工方法1 1 促进建筑材料的制品化促进建筑材料的制品化 将原材料加工成建筑构件，在现场进行组装和连将原材料加工成建筑构件，在现场进行组装和连接，在减轻高空作业量的同时，极大地提了施工效率接，在减轻高空作业量的同时，极大地提了施工效率例如例如在工厂内用混凝土预制成楼板、梁、柱等构件在工厂内用混凝土预制成楼板、梁、柱等构件用钢材、铝合金、塑料等制成门窗构件，在现场安装或用钢材、铝合金、塑料等制成门窗构件，在现场安装或连接即可连接即可甚至可以预制成房屋

20、建筑的某些单元甚至可以预制成房屋建筑的某些单元( (厨房、厕所、浴厨房、厕所、浴室等室等) )，吊装到现场组装，吊装到现场组装高层建筑与材料412.半模板式楼板的开发高层建筑与材料423.外墙结构形式和材料的开发幕墙：象帷幕一样安装在结构框架上，不承受荷重，只起围护作用幕墙：象帷幕一样安装在结构框架上，不承受荷重，只起围护作用的建筑物的外墙的建筑物的外墙1 铝合金幕墙2 玻璃幕墙3 混凝土幕墙4. 花岗岩幕墙高层建筑与材料43给人以现代化的给人以现代化的印象和时代感印象和时代感纽约哥伦布圆环传媒中心大厦纽约哥伦布圆环传媒中心大厦玻璃幕墙玻璃幕墙高层建筑与材料444 4 用于高层建筑的结构材用于

21、高层建筑的结构材料料 总体上的性能要求是质量轻、强度高、具有防火、耐火性，并总体上的性能要求是质量轻、强度高、具有防火、耐火性，并且易于施工且易于施工其结构形式主要有钢结构其结构形式主要有钢结构(S(S结构结构) )、钢筋混凝土结构、钢筋混凝土结构(RC(RC结构结构) )、钢材和钢筋混凝土的组合结构（钢材和钢筋混凝土的组合结构（SRCSRC结构）结构）高层建筑与材料45(1) (1) 钢结构（钢结构（S S结构）结构）钢材的抗拉、抗压强度都很高，同时具有良好的抗冲击钢材的抗拉、抗压强度都很高，同时具有良好的抗冲击韧性，且加工和连接技术已经相当发达。韧性，且加工和连接技术已经相当发达。用钢材作

22、为结构材料，构件的截面尺寸小，自重轻，建用钢材作为结构材料，构件的截面尺寸小，自重轻，建筑物的有效空间大，抗震性能好；筑物的有效空间大，抗震性能好；钢结构构件工厂化生产程度高，施工简便快速钢结构构件工厂化生产程度高，施工简便快速可见，可见，用于超高层建筑时钢材的优越性更为突出。用于超高层建筑时钢材的优越性更为突出。 至至19961996年，全世界年，全世界119119幢高度在幢高度在200m200m以上的超高层建以上的超高层建筑中，有筑中，有7575幢采用钢结构，占总数的幢采用钢结构，占总数的6363。高层建筑与材料46钢结构高层建筑的最大弱点是钢结构高层建筑的最大弱点是耐火性差耐火性差，钢材

23、导热系，钢材导热系数大。在高温下容易软化、变形。强度降低，难以承数大。在高温下容易软化、变形。强度降低，难以承担荷载。担荷载。到目前开发的材料和结构形式有到目前开发的材料和结构形式有耐火钢、耐火涂料或耐火钢、耐火涂料或耐火材料包覆，以及钢管内灌注防冻结和防腐蚀的液耐火材料包覆，以及钢管内灌注防冻结和防腐蚀的液体、水冷钢管结构体系体、水冷钢管结构体系等。等。 水冷钢管结构体系水冷钢管结构体系是将用做柱和梁的钢管在端口处封闭是将用做柱和梁的钢管在端口处封闭组合，形成连通的体系，在内部充满水或溶液并且使之组合，形成连通的体系，在内部充满水或溶液并且使之循环。这种结构循环。这种结构利用钢管内的液体蒸发

24、潜热抑制钢结构利用钢管内的液体蒸发潜热抑制钢结构骨架的温度上升骨架的温度上升，提高钢结构的耐火性能。，提高钢结构的耐火性能。高层建筑与材料47水冷钢管的结构形式高层建筑与材料48(2)(2)钢筋混凝土结构（钢筋混凝土结构（RCRC结构）结构）建造成本较低，稳定性和耐火性好建造成本较低，稳定性和耐火性好随着高性能混凝土的开发和泵送施工技术的进展，混凝土材料随着高性能混凝土的开发和泵送施工技术的进展，混凝土材料的性能不断得到改善的性能不断得到改善, , 施工效率提高施工效率提高弱点：截面尺寸大，施工所用材料量大，施工速度慢，自重较弱点：截面尺寸大，施工所用材料量大，施工速度慢，自重较大大在全世界在全世界119119栋高度超过栋高度超过200m200m的超高层建筑中，有的超高层建筑中，有2525幢采用了幢采用了钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构高层建筑与材料49(3)(3)钢钢- -钢筋混凝土组合结构钢筋混凝土组合结构(SRC(SRC结构结构) )钢结构的超高层建筑强度高，可以减小构件的截面尺寸，但钢结构的超高层建筑强度高，可以减小构件的截面尺寸，