第二章 高层建筑结构综述2-12-1 国内外高层建筑的发展概况 2-22-2 高层的特点 3-33-3 高层建筑结构的类型3-43-4 高层建筑结构的结构体系 高层建筑是近代经济发展和科学技术进步的产物，至今已有100余年的历史。 多年来，世界上最高的高层建筑集中在美国、加拿大，直到80年代末，北美洲一直是世界高层建筑的中心。按1991年公布的排行表，在世界上最高的100座最高建筑中，美国占了78座，加拿大5座，墨西哥1座，即北美洲占了84%，成了当前世界最高建筑的中心。 表12-1 国内外高层建筑的发展概况n n1.1.我国高层建筑的发展我国高层建筑的发展(1)(1)我国古代高层建筑的发展我国古代高层建筑的发展(2)(2)我国近代高层建筑的发展我国近代高层建筑的发展n n2.2.国外现代高层建筑的发展国外现代高层建筑的发展2-1 国内外高层建筑的发展概况1.我国高层建筑的发展n n(1)(1)我国古代高层建筑的发展我国古代高层建筑的发展n公元公元524年在河南建造了年在河南建造了嵩岳寺塔嵩岳寺塔(15层简筒结构，层简筒结构，高高50m) n公元公元704年在西安建造了年在西安建造了大雁塔大雁塔(7层砖木结构，总层砖木结构，总高高64m)1.我国高层建筑的发展n n(1)(1)我国古代高层建筑的发展我国古代高层建筑的发展n公元公元1055年在河北定县建造了年在河北定县建造了料敌塔料敌塔(11层筒体结层筒体结构，高构，高82m)n公元公元1056年山西建年山西建造了造了应县木塔应县木塔(9层，高层，高67m)，堪称世界木结构的奇迹堪称世界木结构的奇迹(2)我国近代高层建筑的发展我国近代高层建筑的发展第一阶段从新中国成立到新中国成立到6060年代年代末末初步发展，20层以下的框架结构1959年建成的北京民族饭店(12层，高47.4m)1964年建成了北京民航大楼，(15层，高60.8m)1966年建成了广州人民大厦(18层，高63m)第二阶段为第二阶段为70年代年代 2030层，主要用于住宅、旅馆、办公楼 1974年建成的北京饭店新楼(20层，高87.4m，是当时北京最高的建筑) 1976年建成的广州白云宾馆(33层、高114.05m) 上海漕溪路20幢1216层剪力墙住宅楼； 北京前三门40幢916层大模板施工的剪力墙住宅楼)北京饭店新楼北京饭店新楼广州白云广州白云宾馆： 36004000800080006600030003600030006600080008000400036007000078507850230033层，112.45米，剪力墙结构，1976年建成，国内首栋百米高层。第三阶段为第三阶段为80年代年代n仅仅1980 1983年所建的高层建筑就年所建的高层建筑就相当于相当于1949年以来年以来30多年中所建高多年中所建高层建筑的总和。层建筑的总和。深圳深圳发展中心大厦发展中心大厦，(43层，层，高高165.3m，加上天线的高度加上天线的高度共共185.3m)，是我国第一座是我国第一座大型高层大型高层钢结构钢结构建筑建筑。第三阶段为第三阶段为80年代年代广州国际大厦广州国际大厦，(63层，高层，高200m)第三阶段为第三阶段为80年代年代北京京广中心大厦北京京广中心大厦，(57层，高层，高208m)第三阶段为第三阶段为80年代年代n上海新锦江宾馆上海新锦江宾馆是一座现代化的高级宾是一座现代化的高级宾馆，馆，(总建筑面积总建筑面积66060m2，共共43层，层，总高总高153.52m)n静安希尔顿饭店静安希尔顿饭店，(建筑面积建筑面积69224m2，包括塔楼包括塔楼43层，总高层，总高143.62m)第三阶段为第三阶段为80年代年代第四阶段从第四阶段从90年代开始年代开始n n（1 