高层建筑结构设计绪论

第一章绪论本章主要内容高层建筑发展历程高层建筑结构设计的主要特点高层建筑概念典型的高层建筑高层建筑发展历程高层建筑的意义——财富，技术，物质文明高层建筑的发展历程——

古代

近代

现代

当代

高层建筑的发展古代（19世纪中叶以前）中国，以塔和寺的形式保留

大雁塔北宋瞭敌塔辽代释迦塔西方（世界七大建筑）公元338年，巴贝尔塔（90米）公元前80年，亚历山大塔（117米）公元3000年，埃及胡夫塔（146.5米）欧洲教堂建筑（超过100米）法国斯塔拉斯教堂（124米）德国乌尔姆教堂（161米）英国索尔兹伯里教堂（124米）意大利安东内列纳塔（164米）

大雁塔（GreatWildGoosePagoda），世界文化遗产、全国重点文物保护单位、国家AAAAA级旅游景区。被视为古都西安和陕西省的象征。大雁塔位于西安市的大慈恩寺内，唐代永徽三年（公元652年），取经归来的玄奘法师为保存由天竺经丝绸之路带回长安的经卷佛像而修建。大雁塔现存塔身七层，通高64.5米，作为现存最早、规模最大的唐代四方楼阁式砖塔。是佛塔这一印度佛寺的建筑形式随着佛教传播而东传入中原地区并融入汉文化的典型物证，是凝聚了汉族劳动人民智慧结晶的标志性建筑。胡夫金字塔它是一座几乎实心的巨石体，成群结队的人将这些大石块沿着地面斜坡往上拖运，然后在金字塔周围以一种脚手架的方式层层堆砌。100，000人共用了20年的时间才完成的人类奇迹。胡夫金字塔建于埃及第四王朝第二位法老胡夫统治时期（约公元前2670年），被认为是胡夫为自己修建的陵墓。在古埃及，每位法老从登基之日起，即着手为自己修筑陵墓，以求死后超度为神。胡夫大金字塔的4个斜面正对东、南、西、北四方，误差不超过圆弧的3分，底边原长230米，由于塔外层石灰石脱落，现在底边减短为227米，倾角为51度52分。塔原高146．59米，因顶端剥落，现高136．5米，相当于一座40层摩天大楼，塔底面呈正方形，占地5．29万平方米。胡夫金字塔的塔身由大小不一的230万块巨石组成，每块重量在1．5吨至160吨，石块间合缝严密，不用任何粘合物。如把这些石头凿成平均一立方英尺的小块并排列成行，其长度相当于地球周长的2/3。胡夫金字塔工程浩大，结构精细，其建造涉及测量学、天文学、力学、物理学和数学等各领域，被称之为人类历史上最伟大的石头建筑，至今还有许多未被揭开的谜。2002年9月，“金字塔漫游者”机器人对胡夫金字塔内的王后殡室南通道进行探秘。这座金字塔的入口在北侧面离地18米高处，经入口的一段甬道下行通往深邃的地下室，上行则抵达国王殡室。殡室长10．43米、宽5．21米、高5．82米，与地面的垂直距离为42．28米，室内仅一红色花岗岩石棺，别无他物。另外塔内已知还有王后殡室和地下墓室。虽然胡夫的金字塔被广泛的认同其是法老的陵墓，但因为至今也没有在里面找到胡夫法老(又称基奥普斯国王)的遗体，这使得人们对这座伟大的建筑物的具体作用产生了怀疑，于是各种猜测一时间不绝于耳。这座巨大的金字塔是人类建筑史上的伟大奇迹，这一点是毋庸置疑的。无论是从技术上还是艺术上，它在技术上展示了复杂的美，艺术上则是简单的美。如今，七大奇观中只有为首的金字塔经受住了岁月千年的考验留存下来。难怪埃及有句谚语说：“人类惧怕时间，而时间惧怕金字塔。”胡夫金字塔的神奇还不止于它的宏伟壮大，更离奇的是胡夫留下的咒语，至今仍在考验着科学家们的智慧。