第六章 高層建筑

1、第六章 高層建筑構(gòu)造第一節(jié) 高層建筑結(jié)構(gòu)體系及造型第二節(jié) 玻璃幕墻,一、發(fā)展高層建筑——美國(guó)；密斯·凡德羅——現(xiàn)代建筑大師之一高層鋼玻璃盒子；第一座高層建筑：1886年美國(guó)芝加哥建造10層家庭保險(xiǎn)公司大樓。二、分類——各地高層建筑的分類方法不同。（一）層數(shù)和高度分類1.國(guó)際上：1972年國(guó)際高層建筑會(huì)議將高層建筑分成4類。1）低高層建筑：9～16層，最高50m；2）中高層建筑：17～25層，最高75m；

2、3）高層建筑：26～40層，最高100m；4）超高層建筑：40層以上，＞100m。,概述,2.我國(guó)對(duì)高層建筑的規(guī)定1）《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50045-95）（2005年版）規(guī)定：10層和超過10層的居住建筑（包括首層設(shè)置商業(yè)服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)的住宅）；超過24m高的公共建筑（不包括單層主體建筑高度超過24m的體育館、劇院等公共建筑）為高層建筑。2）《鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》（JGJ3-91）規(guī)定：8層及

3、8層以上高層民用建筑。3）《民用建筑設(shè)計(jì)通則》》(JGJ37-88)規(guī)定：建筑高度超過100m時(shí)，均為超高層建筑。4）《住宅建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：7~9層——中高層；10層~ ——高層。規(guī)范要求：7層以上要設(shè)電梯。,（二）按功能要求分類1.商層辦公樓；2.高層住宅；3.商層旅館；4.高層商住樓；5.高層綜合樓；6.高層科研樓；7.高層檔案樓；8.高層電力調(diào)度樓。（三）按體型分類1. 板式高層建筑建筑平面呈長(zhǎng)條形的高層

4、建筑，其形狀如板狀；2. 塔式高層建筑建筑平面長(zhǎng)寬接近的高層建筑，其體形呈塔狀。,高層塔樓,,高層板式樓,高層塔式樓,（四）按防火要求分類 根據(jù)建筑物使用性質(zhì)、火災(zāi)危險(xiǎn)性、疏散及撲救難度等因素分類。我國(guó)《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50045-95)（2005版）將高層建筑分為一類和二類，詳見表1所示內(nèi)容。特別說明：2005版與1995版變化在于每層建筑面積改為24m以上部分的任一樓層的建筑面積。一類高層建筑

5、的耐火等級(jí)應(yīng)為一級(jí)，二類高層建筑的耐火等級(jí)不應(yīng)低于二級(jí)。裙房的耐火等級(jí)不應(yīng)低于二級(jí)。高層建筑地下室的耐火等級(jí)應(yīng)為一級(jí)。,高層建筑分類,課本第4頁,,三、高層建筑發(fā)展的可能性1. 發(fā)展需要18世紀(jì)末工業(yè)革命，使工業(yè)迅速發(fā)展，城市化進(jìn)程加快，造成用地緊張，使建筑有向高空發(fā)展的需求。2.技術(shù)上可能---物質(zhì)基礎(chǔ)由于建筑技術(shù)的快速發(fā)展，提供輕質(zhì)高強(qiáng)的建筑材料、合理的建筑結(jié)構(gòu)形式、先進(jìn)的施工技術(shù)和機(jī)械、配套的設(shè)備技術(shù)。3. 優(yōu)點(diǎn)縮短

6、各種工程管線、道路長(zhǎng)度；縮短交流距離；節(jié)約用地、改善城市微環(huán)境；造型豐富、改善城市面貌。,四、世界十大高樓,第1名：臺(tái)北101大樓     被稱為“臺(tái)北新地標(biāo)”的101大樓于 1998年1月動(dòng)工，主體工程于2003年10月完工。有兩臺(tái)世界最高速的電梯，從一樓到89樓，只要39秒的時(shí)間。在世界高樓協(xié)會(huì)頒發(fā)的證書里，臺(tái)北101大樓拿下了“世界高樓”四項(xiàng)指標(biāo)中的三項(xiàng)世界之最，即“最高建筑物”(508米)、“最高

7、使用樓層”(438米)和“最高屋頂高度”(448米)。,第2名：國(guó)家石油公司雙塔大樓     雙塔大樓位于吉隆坡市中心美芝律，高88層，巍峨壯觀，氣勢(shì)雄壯，是馬來西亞的驕傲。它曾以451.9米的高度打破了美國(guó)芝加哥希爾斯大樓保持了22年的最高記錄。于1993年12月動(dòng)工，1997年建成使用。登上雙塔大樓，整個(gè)吉隆坡市秀麗風(fēng)光盡收眼底，夜間城內(nèi)萬燈齊放，景色尤為壯美。,第3名：西爾斯大廈 西爾斯大廈

