高层建筑的概念

1、,高层建筑火灾扑救,一、高层建筑的基本概念,高层建筑火灾扑救,世界各国对高层建筑有不同的定义，有的是以层数划分，有的是以高度（米）划分。我国定义的高层建筑，分为两类，一类是居住建筑，基本以层数划分，即指10层及10层以上的居住建筑（包括首层设置商业服务网点的住宅）；另一类工业厂房、库房和公共建筑，以高度划分，即建筑高度超过24米的两层及两层以上的厂房、库房和公共建筑（不包括单层主体建筑高度超过24米的体育馆、会堂、剧院等公共建筑以及高层建筑中的人民防空地下室）。当建筑高度超过100米时，我们习惯上称为超高层建筑。,（一）定义：,高层建筑火灾扑救,高层建筑火灾扑救,高层建筑是近代经济发展和科学技

2、术进步的产物。城市人口集中、用地紧张以及商业竞争的激励化，促使了近代高层建筑的出现和发展。,高层建筑火灾扑救,世界上第一幢近代高层建筑是美国芝加哥家庭保险公司大楼（HomeInsurance），10层，55米，建于18841886年，采用铸铁框架承重的结构。后来随着钢筋混凝土、钢材、高强度新材料的开发和新设备、新工艺的不断应用，高层建筑逐渐向现代化、大型化、多功能化方向发展，并出现了复杂体型的高层建筑。如立面开洞、连体建筑等。改革开放年代，我国的高层建筑进入了一个高速发展时期，目前，北京、上海、天津、重庆等许多大城市都有上万幢之多，有些城市甚至已开始注意限制高层建筑。,高层建筑火灾扑救,高层建

3、筑本身一般都具有较高的耐火等级，但由于建筑高、结构复杂、功能繁多、人员集中、设备密集、内部装修和放置的可燃荷载大，给火灾扑救和人员疏散带来了很大困难，一旦发生火灾，容易造成大量人员伤亡、重大经济损失和严重社会影响。1996年6月16日16时30分，广东省珠海市前山纺织城A幢（6层、高27米、钢筋混凝土结构）因施工引发火灾。次日14时10分，大楼坍塌，造成93人死亡、156人受伤。,高层建筑火灾扑救,2001年9月11日，美国纽约市最高（411米）、楼层最多（110层）的世界贸易中心南北两幢姊妹楼先后分别遭到恐怖分子劫持的客机撞击，熊熊大火燃烧一个多小时后相继发生倒塌。这起袭击事件造成了约300

4、0人死亡，数千人受伤。纽约消防局343名消防队员以身殉职。给美国造成约3000亿美元的直接经济损失。间接经济损失约5000亿美元。,高层建筑火灾扑救,2003年11月3日，湖南衡阳衡州大厦发生火灾坍塌事故，导致20名消防官兵壮烈牺牲，另有10名官兵、4名记者、1名保安受伤。高层建筑是世界公认的火灾扑救难题，是消防人员重点研究的对象。,高层建筑火灾扑救,（二）高层建筑分类：,根据高层民用建筑防火设计规范，我国的高层建筑分为两类，,即一类高层建筑和二类高层建筑，详见下表：,公共建筑,1、医院2、高级旅馆3、建筑高度超过50m或每层建筑面积超过1000m2的商业楼、展览楼、综合楼、电信楼、财贸金融楼

5、,1、除一类建筑以外的商业楼、展览楼、综合楼、电信楼、财贸金融楼、商住楼、图书馆、书库,高层建筑火灾扑救,公共建筑,1、建筑高度超过50m或每层建筑面积超过1500m2的商住楼2、中央级和省级（合计划单列市）广播电视楼3、网局经和省级（合计划单列市）电力调度楼4、省级（合计划单列市）邮政楼、防灾指挥调度5、藏书超过100万册的图书馆、书库6、重要的办公室、科研楼、档案楼10、建筑高度超过50m的教学楼和普通的旅馆、办公楼、科研楼、档案楼等,2、省级以下的邮政楼、防灾指挥调度楼、广播电视楼、电力调度楼3、建筑高度不超过50m的教学楼和普通的旅馆、办公楼、科研楼、档案楼等,高层建筑火灾扑救,高层建

