结构的材料课件

高层建筑的结构材料

(SCandSRC)

钢骨-钢筋水泥三月八日–跨学科活动日B5活动洪港生老师国金二期中银大厦长江中心中环广场合和中心香港金融区天际线

“竹竿身材”如何抵御台风、地震等外界侵袭呢？钢筋混凝土结构(RC)、钢结构(SC)

与钢骨混合水泥结构(SRC)

结构材料的优点、缺点，摩天大楼使用的材料如C40混凝土、钢骨框架等，幕墙建筑的运用。钢结构的特点钢结构构件，可以实行工厂化生产，现场安装。由于现场作业量小，少污染环境。施工机械化度高，施工快。同样面积建筑物，钢结构比砼结构工期短三分一，且可节省支模材料。钢属于均质材料，钢筋混凝土属非均质材料。钢结构建筑物，应力全由钢骨承受，不同于钢筋混凝土由混凝土承受压应力、抗拉钢筋承受拉应力。钢，具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工速度快、地基费用省、外形美观等一系列优点。SRC(SteelandReinforcedConcrete)防震钢骨大楼钢骨的韧性，能减轻地震对结构体的破壞，混凝土的延展性能降低非结构体的破坏。钢骨结构梁与柱的紧密一致的正面接合，使构材充份发挥『抗震效果』。SRC结构以钢筋混凝土包构钢骨，是最安全的柱梁，结构应力均匀分配传递，抗震效果最好。优點:耐久性，防火性高。由RC承受钢骨变形量，地震时摇晃程度较SC结构小，减轻内部摆设之破坏，舒适度较佳。结构材料韧性高於RC。可减缓钢骨局部挫屈之情形。

可免除钢结构所需之装修工程，且可加大跨度。钢骨可作為施工中之支撑。缺点施工期较RC结构长3-4个月。多钢骨材料，造价高于RC。

剪力墙（shearwall）称为耐震壁，是建筑物抗震的重要结构体，通常被设计在电梯间，较一般墙壁厚许多（25-50公分)，大多都是钢筋混凝土所建构。剪力墙的劲度大，承担大部份结构物的水平力，在地震初期就把大部份的能量吸收，减少结构的破坏，是耐震设计中重要的结构系统。钢骨外层另配钢筋，并灌浆作保护层，好处是具有钢骨构造及RC构造的优点。柱子强度高則柱断面小，使整个建筑重量变轻，减少受地震力的影响。纯钢骨建筑受侧向力时变形过大，地震来时摇晃程度比RC构造利害，RC保护层构造减少变形过大的问题。钢骨-钢筋混凝土(SRC)结构钢筋混凝土(RC)不是盖高楼的好材料倒不是RC不能盖高楼，而是盖到21层的RC建筑，在载重层层累积下，那柱子可能会大到1.2M*1.2M以上，严重影响室内可用空间和隔间。超过20层的就经济而言应该用SRC或SC，有效减低「构材尺寸」，又能兼顾韧性抗震。因為地震力跟建筑重量成正比，顶楼只要负担该层结构体重量所形成的侧向作用力，负担的力量小，没有其他因素的话，变形自然就最小﹔但一楼却必須负担其上所有楼层累加重量形成的侧向作用力，因此以剪力而言，一楼自然受力最大。

自然界常见的野草为例

草长得高(25CM高好了)的时候(楼层高)，那草通常就必须跟着风吹的韵律摇阿摇，借着摇晃来抵销水平风力的能量，草就不会吹倒或连根拔起，但是你如果把草剪成剩三分之一长度(8CM高好了)，那只剩下半段的草大概就不会去摇了，而是以本身該下半段的硬度直接去抵抗风力﹔建筑物结构要选用何种型式去对抗水平力(地震,风力)，得看建筑细长比例(高/平面面积)而定。细长比越大，比较适合用韧性材料去处理(钢骨好)，反之则否(低楼以刚性去处理

–RC好)。一般10层以下的房子适合用RC(钢筋混凝土)的，中高层建筑(15-25层)可用SRC(钢骨钢筋混凝土)的，超高层建筑则适用SC(钢骨构造)的。梁柱弯矩接合合成梁—剪力连接器