1）高层建筑兴建速度加快）高层建筑兴建速度加快）高层建筑兴建速度加快）高层建筑兴建速度加快n19901994年间，每年建成年间，每年建成10层以上建筑在层以上建筑在1000万平方米以上，占全国已建成的高层建筑的万平方米以上，占全国已建成的高层建筑的40%n n（2 2）超高层建筑的发展）超高层建筑的发展）超高层建筑的发展）超高层建筑的发展n高层建筑的发展及层数和高度增长更快，建成了多高层建筑的发展及层数和高度增长更快，建成了多座座200米以上的高层建筑米以上的高层建筑n高层高层100b.doc上海明上海明天广天广场：60层，238m，最高的框架剪力墙结构，98年建成。n上海金茂大厦，(钢结构，88层，高420m，是我国目前最高的建筑)第四阶段从第四阶段从90年代开始年代开始金茂金茂大厦内部结构大厦内部结构2.国外现代高层建筑的发展国外现代高层建筑的发展n n第一阶段第一阶段是19世纪中期以前，由于主要建筑材料是砖石和木材，以及设计手段和施工技术的限制，欧美国家一般只能建造6层及以下的建筑。第二阶段第二阶段是是19世纪中期开始的世纪中期开始的20世纪世纪50年代初年代初n1855年发明了电梯系统，使人们建造更高的建筑成为可能n家庭保险公司大楼(Home Insurance Building)，11层，高55m，建于18841886年，采用铸铁框架承重结构，标志着一种区别于传统砌筑结构的新结构体系的诞生从1884年到19世纪，高层建筑已经发展到了采用钢结构，建筑物的高度越过了100m大关。1898年建成的纽约Park Row大厦（30层，118m）是19世纪世界上最高的建筑。n世界上最早的钢筋混凝土框架结构高层建筑，是1903年在美国辛辛那提建造的因格尔斯大楼，16层，高64m。n1931年美国纽约曼哈顿建造了102层、高381m的著名的帝国大厦(Empire State Building)，它保持世界最高建筑达41年之久n这一时期,虽然高层建筑有了比较大的发展,但受到设计理论和建筑材料的限制,结构材料用量较多、自重较大，且仅限于框架结构，建于非抗震区第三阶段从第三阶段从20世界世界50年代开始年代开始n由于在轻质高强材料、抗风抗震结构体系、施工技术及施工机械等方面都取得了很大进步以及计算机在设计中的应用，使得高层建筑飞速发展n美国是世界上高层建筑最多的国家n1972年在纽约建造了世界贸易中心大楼(World Trade Center Towers)，110层，高402m，钢结构n1974年美国在芝加哥又建成了当时世界最高的西尔斯大厦(Sears Tower)，110层，高443m，钢结构。n进入90年代，亚洲成为经济发展最快的地区，西太平洋沿岸的日本、朝鲜、韩国、中国大陆、台湾、新加坡和马来西亚等国家和地区，陆续建成了超过200m、300m的高层建筑。1990年至今，世界上新建的最高建筑，几乎全部集中在这一地区。n高层9.docn一般高度的高层建筑（80150米）更是大量兴建n朝鲜平壤市的柳京饭店，地面以上101层，高3054m，钢筋混凝土结构n位于马来西亚吉隆坡的双塔高层建筑，85层，高450m，钢筋混凝土结构n预期21世纪，亚洲将成为新的高层建筑中心马来西亚双塔楼马来西亚双塔楼： 88层，450米，框筒结构，1996年建成。台北101 101层，508米。预计2004年9月完工(1)世界高层建筑委员会1972年建议，将高层建筑划分为以下四类：H第一类：916层，高度不超过50m;H第二类：1725层，高度不超过75m;H第三类：2640层，高度不超过100m;H第四类：40层以上，高度100m以上。2-2 高层建筑的特点高层建筑的特点1、高层建筑的分类：n我国民用建筑设计通则(JGJ37-87)中规定：n10层及10层以上的民用建筑和总高度超过24m的公共建筑及综合性建筑为高层建筑。