6、筑火灾扑救,（三）高层建筑的结构特点：,高层建筑的最主要特征是高，由于很高，使得水平力（风力与地震作用）成为第一位的、起控制作用的荷载，而竖向荷载的作用成为第二位的作用荷载。因此，高层建筑结构也不同于单层、多层建筑，由于地震和风产生的内力往往大于竖向荷载产生的内力，所以水平荷载为主要控制荷载，要考虑有利于抗震和抗风的要求。,高层建筑火灾扑救,其抗震的设防按照“小震不坏、中震可修、大震不倒”的原则。抗风设防考虑50年一遇最大风力乘以1.11.2的系数。如采用筒中筒结构体系的纽约世界贸易中心大楼，设计上具有强大的抵抗水平荷载的能力，在117米/秒的最大风力袭击下，建筑最高点最多偏离中心25.6厘米

7、。,高层建筑火灾扑救,高层建筑的高度通常取决于其结构体系。结构体系与结构的承载能力、侧向刚度、抗震性能、材料用量及造价高低等均有密切的关系，而且还与建筑层数、总高度和建筑空间大小等有关。,高层建筑火灾扑救,目前高层建筑的结构体系主要有：框架结构体系、剪力墙结构体系、框架-剪力墙结构体系、外筒式结构体系、筒中筒结构体系、筒束结构体系、钢外框架-钢筋混凝土核心筒体系、钢筋混凝土外框架筒-钢内框架体系等。,高层建筑火灾扑救,1、框架结构体系,框架结构体系是指由梁、柱通过节点的刚性构造，连接而成的多个平面刚接框架结构组成的建筑结构体系（图7-1-1）。特点是布置灵活，具有较大的室内空间，使用比较方便。

8、但抗震性能较差，刚度较低。框架结构适合30层左右的楼房。,高层建筑火灾扑救,高层建筑火灾扑救,（a）双向十字交叉框架；（b）踏步式平行内柱的平行框架；（c）平行的横向框架；（d）曲线网格上的横向框架；（e）圆弧包络的径向框架；（f）双轴平行双向框架；（g）径向网络上的横向框架；（h）平面图；（i）剖面图图7-1-1框架结构体系,高层建筑火灾扑救,2、剪力墙结构体系,剪力墙结构体系是指由纵横方向的墙体组成的抗侧力体系（图7-1-2）。特点是刚度大，空间整体性好。但自重较大，基础处理要求高，不易布置大的房间。,高层建筑火灾扑救,图7-1-2剪力墙结构体系,高层建筑火灾扑救,3、框架-剪力墙结构体系

9、,框架-剪力墙结构体系是指在框架结构中适当布置剪力墙后所组成的框架-剪力墙复合体系（图7-1-3）。它结合两者的优点。这种结构中框架主要作为承受竖向荷载的结构，也承受一部分水平荷载（一般约占15%20%）。大部分水平荷载由剪力墙承受。框架-剪力墙结构体系用于40层左右的高楼比较合适。,高层建筑火灾扑救,图7-1-3框架-剪力墙结构体系,高层建筑火灾扑救,4、外筒式结构体系,外筒式结构体系是指把具有很大平面几何尺寸的外圈柱网组成能够承受水平荷载的外筒体形式的结构体系（图7-1-4）131。其优点是具有更强有力的承受水平荷载的有效部分，且建筑平面有很大的灵活性。这种结构适合用于80层左右的高楼。桁

10、架式外筒结构体系可达100层以上。,高层建筑火灾扑救,图7-1-4外筒式结构体系,高层建筑火灾扑救,5、筒中筒结构体系,筒中筒结构体系是指在外筒式结构式体系内部设置强劲的剪力墙式的内筒（核心筒），从而发展成筒中筒结构体系（图7-1-5）132。筒中筒结构体系适合于100层左右的高楼。,高层建筑火灾扑救,图7-1-5筒中筒结构体系,高层建筑火灾扑救,6、筒束结构体系,筒束结构体系是指把许多个筒体排列成筒束的结构体系（图7-1-6）132。筒束结构在承受水平荷载引起的弯矩时，改善了剪力滞后现象引起的外筒式结构中各柱内力分布的不均匀性。筒束结构体系的合适高度约为110120层。如采用桁架式筒束结构体