8、是位于美國(guó)伊利諾州芝加哥的一幢摩天大樓，樓高442米，110層，于1973年竣工。 西爾斯大廈一度是世界上最高的辦公樓。它由9座塔樓組成，所有的塔樓寬度相同，但高度不一。103層有一個(gè)供觀光者俯瞰全市用的觀望臺(tái)，距地面412米，天氣晴朗時(shí)可以看到美國(guó)的4個(gè)州。,第4名：上海金茂大廈 金茂大廈具有中國(guó)傳統(tǒng)風(fēng)格的超高層建筑。高420.5米，88層。1998年8月建成。 金茂大廈主樓1~52層為辦公用房，53~87層為五

9、星級(jí)賓館，88層為觀光層。大廈充分體現(xiàn)了中國(guó)傳統(tǒng)的文化與現(xiàn)代高新科技相融合的特點(diǎn)，既是中國(guó)古老塔式建筑的延伸和發(fā)展，又是海派建筑風(fēng)格在浦東的再現(xiàn)。,第5名： 香港國(guó)際金融中心大廈    位于香港中環(huán)的國(guó)際金融中心一期1998年竣工，高39層，180米，自建成后便吸引了不少國(guó)際金融機(jī)構(gòu)進(jìn)駐。國(guó)金二期2003年落成，高420米，共88層，為香港最高建筑物。被稱為“驚世之作”的香港國(guó)際金融中心二期外形設(shè)計(jì)概

10、念是以一個(gè)向外地的朋友“招手”的手勢(shì)，向海外朋友表示“歡迎您”的意思。,第6名： 中信廣場(chǎng)大廈     天河中信廣場(chǎng)是廣州繼63層廣東國(guó)際大廈為當(dāng)年全國(guó)最高建筑之后，又一次奪得90年代的全國(guó)之冠，樓高達(dá)391米，80層，迄今為止仍是廣東省之最。     作為中國(guó)最高的建筑之一，中信廣場(chǎng)有68部電梯上上下下，保利物業(yè)負(fù)責(zé)人稱，整個(gè)中信是“立起來的街道”。,第7名：

11、信興廣場(chǎng)地王大廈     深圳信興廣場(chǎng)地王大廈由68層的商業(yè)大樓、32層的商務(wù)公寓、5層的購(gòu)物中心及2層地下停車場(chǎng)組成，樓高384米，占地18734平方米，總建筑面積27萬平方米，總投資40億港幣。,第8名：帝國(guó)大廈     1981年4月30日，矗立在美國(guó)紐約市中心高1250英尺、共102層的帝國(guó)大廈度過了50個(gè)春秋。 這座摩天大樓只用了410天就建成，也可算是建

12、筑史上的奇跡。在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，帝國(guó)大廈一直是世界最高的樓房。,第9名：中環(huán)廣場(chǎng)大廈     1993年香港中環(huán)廣場(chǎng)大廈建成，高374米，78層，是香港目前最高的摩天大樓。也同樣躋身于世界最高建筑物前10名之列。 大廈頂部以金字塔形狀的坡頂以及立于其上的桅桿作收束，晚間日光照耀下閃閃發(fā)光。立面以三種不同顏色的隔熱玻璃圍護(hù)。金色、銀色涂層的玻璃構(gòu)成垂直和水平圖案，而形別涂飾的花玻璃穿插其間，形成典雅而

13、又閃爍發(fā)光的形象。,第10名：中銀大廈     香港中國(guó)銀行大廈，由貝聿銘建筑師事務(wù)所設(shè)計(jì)，1990年完工?？偨ㄖ娣e12.9萬平方米，地上70層，總高369米。結(jié)構(gòu)采用4角12層高的巨形鋼柱支撐，室內(nèi)無一根柱子。,,五、摩天大樓建設(shè)的思索 摩天大廈曾經(jīng)代表工業(yè)文明和科學(xué)技術(shù)的驕人成就。20世紀(jì)許多國(guó)家和地區(qū)熱衷于建造摩天大樓。但如今許多專家都認(rèn)為，從經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保安全要求、人文關(guān)懷、發(fā)展趨勢(shì)等方