n建筑高度超过100m的建筑均为超高层建筑。(2)我国对高层建筑的分类：2 高层建筑的特点高层建筑的特点A.高层建筑中，水平荷载和地震作用对结构设计起着决定性的作用。B.动力反应不可低估；C.结构轴向变形、剪切变形以及温度、沉降的影响加剧；D.材料用量、工程造价呈抛物线关系增长。n荷载效应的最大值(轴力N、弯矩M和位移)可用下列式子表达：nN=WH=f(H)nM=qH2/2 = f(H2)n=qH4/8EI =f(H4)高层建筑中，水平荷载和地震作用对结构设计起着决定性的作用。n内力或位移内力或位移n =f(H4)n M=f(H2)n N=f(H)n Hn 结构内力、位移与高度结构内力、位移与高度H的关系的关系2-3高层建筑的结构类型高层建筑的结构类型1 钢结构2 钢筋混凝土结构3 组合结构1、钢结构的特点钢结构是由钢板、热轧型钢和冷加工成型的薄壁型钢制造而成。与其他材料的结构相比具有以下优点优点：（1）材料强度高，钢材质量轻。（2）韧性、塑性好。（2）材质均匀。（3）制造简单，施工周期短。（4）密封性好。钢结构的缺点缺点有：（1）耐热但不耐火 150摄氏度时强度无变化，600摄氏度时强度约为0。（2）钢材耐腐蚀性能差，维护费用高。2、钢结构的应用（1）大跨度钢结构n钢屋架n网架、网壳结构n悬索结构n拱架结构n桥梁结构国家体育场国家体育场国家体育场建筑体形上像鸟巢。可容纳8万人。平面为椭圆形,长轴340m短轴292m。屋盖中间有一个146m76m的开口，这部分将设计成开合屋盖。采用加肋薄壁箱形截面 ，总用钢量达16万t 。天津奥林匹克体育场俯瞰效果图天津奥林匹克体育场俯瞰效果图 “绿色奥运”、“科技奥运”、“人文奥运” 建筑底面面积为80,000m2，屋顶面积76,719m2，地上层数6层，最高点高度53.00m，可容纳观众数60,000。屋顶结构采用钢桁架悬挑结构 。屋面桁架落地，形似露珠 。国家大剧院国家大剧院 位于北京人民大会堂西侧，西长安街以南，总占地面积近12公顷，总建筑面积近15万平方米，总投资26.88亿元，目前已进行过网壳部分设计与施工验收审查会议。 该工程外部围护结构为钢结构网壳，是半椭圆球形，东西长轴212.2m，南北短轴143.64m，总高度46.285。内设歌剧院（2416席）、音乐厅（2017席）及戏剧院（1040席）及公共大厅等。屋面采用钛金属板，整个网壳外环绕人工湖（35500m2）,各种通道及入口均设在水下 。设计为法国巴黎机场公司安德鲁建筑师，北京市建筑设计研究院参与主体设计 ，整体结构用钢量达6750t，195kg/m。 （2）重型厂房结构 西安变压器厂（400t吊车）（3）高层建筑 80年代我国建造的11栋高层钢结构基本上都是国外设计、施工承建。 目前我国已建和在建的高度超过100m的钢结构有48栋。上海环球金融中心上海环球金融中心 由日本森大厦株式会社的全额子公司森海外株式会社及日本具有代表性的银行、保险公司、商社等36家企业，偕同政府系统机构日本海外经济协力基金(OECF)联合投资的上海环球金融中心，总投资逾750亿日元。位于陆家嘴金融贸易区，建筑总面积335,420平方米，地下3层，地上94层。建成后的高度达460米 。总用钢量26000t，钢筋混凝土核心筒，外框钢骨混凝土及钢柱，目前正在施工基础。上海金茂大厦上海金茂大厦 金茂大厦是由中国上海对外贸易中心股份有限公司独家投资5.6亿美元建设的一座88层的超高层大厦，建筑高度420.5米，建筑面积28.9万平方米，于1998年8月28日竣工。 总用钢量14000t，钢筋混凝土核心筒，外框钢骨混凝土及钢柱。设计者为美国S.O.M事务所。 