高层建筑钢结构第一章概论.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,高层建筑钢结构,1、陈富生等，高层建筑钢结构设计，中国建筑工业出版社，2004,2、张耀春，钢结构设计，高等教育出版社，2007,3、刘大海等，高楼钢结构设计，中国建筑工业出版社，2003,4、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 (2012报批稿),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、地价飞涨，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,24m,2）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,国内,近,15,年最高的,29,幢,高层建筑中,钢结构及钢,-,砼混合结构占,2/3,，以钢,-,砼混合结构为主。,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,框架结构,框架支撑或,框架剪力墙,部分筒体,筒体结构,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Home Insurance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/m,2,雄踞世界第一高,40,多年。,Empire state building,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/m,2,，,1974,年建成。,Sears Tower,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/m,2,，1973年建成，2001年9月11日被撞倒塌。框筒结构体系。,芝加哥Jhon Hancock大厦，100层344米，用钢量145Kg/m,2,，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(Land Mark)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,23m23m,外筒直径,46m,，由,16,根钢砼柱组成,C80,砼,4142,层处,58m,跨钢天桥,世界第一高的比较,Twin towers,Sears,迪拜塔成为世界最高建筑 828米,超过了高度为米的美国北达科他州电视发射塔，从而成为世界最高建筑。电视发射塔自年以来保持着世界最高牵索建筑纪录。,迪拜塔于年月动工。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。耗资数十亿美元。,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C70C100，上156米为钢结构塔楼，总高度609米。,未来的空中城市设计,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。,莫斯科水晶岛,福斯特建筑事务所刚刚获得设计许可，在一半岛上建造。高457米，可供3万人居住，同时拥有3000个酒店房间，设有电影院、剧院、购物中心、健身中心和容纳500名学生的国际学校。,高800米的DIB-200动力智能大厦,高800米的东京千年塔(Millenuium tower),高约840米，170层，外观呈圆锥形，1989年是由福斯特建筑事务所提出占地0.4平方英里，用于商业和居住，可容纳6万人。每隔13层都设有一个交通中转站，公交系统连接这些交通枢纽。千年塔的风力涡轮机和安装在上层的太阳能电池板可以为整栋建筑提供可持续能源，是目前提出的最环保的城市设计方案之一。,东京空中之城1000,约1000米高，自给自足，1989年提出，以恢复东京的绿地。由14个玻璃层保护的平台构成，占地面积3.1平方英里，内部拥有大片绿色空间。,多种用途，容纳居民3.6万，工人10万，有学校、商场、建影院等。使用新一代三层电梯，从底层到顶层只需2分钟。,高2001米的空中大都会,东京清水TRY 2004巨城金字塔,高度是埃及吉萨大金字塔的12倍，约2003米占地3平方英里。共有大8层，每层都由几个更小的金字塔构成，总面积达34平方英里，一至四层用于住宿和商业活动，五至八层休闲和娱乐场所。,可容75万人，通过55个交通枢纽将整个城市连成一片，交通快捷。实现了零碳排放，外立面覆盖光电涂层，将阳光转换为电。,东京X-Seed 4000,X-Seed 4000摩天巨塔是一个建筑学构想，最早于1995年提出，当时的初衷是吸引外界对提出这一宏伟蓝图的设计者的关注。尽管如此，我们仍认为X-Seed 4000堪称非凡的建筑设计，即便它可能永远地停留在绘图板上，无法成为现实。X-Seed 4000摩天巨塔楼高13,123英尺(约合4000米)，即便是富士山也在它面前黯然失色。富士山的标志性外形向来被建筑师们誉为给他们的创作灵感来源。,这座超级结构造价1万亿美元，形似帐篷由巨柱支撑，每根柱子都可以住人。X-Seed 4000摩天巨塔共有800个楼层，占地空间为26平方英里，可以让50万至100万人在此安居乐业。当然，我们还需要开发出各种各样的技术，才能让这种停留于绘图板上的庞大计划成真，这个建设项目包括新一代便捷交通运输网、高速电梯和一套可以减缓整幢大楼内温度、风速和气压等巨大波动的系统。