14、面來看，摩天大樓都已經(jīng)顯得不合時(shí)宜、不合潮流。爭(zhēng)當(dāng)—— “世界第一高樓” 　 對(duì)于超高建筑來說，突發(fā)事件的“殺傷力”遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般建筑。“超過300米的超高層建筑，可能容納數(shù)萬人，若發(fā)生事故，人員疏散極其困難。1.上海環(huán)球金融中心項(xiàng)目早在1997年就通過上海市外經(jīng)貿(mào)委的審批。由于亞洲金融危機(jī)的影響，投資方資金出現(xiàn)問題，該項(xiàng)目至1998年10月打樁完工后就停工。,,,2.9.11事件紐約世貿(mào)中心爆炸，短短幾十分鐘就奪去近

15、3000人的生命，近1萬人花了9個(gè)小時(shí)才將樓內(nèi)辦公的10萬人營(yíng)救出來。,3.上海金茂大廈建造投資2萬元/平方米，每天管理維護(hù)費(fèi)超過100萬元，建筑界人士認(rèn)為，高度超過300米的摩天大樓已經(jīng)失去了節(jié)約用地的經(jīng)濟(jì)意義。,,,第一節(jié) 高層建筑結(jié)構(gòu)體系和造型,一、 高層建筑所用材料不同材料、不同類型的結(jié)構(gòu)體系所適用的建筑類型是不同的。 1.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)——C發(fā)展迅速且應(yīng)用廣泛，成為高層建筑的主導(dǎo)形式。與磚石結(jié)構(gòu)相比，其強(qiáng)度高、抗震性能

16、好、并具有良好的可塑性，而且建筑平面布置靈活。2.鋼結(jié)構(gòu)——S主要優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高、自重小、抗震性能好、施工速度快，并能適應(yīng)大跨度、大空間以及多用途的各種建筑。采用鋼結(jié)構(gòu)的高層建筑在層數(shù)和高度上均大于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。但是由于鋼結(jié)構(gòu)同時(shí)也存在用鋼量大，造價(jià)高等缺點(diǎn)，所以常用于鋼材產(chǎn)量較為豐富的地區(qū)，且用于建造超高層建筑。,3.鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)——S+C鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的高層建筑吸取兩者優(yōu)點(diǎn)，把鋼框架和鋼筋混凝土筒體結(jié)合起來。施工時(shí)

17、先安裝一定層數(shù)的鋼框架，利用鋼框架承受一定層數(shù)的荷載，然后，用鋼筋混凝土把外圍的鋼框架澆灌成外框筒體來抵抗水平荷載。這種結(jié)構(gòu)的施工速度與鋼結(jié)構(gòu)相近，但用鋼量比鋼結(jié)構(gòu)少，耐火性較好。,施工時(shí)，柱內(nèi)鋼外混鋼管混凝土結(jié)構(gòu)——S+C,,二、高層建筑的結(jié)構(gòu)體系（一）概述1.受力特點(diǎn)：高層建筑——豎向荷載——結(jié)構(gòu)——豎向壓力；高層建筑——風(fēng)荷載、地震——水平荷載--內(nèi)力(彎矩和剪力)建筑越高——水平荷載越大——控制設(shè)計(jì)的主要因素； 2

18、.受力要求豎向荷載——結(jié)構(gòu)——足夠抗壓強(qiáng)度；水平荷載——結(jié)構(gòu)——有足夠的抗彎、抗剪強(qiáng)度和剛度；高層建筑——抗側(cè)力為主——荷載大小及種類有關(guān)。3.結(jié)構(gòu)體系抗側(cè)力構(gòu)件(框架、剪力墻、筒體)不同，形成不同結(jié)構(gòu)體系高層建筑常用結(jié)構(gòu)體系：框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)。,（二）框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)——骨架承重結(jié)構(gòu)體系。與墻承重結(jié)構(gòu)體系相比，空間布置的不同在于兩根柱子和一根橫梁來取代一片承重墻——-承重墻釋放出來——建

19、筑結(jié)構(gòu)占據(jù)空間減少?？蚣芰?、柱承重，墻體均不承重——填充墻——靈活布置、建筑立面處理較為自由——較適用于需要靈活分隔空間、內(nèi)部較大空間。,特點(diǎn)：墻體不用承重，故可形成開敞的空間；墻體可根據(jù)各個(gè)樓層的不同需要設(shè)置，無需上下對(duì)齊。,1.結(jié)構(gòu)特征1）特征 指豎向承重結(jié)構(gòu)全部由框架組成。水平荷載下，體系強(qiáng)度低、剛度小、水平位移大——柔性結(jié)構(gòu)體系?？蚣苡芍?、與柱相連的橫梁組成的承重骨架?？蚣芤话阌娩摻罨炷磷鳛橹饕Y(jié)構(gòu)材料。當(dāng)層數(shù)較多、跨

