土木概论之高层与超高层建筑

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1、4.3 高层与超高层建筑联合国1972年国际高层建筑会议将高层建筑按高度分为四类： 916层(最高为50m)； 1725层(最高到75m)； 2640层(最高到100m)； 40层以上(即超高层建筑)。我国规定超过100m的为超高层。无疑，现代超高层建筑从一定意义上是城市现代化标志。 1.框架结构 概 念 ： 由 梁 、 柱 构 件 通 过 结 点 连 接 组 成 的 竖 向 承 重 结构 框 架 体 系 ， 同 时 承 受 水 平 荷 载 的 结 构 受 力 特 点 ： 采 用 梁 、 柱 组 成 的 框 架 作 为 房 屋 的 竖 向 结构 ， 并 同 时 承 受 水 平 荷 载 。 1.

2、框架结构 工程实践表明：框架的合理层数是615层，最经济的是10层左右。 框架结构的优点：强度高，自重轻，整体性和抗震性好，建筑平面布置灵活，可形成大的使用空间；施工简便，较经济； 框架结构的弱点：但抗侧移刚度小，侧移大；对支座不均匀沉降较敏感等。 根据分析，框架房屋高度增加时，侧向力作用急剧地增长，当建筑物达到一定高度时，侧向位移将很大，水平荷载产生的内力远远超过竖向荷载产生的内力。 框 架 结 构 柱 网 布 置 举 例 2.框架-剪力墙结构 框 剪 结 构 就 是 在 框 架 体 系 的 房 屋 中 设 置 一些 剪 力 墙 来 代 替 部 分 框 架 。 框 架 和 剪 力 墙 共 同

3、 承受 竖 向 荷 载 和 侧 向 力 ， 就 成 为 框 架 剪 力 墙 结构 。 在 整 个 体 系 中 ， 剪 力 墙 负 担 绝 大 部 分 的 水 平 荷 载 ， 而 框架 则 以 负 担 竖 向 荷 载 为 主 ， 两 者 共 同 受 力 ， 合 理 分 工 ， 物 尽其 用 。 这 种 结 构 体 系 属 半 刚 性 结 构 体 系 。 剪 力 墙 的 高 度 一 般 与整 个 房 屋 高 度 相 同 ， 自 基 础 至 屋 顶 。 这 种 结 构 适 用 于 25层 以 下 的 房 屋 ， 最 高 不 宜 超 过 30层 。建 筑 物 的 高 宽 比 不 宜 大 于 4 5。

4、框 架 剪 力 墙 结 构 既 有 框 架 结 构 布 置 灵 活 、 延 性 好 的特 点 ， 也 有 剪 力 墙 结 构 刚 度 大 、 承 载 力 大 的 特 点 ， 是 一 种 比较 好 的 抗 侧 力 体 系 ， 广 泛 应 用 于 高 层 建 筑 ， 其 适 用 高 度 与 剪力 墙 结 构 大 致 相 同 。2.框 架 -剪 力 墙 结 构 概 念 是 用 钢 筋 混 凝 土 墙板 来 代 替 框 架 结 构 中 的 梁柱 ， 能 承 担 各 类 荷 载 引 起的 内 力 ， 并 能 有 效 控 制 结构 的 水 平 力 ， 由 剪 力 墙 组成 的 承 受 竖 向 和 水 平

5、作 用的 结 构 ， 称 为 剪 力 墙 结 构。 此 结 构 是 全 部 由 剪 力 墙承 重 而 不 设 框 架 的 结 构 体系 。3、 剪 力 墙 结 构 （ shear wall） 剪力墙：房 屋 或 构 筑 物 中 主 要 承 受 风 荷 载 或 地 震 作 用 引 起 的 水平 荷 载 的 墙 体 。 剪 力 墙 是 由 钢 筋 混 凝 土 浇 成 的 墙 体 。 防 止 结 构剪 切 破 坏 。 又 称 抗 风 墙 或 抗 震 墙 、 结 构 墙 。 受 力 特 点 ： 剪 力 墙 结 构 的 刚度 、 强 度 都 比 较 高 ， 有 一 定 延 性， 结 构 传 力 直 接

6、均 匀 ， 整 体 性 好， 抗 倒 塌 能 力 强 。 剪 力 墙 作 为 竖向 承 重 和 抵 抗 水 平 荷 载 （ 风 、 地震 荷 载 等 ） 。 同 时 墙 体 也 作 为 维护 及 房 间 分 隔 的 构 件 。 主 要 用于 高 层 建 筑 中 ， 它 的 缺 点 是 空 间划 分 不 灵 活 。 全 剪 力 墙 结 构 体 系 用 于 40层以 下 比 较 合 适 。 在 非 地 震 区 建 筑物 高 度 可 到 150m左 右 。 建 筑 物 高宽 比 不 宜 大 于 。 目 前 我 国 10 30层 的 高 层 住 宅 和 旅 馆 大 多 采 用这 种 结 构 体 系 。

7、 3、 剪 力 墙 结 构 剪力墙结构的平面布置举例 短 肢 剪 力 墙 结 构 当 剪 力 墙 结 构 的 底 部 需 要 有 大 空 间 ， 剪 力 墙 无 法 全 部 落 地时 ， 就 需 要 采 用 底 部 框 支 剪 力 墙 的 框 支 剪 力 墙 结 构 。 这 种 结 构体 系 由 于 以 框 架 代 替 了 若 干 片 剪 力 墙 ， 所 以 房 屋 的 抗 侧 力 刚 度比 全 剪 体 系 有 所 削 弱 ， 不 过 比 框 剪 体 系 要 好 。 就 墙 片 本 身 来看 ， 框 支 剪 力 墙 的 墙 片 相 当 于 大 开 洞 的 剪 力 墙 。 底 层 大 空 间 部