央视新台址央视新台址建设工程位于北京朝阳区东三环中路、北京商务中心区的核心地段，占地面积18.7万平方米，总建筑面积55万平方米, 230m。央视新台址建设工程总投资约50亿元人民币，2003年10月开工建设，2008年正式运行 。央视新台址大连远洋大厦大连远洋大厦 大连远洋大厦由大连远洋运输公司、中远房地产开发公司与美国ESPIRIT公司联合投资14.8亿人民币开发的集五星级酒店和甲级写字楼为一体的智能大厦。 总建筑面积14.8万平方米。其中：A座为五星级酒店，地上51层，总高200.8m。钢筋混凝土核心筒，外框钢框架。设计、加工、安装全部国产化。台北台北101 长宽各150m，总面积30277m2，塔高508m，世界第一高，26层以上以8层为一单元。主要由巨柱、核心系统及外伸桁架梁。巨柱自地下5层至地上90层，最大尺寸为2.4mx3m。直径直径5.5m，中，中670t的阻尼器的阻尼器 （4）高耸建筑 电视塔、微波塔、通讯塔等东方明珠电视塔东方明珠广播电视塔座落在上海浦东新区黄浦江畔，以其468米的高度成为亚洲第一高 塔。她于1991年3月开始建造，1994年11 月完工，总重量达12万吨，总投资8.3亿元人民币。 东方明珠塔由三根直径为九米的擎天立柱、太空舱、上球体、下球体、五个小球、塔座和广场组成。 一.世界贸易中心简介（1）1.世界贸易中心的建筑形式1 1. . 撞机撞机1 12 2. . 撞机撞机2 21 1. . 倒塌瞬间倒塌瞬间1 1二、世界贸易中心倒塌过程（7）n优点：造价较低，材料来源丰富，可浇注成各种复杂断面形状，可以组成多种结构体系；可节省钢材，承载能力较高，经过合理设计，可获得较好的抗震性能。n缺点：构件断面大，占据面间大，自重大n广州广东国际大厦(63层，200.18m)n底层柱尺寸已达1.8*2.2m2 钢筋混凝土结构（1）优点：在钢筋混凝土结构基础上，充分发挥钢结构优良的抗拉性能以及混凝土结构的抗压性能进一步减轻结构重量，提高结构延性（2）类型1)用钢材加强钢筋混凝土构件钢骨钢筋混凝土构件钢管钢筋混凝土构件2)部分抗侧力结构用钢结构，另一部分采用钢筋混凝土结构（或部分采用钢骨钢筋混凝土结构）3组合结构组合结构钢骨钢筋混凝土构件组合结构组合结构钢管屈曲破坏钢管钢筋混凝土构件钢管混凝土结构钢管混凝土结构 工程实例（工程实例（1）美国西雅图美国西雅图双双联联广场大厦广场大厦58层层四根大钢管混凝土柱四根大钢管混凝土柱混凝土抗压强度混凝土抗压强度133Mpa直径直径3.05m管壁厚管壁厚30mm承受承受60%竖向荷载竖向荷载n2)部分抗侧力结构用钢结构，另一部分采用钢筋混凝土结构（或部分采用钢骨钢筋混凝土结构）n上海静安希尔顿饭店（钢筋混凝土筒体，钢框架）n香港中国银行(钢骨钢筋混凝土角柱，横梁及斜撑为钢结构)n上部为四个三角形巨型空间桁架n平面52m52mn第二层为转换层，设置跨度为52m的周边空腹桁架和中部四角锥桁架作为巨型框架梁，最后传递给四根巨型角柱香港中国银行2 结构体系结构抵抗外部作用的构件单元组成方式2-4 高层建筑结构的结构体系框架框架剪力剪力墙筒体筒体1 高层建筑的基本的抗侧力单元2 类型n框架结构体系n剪力墙结构体系n框架剪力墙结构体系n筒中筒结构体系n多筒体系2-4 高层建筑结构的结构体系由梁、柱构件通过结点连接组成的结构称为框架n框架结构体系n纯框架结构框架结构体系框架结构体系框架结构是多层房屋的主要结构形式，也是高层建筑的基本结构单元。剪力墙结构体系剪力墙结构体系框架框架剪力墙结构体系剪力墙结构体系筒中筒结构体系结构体系深圳发展中心大厦深圳发展中心大厦多筒结构体系多筒结构体系成成 束束 筒筒多筒结构体系多筒结构体系巨形框架结构巨形框架结构