20、度、荷載很大時(shí)，也可用鋼材作為主要承重骨架的鋼框架。,2）承重布置方式框架結(jié)構(gòu)的主要承重構(gòu)件為梁、板和柱。承重體系類型：a. 橫向框架承重方案b. 縱向框架承重方案c. 縱橫向框架承重方案——混合承重。,一層平面,框架承重體系(a)橫向框架承重(b)縱向框架承重(c)縱橫向框架承重,,2.適用范圍適用于內(nèi)部需要較多大空間，空間平面對(duì)位較為規(guī)整，空間使用功能經(jīng)常變更而可能重新分隔，上下樓層之間空間分隔難以對(duì)應(yīng)的公共建筑，如商場(chǎng)

21、、辦公樓、教學(xué)樓、圖書館、檔案館、醫(yī)院、賓館。,主要問題——結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度差，承受水平荷載的能力不高。水平荷載——結(jié)構(gòu)底部各層梁、柱的彎矩顯著增加——增大截面及配筋量——平面布置和空間使用有影響。當(dāng)建筑層數(shù)大于15層或在地震區(qū)建造高層房屋時(shí)，不宜選用框架結(jié)構(gòu)。在高烈度地震區(qū)不宜采用。,,(三) 剪力墻結(jié)構(gòu)——現(xiàn)澆的鋼筋混凝土墻承重體系1.結(jié)構(gòu)特征剪力墻結(jié)構(gòu)是利用建筑物的內(nèi)、外墻作為承重骨架的一種承重結(jié)構(gòu)體系。它以房屋中傳統(tǒng)的墻體代

22、替框架中的梁、柱構(gòu)件來承受建筑物的豎向和載荷水平荷載。豎向承重結(jié)構(gòu)全部由一系列橫向和縱向的鋼筋混凝土剪力墻所組成，這種體系側(cè)向剛度大、側(cè)移小，稱為剛性結(jié)構(gòu)體系。一般建筑的墻體主要承受壓力，而剪力墻除承受豎向壓力外，還要承受水平荷載引起的剪力和彎矩。建筑主體結(jié)構(gòu)在現(xiàn)場(chǎng)整體澆注，墻體布置較預(yù)制裝配式靈活，可選用橫墻承重、縱墻承重、縱橫墻混合承重等體系。2.適用范圍由于鋼筋混凝土具有良好的抗彎和抗剪能力，剪力墻結(jié)構(gòu)體系廣泛應(yīng)用于高層建

23、筑，如高層辦公樓、旅館、病房樓、住宅等建筑。剪力墻結(jié)構(gòu)適用于15～50層的高層建筑。,,現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的高層住宅樓,框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)比較,(四)框架-剪力墻體系1.特征純框架結(jié)構(gòu)體系在建筑物空間剛度方面較為薄弱，用于高層建筑時(shí)需要增加抗水平側(cè)向力的構(gòu)件。 若建筑平面呈條形時(shí)，一般可以通過在框架結(jié)構(gòu)中適當(dāng)布置剪力墻來抵抗水平側(cè)向力，形成框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。——框架和剪力墻兩種結(jié)構(gòu)組合在一起而形成的結(jié)構(gòu)體系。

24、 建筑豎向荷載——框架和剪力墻；水平載荷——主要側(cè)向剛度較大的剪力墻。這種結(jié)構(gòu)既具有框架結(jié)構(gòu)布置靈活、使用方便的特點(diǎn)，又有較大的剛度和抗震能力，因而廣泛的應(yīng)用于高層辦公建筑和旅館建筑，一般使用于15～30層的高層建筑。而12～15層范圍內(nèi)，采用框-剪結(jié)構(gòu)比框架結(jié)構(gòu)更為經(jīng)濟(jì)。,2.結(jié)構(gòu)布置原則框架—剪力墻結(jié)構(gòu)中，框架結(jié)構(gòu)布置方法與純框架結(jié)構(gòu)相同，關(guān)鍵是如何合理布置剪力墻的位置，達(dá)到既滿足建筑使用空間要求，又達(dá)到剪力墻能承受大部分水平推