德国乌尔姆姆教堂德国乌尔姆姆教堂教堂堂位于德国国巴登-符腾堡州乌乌尔姆市。。乌尔姆位位于德国南南部，一座座11万人口的现现代化城市市。整个城城市布局围围绕着市中中心的敏斯斯特教堂展展开。这这座教堂是是典型的哥哥特式建筑筑，高度为为世界第一一。这座砖砖石结构的的教堂从设设计到建成成经历了近近600年人世沧桑桑．凝结了了数代工匠匠的智慧和和血汗。乌尔姆敏斯斯特大教堂堂长126米，宽52米，共有三三座塔楼。。东侧双塔塔并立，西西侧教堂主主塔高耸入入云，这是是世界上最最高的教堂堂钟楼，十十分壮观。。乌尔姆建建造一座大大教堂的计计划始于1377年，同年6月30日埋下基石石。1392──1419年当地建筑筑师恩辛格格主持建造造砖石架构构的教堂主主，设计高高度156米，但经过过恩辛格极极其儿孙三三代人接力力赛的努力力，仍未能能实现设计计者的愿望望。15世纪末以后后，该教堂堂的建造断断断续续，，几经反覆覆，教堂主主塔高度达达161.6米，一代又又一代留下下姓名的建建筑师和难难以计数的的石匠参与与垒建教堂堂主塔，直直到1890年在建筑师师拜尔的主主持下终于于实现了恩恩辛格的设设想。古代高层建建筑的特点点王权宗教建建筑结构合理，，工艺精良良根据经验建建造一般不具备备居住和生生活条件高层建筑的的发展近代（19世纪）特点：新型型材料出现现，技术理理论进步标志性变革革：硅酸盐水泥泥（1824年）转炉炼钢（（1856年）钢筋混凝土土发明（1849年）电梯发明（（1857年）设计理论进进步容许应力法法（1825年）极限平衡法法（19世纪末）超静定结构构计算（1864）1856年英国人贝贝斯麦就发发明了底吹吹酸性转炉炉炼钢法，，这种方法法是近代炼炼钢法的开开端，它为为人类生产产了大量廉廉价钢，促促进了欧洲洲的工业革革命。混凝凝土土的的发发明明故故事事1．钢钢筋筋混混凝凝土土是是一一位位()发明明的的A教师师B木匠匠C花匠匠D医生生钢筋筋混混凝凝土土最最早早的的发发明明者者和和使使用用者者是是法法国国花花匠匠莫莫尼尼埃埃。。他他于于1867年申请了了一项在在混凝土土中预埋埋铁丝网网以加强强混凝土土薄管的的专利，，并在1867年巴黎世世博会上上展出了了钢筋混混凝土制制作的小小船和花花盆。莫尼埃是是法国一一名普通通的花匠匠，每天天都要和和花盆打打交道。。当时的的花盆都都是由普普通泥土土和低级级陶土烧烧制而成成，也就就是常见见的瓦盆盆，不坚坚固，一一碰就破破，因此此莫尼埃埃就用水水泥掺上上沙子制制造花盆盆，按现现在的说说法就是是混凝土土花盆。。混凝土土花盆果果然坚固固了许多多，尤其其是不怕怕压，但但和瓦盆盆一样也也有缺点点，就是是经不起起撞击。。莫尼埃埃又动脑脑筋改进进。他先先用细钢钢筋编成成花盆的的形状，，然后在在钢筋里里外两面面都糊上上水泥砂砂浆，干干燥后，，花盆果果然非常常坚固耐耐用。1867年巴黎黎世博博会上上展出出了莫莫尼埃埃的成成果，，各国国的建建筑商商亲眼眼目睹睹了钢钢筋混混凝土土的优优点，，这种种复合合材料料立刻刻受到到广泛泛青睐睐，并并迅速速成为为世界界上木木工工工程建建筑中中的主主角之之一。。