合成柱－十字形组合断面

基础板接合—承受轴压力柱及基础板接合

钢骨多种接合模式逆打钢支柱RC灌浆基桩RC灌浆钢混水泥结构的施工钢骨构件浇灌C50混凝土成钢骨钢筋的高楼

台湾巨蛋大厦SRC(钢骨-钢筋结构)ＳＲＣ结构，结合钢骨的高抗拉能力以及混凝土的高抗压能力，兼顾结构的韧性和刚性。ＢＯＸ方型钢柱，在钢骨的四周外围，以坚固的水泥做保护层，不仅有优越的抗震性，比ＳＣ纯钢骨具备更佳的耐火性。每栋建筑的十六根柱结构，宛如井字型的九宫格，前后左右对称，无论四面八方受力都非常地平衡，不会旋转扭曲，这就是最安全的韧性立体刚构架。每栋建筑都有两道厚达７０cm

的剪力墙，以增加结构的刚性，除了有效提升抗震力，更能减轻地震或强风所造成的摇晃，即使住在高楼层不会晕，家中摆设不会掉落。

世界摩天大楼的建筑材料从八十年代至今由于钢结构、钢—混凝土混合结构的盛行，钢构安装技术有新发展。以塔式起重机为主机进行安装，高强螺栓连接取代铆接和部分焊接。

在世界范围内（日本除外）高度200—

262m的建筑物，RＣ结构跟钢结构或钢混结構，是可以相互竞争领域，在200m以下的建筑物，RC结構所占的比例大。在262m以上的建筑，全部为钢或钢混结构。在全世界最高的104幢建筑物中，钢结構占69幢，钢混結构占21幢，且占据了前面第1～19名和21～28名的位置。RC结构僅占14幢。

香港上海汇丰银行总行诺曼·福斯特大胆采用钢骨及玻璃为基本建材，取消传统用梁柱支撐内部的做法，将建筑结构完全开放，在入口手扶梯处向上望，银行里的活动情形清晰可见。安全方面是通过精密的风速、声波测试。每一个细部、桁架、斜撑和杆件都似乎负载着巨大的荷载。大厦從八组柱子上腾空架起，建筑悬立在3组垂直组合的4对钢柱上，在整个高度上，5组2层高的桁架将钢柱连接起來，备组楼层就悬挂在桁架上。3组垂直的楼身结构高度不一，形成了一个错落的轮廓。外墙是特别设计的外包铝板结构和透明玻璃板的组合，以表现内部空間的丰富。成束筒体系是由多个筒体组成的筒体结构。最典型的成束筒体系的建筑为美国芝加哥的西尔斯塔楼。美国芝加哥的西尔斯塔楼（1974），地上110层，地下3层，高443m，包括两根TV天线高475.18m，采用钢结构成束筒体系。1～50层由9个小方筒连组成一个大方形筒体，在51～66层截去一个对角線上的二个筒，67～90层又截去另一对角線上的另两个筒，91层及以上只保留二个筒，形成立面的参差错落，使立面富有变化和层次，简洁明快。西尔斯楼筒体不同高度的截面美国芝加哥西尔斯塔楼【图说︰这是世贸大楼当年正在建筑时的情景。照片中，大楼钢丝网外墙骨架看得一清二楚。】现代摩天大楼的设计，是以建筑物的中央核心支撑起整个结构，周围外柱的功能就像支架，能使大楼在台风、地震中不至倾倒或滑动。同时，每层的地板则将内外支架联系在一起，以撑起整栋建筑。世贸大楼的设计，代表1960年代后期最先进的技术；它的钢丝网外墙骨架极为坚固，但是支撑各楼层的钢桁架却非常脆弱，而且大楼中央核心的结构设计，没有考虑到侧面负载暴增的情况。飞机撞进大楼时，毁掉许多内外支柱，大部分保护钢铁构件的防火披覆也脱落。大楼尚未遭到破坏的结构虽然还能支撑梁柱倒塌后新增加的负载，但是飞机燃料将各楼层所有的可燃物都卷入大火，于是大楼结构还要对抗潜伏在火势中的破坏力量。

