高层建筑钢结构-第一章概论概论课件

高层建筑钢结构设计土木工程与建筑学院1、张耀春，钢结构设计，高等教育出版社，20072、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，20034、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：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：结构用钢体系和布置结构分析构件设计节点设计高层建筑钢结构钢结构设计理论城市化进程加速、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9～16层（最高50m俗称小高层）第二类17～25层（最高75m俗称中高层）第三类26～40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高层建筑我国《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24m2）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％84.4％78.6％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2～3％

S较RC可增加4～6％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全钢结构体系1.3高层钢结构体系介绍平面框架15～30层平面框架-支撑结构40～60层等效筒体结构50～65层高效筒体结构65～110层

(框筒、筒中筒、成束筒)

巨型结构65～110层以上

(巨型框架、巨型桁架、巨型悬挂、巨型分离式)不同结构体系的对比混合结构体系

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，铁钢开始用于建筑

1872年法国巴黎Menier巧克力厂采用了钢框架结构

1885年美国芝加哥建成了HomeInsurance大楼，开始建成10层，后又追加了2层的钢梁、生铁柱框架发展期

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。Empirestatebuilding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。SearsTower成束筒体系。Sears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。芝加哥JhonHancock大厦，100层344米，用钢量145Kg/m2，1969年建成。大型支撑框筒体系。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。日本最高建筑为横滨里程碑(LandMark)大厦，73层，高296米，1993年建成。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23m×23m外筒直径46m，由16根钢砼柱组成,C80砼41~42层处,58m跨钢天桥世界第一高的比较TwintowersSears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C70～C100，上156米为钢结构塔楼，总高度609米。

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。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６２８．９米的美国北达科他州ＫＶＬＹ－ＴＶ电视发射塔，从而成为世界最高建筑。ＫＶＬＹ－ＴＶ电视发射塔自１９６３年以来保持着世界最高牵索建筑纪录。迪拜塔于２００４年９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。

韩国正在建造130层高580米的国际贸易中心，造价13亿，工期为2004～2008年。

日本的超高层建筑构想如下高800米的Millenuium塔高800米的DIB-200动力智能大厦高1000米的空中城市高2001米的空中大都会高4000米超过富士山的整体都市设想思考问题：交通空间浪费结构防灾是否越高越好？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。国内目前最高的为上海金贸大厦，88层，高421米国内第二高的为深圳地王大厦，81层，高384米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。目前在建的高层钢结构见下表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。伸臂桁架和带状桁架B3~56层核心筒56~78层核心筒77~90层核心筒武汉国际证券大厦建筑面积：1390万m2。高度：338m；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）中国国际贸易中心3期建筑规模：地上74层，地下三层，总高330m，总建筑面积192000m2；标准层尺寸：53.3×53.3。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28～30层和55～57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Q390－Z25，梁Q345；总重为42000t.腰桁架和伸臂桁架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：67m×61m。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。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800×800；

H型钢柱：板厚80mm，最大截面800×800；

圆形钢管柱：板厚60mm，直径1000mm；

矩形桁架：板厚60mm，截面1000×600×60；

材质：Q345CZ15，用钢量39000吨。北京电视中心安装现场

复杂箱形柱北京电视中心：钢管柱轴测图北京电视中心：箱型钢柱轴测图北京电视中心：H型钢柱轴测图桁架整体预拼装布置图桁架最大板厚60mm、截面H1000*600*40*60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；北京中关村金融中心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650×650，板厚70－80mm，最厚100mm。材料：70—100mm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-支撑体系北京中关村金融中心安装现场北京中关村金融中心安装现场北京中关村金融中心安装现场箱型柱最大板厚100㎜，截面650*650上海中心大厦（计划中）上海中心大厦的建筑结构高度确定为565.6米(原公布为580米)，但其总高度将达到632米有龙形方案和尖顶型两种最快在年内开工，并有望于2013年竣工中标的龙型方案，来自美国GENSLER事务所，建筑外观宛如一条盘旋升腾的巨龙，“龙尾”在大厦顶部盘旋上翘，“其优势在于顶端可以借由天线，进一步攀高”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。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48m×48m总投资30亿美元混凝土：112,000m3钢筋：18,000t钢：28,000t结构方案：超大型结构柱和多个悬臂梁结构组成的结构框架，只有中心结构和8根位于结构外沿的SRC柱，每边的2根柱距离24m，营造出无柱空间的效果。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。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。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国外1965年以前1966年以后层数Kg/m2Kg/m220~3011010331~421449743层以上163138平均139113我国：

90年代以前建成的11栋钢结构建筑(26~53层)，用钢量为95～160Kg/m2，平均