近代高高层建建筑代代表性性成果果美国芝加加哥保险险公司大大楼，生生铁柱，，熟铁梁梁标志着现现代高层层的诞生生（1884年，11层）1882年建成的的Capital大楼，22层1894年建成的的公园街街大楼，，30层，118米高层建筑筑的发展展现代（19世纪末至至上世纪纪50年代）结构体系系，计算算理论进进步结构体系系方面，，纯框架架结构框框架剪力力墙结构构计算理论论方面，，力矩分分配法（（1932），破损阶段段强度计计算法（（1922）此时期代代表作：：美国大都都会保险险公司大大楼（1909年，50层，206米）美国渥尔尔华斯大大楼（1913年，60层，241米）克莱斯勒勒大楼（（1929年，77层，319米）帝国大厦厦（1931年，102层，381米）上海国际际饭店（（1934年，23层，86米）高层建筑筑的发展展当代（世世纪50年代至今今）结构体系系，计算算理论进进步结构体系系方面，，筒体结结构，空空间桁架架理论方面面，隔震震减震，，空间结结构设计计理论，，特别是是计算机机辅助设设计的出出现此时期代代表作：我国的成成就（上上海，香香港）中东地区区（英里里塔）本章主要要内容高层建筑筑发展历历程高层建筑筑结构设设计的主主要特点点高层建筑筑概念典型的高高层建筑筑高层建筑筑结构设设计的主主要特点点荷载作用：竖向荷载载，水平荷荷载，地震震作用作用特点低层结构：：水平荷载载可忽略高层建筑：：水平荷载载和地震作作用成为控控制因素建筑物的高高度对内力力，位移的的影响线性关系二次关系四次关系随着高度增增大，位移移增加最快快，弯矩次次之，轴力力最小高层建筑设设计要点较大的承载载能力较大的刚度度较小的侧向向变形过大的侧向向变形使人人感觉不舒舒服，影响响使用过大的侧向向变形使得得二次结构构出现裂缝缝过大的侧向向变形使主主体结构出出现裂缝过大的侧向向变形使结结构出现附附加内力，，引起严重重后果抗侧力结构构是设计的的关键高层建筑的的结构类型型钢结构优点：强度高，易易加工，断断面小，自自重轻，抗抗震好，工工期短。缺点：造价高，耐耐火性能不不好。发达国家多多采用钢结结构，我国国随着建筑筑高度增加加，也开始始采用钢结结构混凝土结构构优点：造价低，组组成组合结结构，承载载能力高，，设计合理理抗震性能能好，刚度度大，防火火性能好。。我国和发发展中国家家多采用混混凝土结构构。缺点：自重大，污污染环境，，断面大本章主要内内容高层建筑发发展历程高层建筑结结构设计的的主要特点点高层建筑概概念典型的高层层建筑高层建筑的的概念中国《高层建筑混混凝土结构构技术规程程》《民用建筑设设计通则》《高层民用建建筑设计防防火规范》美国，7层或25米以上为高高层建筑法国，住宅50米以上，其其他28米以上日本，10层以上10层及10层以上，或或高度大于于28米住宅建筑筑，或者高高度大于24米的其他民民用建筑本章主要内内容高层建筑发发展历程高层建筑结结构设计的的主要特点点高层建筑概概念典型的高层层建筑典型的高层层建筑哈利法塔金茂大厦天津高银117大厦上海中心哈利法塔介介绍迪拜的哈利利法塔是目目前世界上上最高的建建筑，由美美国SOM公司设计，，工程总承承包单位是是韩国三星星公司，我我国江苏南南通六建集集团承包土土建施工。。幕墙分别别由香港远远东，上海海力进，陕陕西恒远三三家公司承承包。2004年9月开工，2010年1月竣工。总总造价15亿美元。哈利利法法塔塔建建筑筑总总高高度度828米，混凝土结结构高度601米，基础埋深深30米，总建筑面面积526700平方米，有效效层数162层，可容纳12000人。高度之谜哈利法塔为保保持世界最高高的地位，钢钢结构顶部设设置了直径为为1200mm可活动的中心心钢桅杆，可可由底部不断断加长，用油油压设备不断断顶升，其预预留高度为200米。