8、 分 框 支 剪 力 墙 结 构 的 典 型 平 面（ a） 首 层 平 面 ； （ b） 标 准 层 平 面 4、 框 支 剪 力 墙 结 构 美 国 工 程 师 Fazlur Khan创 造 了 高 效 的 简 体 结 构， 包 括 框 筒 、 筒 中 筒 、 桁 架筒 和 束 筒 结 构 。 后 来 出 现 了多 筒 和 多 重 筒 结 构 等 筒 体 结构 。 概 念 ： 利 用 房 间 四 周 墙体 形 成 的 封 闭 筒 体 （ 也 可 利用 房 屋 外 围 由 间 距 很 密 的 柱与 截 面 很 高 的 梁 组 成 一 个 形式 上 像 框 架 ， 实 质 上 是 一 个有 许

9、 多 窗 洞 的 筒 体 ） 作 为 主要 抵 抗 水 平 荷 载 的 结 构 。5、 筒 体 结 构 5、 筒 体 结 构框架内单筒结构 单筒外移式框架单筒结构框架外 单筒结构 筒中筒 组成筒 纽 约 世 界 贸 易 中 心 大 楼 框 筒 结 构 实 例 5、 筒 体 结 构 n 框 筒 结 构 ：n 指 内 芯 由 剪 力 墙 构 成 ，周 边 为 框 架 结 构 。深圳华联大厦5、筒体结构 n 筒 中 筒 体 系 ：n 当 周 边 的 框 架 柱 布 置 较 密时 ， 可 将 周 边 框 架 视 为 外 筒 ，而 将 内 芯 的 剪 力 墙 视 为 内 筒 ，则 构 成 筒 中 筒 体

10、 系 。广东国际大厦5、筒体结构 n 用 框 筒 作 为 外 筒 ， 将 楼 （ 电 ） 梯间 、 管 道 竖 井 等 服 务 设 施 集 中 在 建 筑平 面 的 中 心 做 成 内 筒 ， 就 成 为 筒 中 筒结 构 。n 采 用 钢 筋 混 凝 土 结 构 时 ， 一 般 外筒 采 用 框 筒 ， 内 筒 为 剪 力 墙 围 成 的 井筒 ； 采 用 钢 结 构 时 ， 外 筒 用 框 筒 ， 内筒 一 般 也 采 用 钢 框 筒 或 钢 支 撑 框 架 。n 图 为 1989年 建 成 的 北 京 中 国 国 际贸 易 大 厦 的 结 构 平 面 图 和 剖 面 图 。 国贸 大 厦

11、 高 153m， 39层 ， 钢 筒 中 筒 结构 ， 1 3层 为 钢 骨 混 凝 土 结 构 。 在内 筒 4个 面 两 端 的 柱 列 内 ， 沿 高 度 设 置 中 心 支 撑 ； 在 20和 38层 ， 内 、 外筒 周 边 各 设 置 一 道 高 5 4m的 钢 桁 架， 以 减 小 剪 力 滞 后 ， 增 大 整 体 侧 向 刚度 。 5、 筒 体 结 构 香港中银大厦n 桁 架 筒 体 结 构 ：n 在 筒 体 结 构 中 ， 增 加斜 撑 来 抵 抗 水 平 荷 载 ， 以进 一 步 提 高 结 构 承 受 水 平荷 载 的 能 力 ， 增 加 体 系 的刚 度 。 这 种

12、结 构 体 系 称 为桁 架 筒 体 系 。 5、筒体结构 n成 束 简 结 构 n 两 个 或 者 两 个 以 上 框 筒 排 列 在一 起 ， 即 为 束 筒 结 构 。 束 筒 结 构 中 的每 一 个 框 筒 ， 可 以 是 方 形 、 矩 形 或 者三 角 形 等 ； 多 个 框 筒 可 以 组 成 不 同 的平 面 形 状 ； 其 中 任 一 个 筒 可 以 根 据 需要 在 任 何 高 度 中 止 。 芝 加 哥 西 尔 斯 大 厦 5、 筒 体 结 构 n框 架 核 心 筒 结 构n框 架 核 心 筒 结 构 由 结 构 的 外 框筒 为 密 柱 深 梁 ， 影 响 对 外 视

13、 线 ，景 观 较 差 ， 建 筑 外 形 比 较 单 调 。加 大 外 框 筒 的 柱 距 ， 减 小 梁 的 高度 ， 周 边 形 成 稀 柱 框 架 ， 与 内 筒一 起 ， 组 成 了 。 框 架 核 心 筒 结构 的 周 边 框 架 与 核 心 筒 之 间 形 成的 可 用 空 间 较 大 ， 广 泛 用 于 写 字楼 、 多 功 能 建 筑 。 广 州 中 信 大 厦（ a） 转 换 层 结 构 平 面 图 ； （ b） 典 型 层 结 构 平 面 ； （ c） 结 构 剖 面图 5、 筒 体 结 构 4.4 特种结构 4.4.1 烟囱 4.4.2 水塔 4.4.3 水池 4.4.4 筒仓 4.4.5 核电站 4.5 未来展望展望建筑技术未来中国建筑学会2000年会学术主题报告主旨先睹 报告人 吴良镛：著名建筑教育家、城市和建筑问题理论家、建筑师和规划师 报告主题：北京宪章“北京之路”与中国之路（内容略） 人类将由“黑色文明”过度到“绿色文明” 报告人 李道增：清华建筑学院教授、博士生导师、工程院院士 报告主题：21世纪生态建筑与可持续发展新结构体系带来新建筑形式 报告人 李国强：同济大学副校长，教授、博士生导师 报告主题：当代建筑工程的新结构体系