,X-Seed 4000的能量供应完全来自于太阳能，不过目前尚不清楚太阳能是由覆盖于外立面的光电板产生，还是来自于新一代薄膜太阳能电池板。大楼内部确实会遵循的人类与自然和谐共存的建筑原则；正如上图所示，楼内不缺乏绿色植物。问题是有谁愿意长年生活在2.5英里高的庞大建筑物的阴影下面？,旧金山终极塔楼,由美籍华裔建筑规划师崔悦君(Eugene Tsui)提出。高2英里，以应对旧金山人口激增问题。基座直径1830米，共53平方英里的空间，500层，巨大圆锥体。,立面安装太阳能吸收板和风力涡轮机，并采用“大气能量转换”技术，利用楼顶和楼底之间的压差发电，提供常年稳定的能源，对环境不会造成任何破坏。3英里/小时的高速电梯，10分钟就可到顶层。,思考问题：,是否越高越好？,你是想,极目楚天,一览众山小,还是想,脚踏实地,沐自然雨露,结构防灾,交通空间浪费,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。,近期随着我国经济的持续增长，在全国各地都有较快发展。,国内目前最高的为上海环球金融中心,主楼建筑面积：25.3万m,2,。,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。,投资单位：日本森海外株式会社,日本森大楼公司主导兴建,2008年8月竣工,伸臂桁架和带状桁架,B356层核心筒,5678层核心筒,7790层核心筒,国内第二高楼为上海金贸大厦，88层，高421米,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。,国内已建完的著名高层钢结构(2009土木工程学报),武汉国际证券大厦,建筑面积：1390万m,2,。,高度：338 m；,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m,2,。,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192000m,2,；,标准层尺寸：53.353.3。,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2830层和5557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Q390Z25，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m,2,。,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：67m61m。,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800800；H 型 钢 柱：板厚80mm，最大截面800800；圆形钢管柱：板厚60mm，直径1000mm；矩 形 桁 架：板厚60mm，截面100060060；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,(,奥雅纳,ARUP,设计,),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：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650650，板厚7080mm，最厚100mm。,材料：70100mm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，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48m48m,总投资30亿美元,混凝土：112,000m,3,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/m,2,Kg/m,2,2030,110,103,3142,144,97,43层以上,163,138,平均,139,113,我国：,90年代以前建成的11栋钢结构建筑(2653层)，用钢量为95160Kg/m,2,，平均128Kg/m,2,。,同期9栋钢砼(1862层)，用钢量为68120Kg/m,2,，平均91Kg/m,2,。,通过采用轻质围护材料，先进结构体系，用钢量还会进一步下降。,关于造价,工程造价,工程总造价,5070%,动迁费征地费,3050%,工程造价,结构造价,30装修费,设备费,70%,结构造价,6070%,上部结构造价,基础造价,3040%,815%,上部结构造价,工程总造价,上部高层钢结构的造价一般为高层钢筋砼结构造价的1.52.0倍，因此钢结构较钢砼结构的差价约为工程总投资的48。,这一差价可由下述4项节约来弥补：,减轻结构自重,钢砼标准层自重约为,1.3,1.8t/m,2,钢结构标准层自重约为,1.0t/m,2,可同时减少地震作用和基础费用,节约建筑物面积,建筑物面积,/,总面积,故钢结构可较钢砼结构增加使用面积,4,6,缩短施工周期,钢结构较钢砼结构缩短周期,20,50,回收效率高，成本低,考虑以上,4,项带来的附加效益，高层钢结构的综合经济效益高于钢砼结构。,自重减少1/31/2,钢结构3,混合结构3.54,钢砼结构79,3）高层钢结构的适用范围,公共建筑，商业建筑，多层工业建筑，住宅等。,特别适用于,40,层以上的超高层建筑，烈度为,8,度及以上地震区的高层建筑和软弱地基上的高层建筑。,近年来多层和小高层住宅也已开始采用钢结构，形式喜人。,