11、系，高度可提高至140层以上。,高层建筑火灾扑救,图7-1-6筒束结构体系,高层建筑火灾扑救,7、钢外框架-钢筋混凝土核心筒体系,钢外框架-钢筋混凝土核心筒体系是指由钢筋混凝土核心筒承受全部侧向荷载，而钢外框架只承受竖向荷载的结构体系（图7-1-7）133。优点是既能发挥高强钢的效应，又能简化钢框架梁柱节点的构造。缺点是核心筒布置不够灵活，侧向刚度不够大。这种结构体系适合于2040层的高层建筑。,高层建筑火灾扑救,图7-1-7钢外框架-钢筋混凝土核心筒体系,高层建筑火灾扑救,8、钢筋混凝土外框架筒-钢内框架体系,钢筋混凝土外框架筒-钢内框架体系是指由钢筋混凝土框筒承受全部侧向荷载，而钢内框架仅

12、承受竖向荷载的结构体系（图7-1-8）133。优点是能更好的发挥高强钢的效能，节约能源，布置灵活。这种结构体系适用于5080层的高层建筑。,高层建筑火灾扑救,图7-1-8钢筋混凝土外框架筒-钢内框架体系,高层建筑火灾扑救,除上述结构体系外，随着技术的不断发展，近来，一些新的结构体系也已经得到应用（图7-1-9）45页，并取得了良好的效果。这些结构体系都以整体受力为特点，而且更好地满足了建筑功能的要求。,高层建筑火灾扑救,图7-1-9新的结构体系（a）悬挂结构；（b）巨型框架结构；（c）巨型桁架结构；（d）刚性横梁或桁架结构,高层建筑火灾扑救,高层建筑各种结构体系中，有的是单一的钢筋混凝土结构，

13、有的是单一的钢结构，还有的是钢-混凝土混合结构。上述所指的适用楼层主要指钢结构，钢筋混凝土要稍低一些。截止2002年，我国最高的钢筋混凝土结构建筑是位于广州市的广东国际大厦，63层，高为199米。国外最高的钢筋混凝土结构建筑是位于朝鲜平壤市中心的柳京饭店，105层，高为350米。钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程（JGJ3-91）关于房屋最大高度和最大高宽比的规定，分别列于表7-1-1和表7-1-2。,高层建筑火灾扑救,表7-1-1钢筋混凝土结构高楼的最大适用高度单位：m,高层建筑火灾扑救,表7-1-2钢筋混凝土结构高楼的高宽比限值,高层建筑火灾扑救,我国1984年以前建成的高层建筑都没有采

14、用钢结构。至1996年，已建和在建的钢结构和钢-混凝土混合结构也仅有30幢（表7-1-3）见49页。但随着我国钢结构制作、安装技术和设计水平的提高，钢结构在高层建筑中的应用越来越多。,高层建筑火灾扑救,表7-1-31996年已建和在建的部分钢结构和钢-混凝土混合结构高层建筑,高层建筑火灾扑救,高层建筑火灾扑救,高层建筑钢筋混凝土结构在火灾温度作用下，其受力性能便发生变化。当受热温度低于400时，钢筋与混凝土可以共同受力，但温度再高时，受力性质就会恶化。梁、板的受拉钢筋随温度升高，变形加大，当温度在370以上时，钢筋截面变小，构件挠度增大；混凝土在400以上时强度明显下降，导致构件承载力减小。,

15、高层建筑火灾扑救,钢筋混凝土柱在高温下由于混凝土和钢筋的膨胀不一致，粘结力在400以上时被破坏，柱子的承载力严重损失。预应力梁板中，预应力钢筋的强度下降比非预应力钢筋更为严重，受火灾的影响更大。由此可见，钢筋混凝土结构承载力与温度有很大关系，所以有必要对其最高温度与平均温度加以控制（表7-1-4）425。,高层建筑火灾扑救,表7-1-4各种结构类型最高与平均温度的限制,高层建筑火灾扑救,钢筋混凝土高层建筑结构从总体上说是有较强的耐火性能。但有时不可避免地局部采用一些钢结构，如旋转餐厅、外墙连接件等，如果不采取防火措施，则会成为整个结构的薄弱环节。钢构件在300400时强度便急剧下降，产生塑性变形，600失去承载能力而倒塌，无防火措施的钢结构只有15分钟的耐火极限。因此，钢结构可耐受最高温度不超过450，平均温度不超过350。,高层建筑火灾扑救,（四）高层建筑建筑构件的燃烧性能和耐火等级:,由于高层建筑的火灾负荷和建筑体量均大于多层建筑，因此一般多层建筑的耐火等级允许有一级二级三级和四级，而高层建筑只允许有一级和二级。,燃烧性能和耐火