25、力。剪力墻一般布置結(jié)構(gòu)較薄弱的樓電梯間、端部，采用縱橫向布置。,剪力墻的組合形式,3.框支剪力墻結(jié)構(gòu) 當(dāng)剪力墻結(jié)構(gòu)底層需要提供較大空間時(shí)，底層部分剪力墻改為框架，形成框支剪力墻結(jié)構(gòu)。 由于結(jié)構(gòu)上部剛度與底層剛度相差懸殊，剛度突變、對(duì)地震區(qū)建筑是不利的。,框支剪力墻結(jié)構(gòu),(五)筒體體系 ——框架-筒體、筒中筒、束筒（群筒）結(jié)構(gòu) 隨著科技進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，建筑物高度在不斷的增加，傳統(tǒng)的框架體系、框架-剪力墻體

26、系已不能很好的滿足高層建筑在水平載荷作用下強(qiáng)度和剛度的要求。剪力墻體系則因平面受墻體所限，不能滿足建筑上需較大開間和空間的要求。 筒體結(jié)構(gòu)是由框架和剪力結(jié)構(gòu)發(fā)展而成。由若干片縱橫交接的框架和剪力墻所圍成的筒狀封閉骨架。每一層的樓面又加強(qiáng)了各片框架和剪力墻之間的相互連接，形成一個(gè)空間框架，使整個(gè)骨架具有比單片框架或剪力墻好得多的空間剛度。,2.筒體類型筒體可分為實(shí)腹式筒體和空腹式筒體。1）實(shí)腹筒：由剪力

27、墻圍合成的筒體稱為實(shí)腹式筒體，或墻式筒體。2）空腹筒：由密集立柱圍合成的筒體則稱為空腹式筒體，或框架式筒體(簡(jiǎn)稱框筒)。 3.結(jié)構(gòu)體系筒體結(jié)構(gòu)根據(jù)筒體布置、數(shù)量、組成等分為單筒、筒中筒、成束筒幾種體系。1）單筒 若建筑平面為點(diǎn)式時(shí)，則可以通過周邊加密柱距使成為框筒；或?qū)⒋怪苯煌屑~如樓、電梯間等組合布置為剛性的核芯筒——墻式筒體，在其周圍用梁柱形成外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，通過加密柱距和核芯筒來抵抗水平側(cè)向力，形成單筒結(jié)構(gòu)。,筒體平面

28、形式與結(jié)構(gòu)類型(a)外筒內(nèi)框(b)內(nèi)筒外框(c)圓形筒中筒(d)內(nèi)筒外剪力墻(e)多邊形筒中筒,2）筒中筒當(dāng)單筒結(jié)構(gòu)不能滿足抵抗水平力的要求時(shí)，可以利用內(nèi)筒和外筒共同抵抗水平力，這種由內(nèi)外筒組成的結(jié)構(gòu)稱為筒中筒結(jié)構(gòu)，同時(shí)各層的樓板把內(nèi)外筒連接成一個(gè)抵抗水平力的整體。3）成束筒筒體結(jié)構(gòu)的最新發(fā)展是成束筒結(jié)構(gòu)。它由幾個(gè)連在一起的筒體組成。束筒體系的筒體排列方式很好，其空間剛度很大，可用于100層以上的超高層建筑中。4. 適用范圍

29、單筒結(jié)構(gòu)多用于高層建筑，筒中筒、束筒（群筒）多用于超高層建筑。如美國(guó)芝加哥西爾斯大廈。,美國(guó)芝加哥西爾斯大廈(b)1-51層平面(c)52-66層平面(d)67-90層平面(e)91-110層平面,束筒,三、高層建筑造型與結(jié)構(gòu)的關(guān)系 建筑造型設(shè)計(jì)在滿足使用要求的基礎(chǔ)上，還必須對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)構(gòu)造進(jìn)行綜合了解——建筑早期方案階段提出較合理的建筑平面布局和有利于結(jié)構(gòu)的造型方案。 各種形態(tài)的建筑物總是由各種

30、結(jié)構(gòu)體系的結(jié)構(gòu)構(gòu)架得以支撐、穩(wěn)定、堅(jiān)固。一定的結(jié)構(gòu)體系只能表現(xiàn)一定的建筑造型。特定的平面與型體，需要獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形式來實(shí)現(xiàn)。因此，結(jié)構(gòu)、材料、技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新，常成為建筑形式的創(chuàng)造與飛躍的前提。好的建筑總以好的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)；美的形象、總由結(jié)構(gòu)的精煉來決定的。 建筑師都希望自己的設(shè)計(jì)作品在造型上有所突破，不流于一般化，但高層建筑造型受結(jié)構(gòu)的制約作用很大，關(guān)鍵是在構(gòu)思上要善于抓住各種基本結(jié)構(gòu)形式的受力特征加以巧妙綜合運(yùn)