世贸大楼的弱点台湾、迪拜摩天大楼在整个建筑结构上，101大楼采用的是巨型建筑建构，该楼建在深达80尺的380支基桩上，从92楼还悬挂着世界最大的被动式风阻尼器，能够抵消自然力量造成的摆動，确保大楼人员的舒适。101大楼大部份楼层为办公室，设置各种最先进通信设备。阿联酋首都迪拜正在兴建的BurjDubai摩天大楼，有192根钢筋混凝土巨柱从40米的地基深处向蓝天挺进。这个海湾地区的弹丸小国，将以705米的新高度从台北市的“101”大楼(508米)手中，夺取“世界第一高楼”的桂冠。什么是建筑幕墙?

建筑幕墙不同于填充墙，它是由面板和支承结构组成的完整的结构系统；建筑幕墙具有两个特点：(1)不分担主体结构所受的荷載和作用的围护结构。(2)在自身平面内可以承受较大的变形或者相对于主体结构可以有足够的位移能力；幕墙通常由面板（玻璃、铝板、石板、陶瓷板等）和后面的支承结构（铝横梁立柱、钢结构、玻璃肋等）组成。由于面板之间有宽缝，面板与横梁立柱的连接有活动能力，所以幕墙在平面内，可以承受1/100的大变形。幕墙用螺栓、摇臂、弹簧机构与主体结构连接，可以在两者间产生大的相对位移，侧移达到1/60时，幕墙也不损坏。

建筑幕墙的选用用建筑幕墙将整个结构包封起来，让结构处在室内，温度不再变化，就不会产生对结构的损害，保证主体结构安全，就是高层建筑须采用幕墙的一个主要原因。传统砖墙、砌块墙是填在梁柱平面的，梁和柱子有部分露在室外大气中，直接受到温度变化的影响。所以填充墙解决不了温度变化的问题，难以在高的建筑中应用。各种类型建筑幕墙的振动台试验，即使当台面输入加速度达到0.9g（相当于10度大震），结构位移达到1/60以上时，幕墙也没有损坏。

千丝板、埃特板、微晶玻璃、陶瓷挂板等一大批新型建材在建筑幕墙上使用加速了幕墙技术的发展。

高楼大厦地震中强烈摆动，只有幕墙能保证抗震安全，不会倒塌。

砌體填充墙在自身平面内变形能力很差，又被填充在主体结构内，不能有相对的位移，在1/1000位移时开裂，1/300位移时破坏，在小地震下会破损，中震下会严重破坏。常规玻璃窗大体上差不多，在地震中震害非常严重。幕墙的板面宽缝和特别的连接构造，耐受1/100~1/60的大位移。类似于树叶相对于树枝，无论主体结构怎样摇晃，幕墙都无恙。玻璃幕墙的重量相当于砖墙的1/10，混泥土墙板的1/7；铝板幕墙更轻，370mm砖墙760kg/㎡，200mm空心砖墙250kg/㎡，玻璃幕墙有35~40kg/㎡，铝板幕墙有20~25kg/㎡。一座150m高，外墙面爲20000㎡的高层建筑，用幕墙减轻墙体自身5000t-12000t，大大减少主体结构的材料用量，也减轻基础的荷載，节约基础造价。在上海、天津等软地基上建造超高层建筑，起了决定性的作用。建筑材料，如钢材、水泥都是高耗能、高造价的材料。预制浴室预制墙身

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序。屋邨预制浴室、预

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整個预制浴室是一个盒形的产品，运送到地盘前已完成防水、铺砌墙身瓦、水喉套筒及暗喉的工序。预制浴室是利用合符规格的轻质混凝土组成，在墙身加入铁网组成，比传统用的干间墙更坚固。预制浴室是一独立构件没有接口，渗漏的问题可以完全解决。整个生产过程在工厂完成后才运送到建筑地盘，减少泥水粉饰的工序

，大大减低在建筑过程中所产生的建筑废料。悬

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