为此哈利利法塔始终不不宣布建筑高高度，直到2009年底，确认5年内世界各国国都不可能建建成更高的建建筑，才最后后确定828米的高度。2010年1月4日，哈利法塔塔举行了开幕幕式，宣布正正式建成。结构体系全钢结构优于于混凝土结构构，适合于超超高层建筑，，这是20世纪70年代的普遍共共识。这个时时期大量建造造300米以上的超高高层钢结构建建筑，如纽约约双塔（412米），芝加哥哥西尔斯大厦厦（442米）。到了20世纪80年代，人们发发现纯钢结构构不能满足建建筑高度进一一步升高的要要求，主要原原因是钢结构构的抗侧刚度度提高难以跟跟上建筑高度度的增长。从从此，钢筋混混凝土核心筒筒加外围钢结结构成为超高高层的基本形形式。如金茂茂大厦（420米），台北101（508米），上海环环球金融中心心（492米），上海中中心（632米）哈利法塔的结结构体系哈利法塔结构构上做了前所所未有的重大大突破，采用用了下部混凝凝土结构，上上部钢结构的的全新结构体体系。601米以下为钢筋筋混凝土剪力力墙结构体系系，601~828米为钢结构，，其中601~760采用带斜撑的的钢框架。侧移比比较：：纽约约世贸贸中心心，出出钢结结构，，412米处最最大侧侧移1000mm；哈利利法塔塔混凝凝土结结构，，601处最大大侧移移仅为为450mm。结构设设计混凝土土结构构设计计按照照美国国规范范ACI318-02进行混凝土土强度度等级级：127层以下下，C80；127层以上上，C60。地基基基础：：桩基基础，，194根现场场灌注注桩，，桩长长43米，直直径1500mm，迪拜拜地下下水有有腐蚀蚀性，，桩混混凝土土采用用C60等级，，加25%粉煤灰灰和7%硅灰，，水灰灰比0.32。筏板基基础：：厚度度3.75米，采采用C50自密实实混凝凝土，，加40%粉煤灰灰，水水灰比比0.34。典型的的高层层建筑筑哈利法法塔金茂大大厦天津高高银117大厦上海中中心金茂大大厦【建设地地点】：中国国上海海浦东东新区区世纪纪大道道88号【开工日日期】：1994年5月【竣工日日期】：1999年4月【占地面面积】：2.3公顷【建筑面面积】：29万平方方米【建筑层层数】：地上上88层，地地下3层【建筑高高度】：420.5米【结构形形式】：钢筋筋混凝凝土结结构【建筑造造价】：50亿【投资单单位】：中国国金茂茂（集集团））股份份有限限公司司【建筑设设计】：美国国芝加加哥SOM设计事事务所所,、主创创建筑筑师AdrianSmith【中方配配合设设计】：上海海现代代建筑筑设计计（集集团））有限限公司司典型的的高层层建筑筑哈利法法塔金茂大大厦天津高银银117大厦上海中心心天津高银银117大厦高银中国国117大厦项目目总投资资为80亿元，项项目选址址位于天津新技技术产业业园区（环外））中央商务务区内，海泰泰东西大大街以北北、海泰泰南北大大街以西西、规划划路以南南、海泰泰内环一一路以东东，大厦厦南面为为含有中中央商务务区地下下车库出出入口的的广场，，北面为为规划的的二层特特色商店店区，东东西两面面为规划划的商业街，总占地地面积33858平方米。。总建筑筑面积约约83万m2。主要建设设一栋地地上117层的塔楼楼、东西西两侧附附带4层裙楼。。首层至至92层将用作作甲级写字字楼，93层至顶层层将用作作六星级级豪华商商务酒店店。建成成后预计计办公人人数将达达到17590人；酒店店设置300间客房10项工程之之最