概论课土木工程的内涵

土木工程的内涵
------------土木工程与高层建筑的发展
土木工程中英二班陆挺 4
1.基本概念
高层建筑是指超过一定高度和层数的多层建筑。

中国自2005年起规定超过10层的住宅建筑和超过24米高的其他民用建筑为高层建筑。

1972年国际高层建筑会议将高层建筑分为4类：第一类为9～16层（最高50米），第二类为17～25层（最高75米)，第三类为26～40层（最高100米），第四类为40层以上(高于100米）。

公元前280年古埃及人建造了高100多米的亚历山大港灯塔。

523年在中国河南登封县建成高40米嵩岳寺塔。

现代高层建筑兴起于美国，1883年在芝加哥建起第一幢高11层的保险公司大楼，1931年在纽约建成高101层的帝国大厦。

第二次世界大战以后，出现了世界范围的高层建筑繁荣时期。

1970～1974年建成的美国芝加哥西尔斯大厦，约443米高。

高层建筑可节约城市用地，缩短公用设施和市政管网的开发周期，从而减少市政投资，加快城市建设。

2.简史
古代就开始建造高层建筑，埃及于公元前280年建造的亚历山大港灯塔，高100多米，为石结构（今留残址）。

中国建于523年的河南登封县嵩岳寺塔，高40米，为砖结构，建于1056年的山西应县佛宫寺释迦塔，高67米多，为木结构，均保存至今。

现代高层建筑首先从美国兴起，1883年在芝加哥建造了第一幢砖石自承重和钢框架结构的保险公司大楼，高11层。

1913 年在纽约建成的伍尔沃思大楼，高52层。

1931年在纽约建成的帝国州大厦，高381米，102层。

第二次世界大战后，出现了世界范围内的高层建筑繁荣时期。

1962～1976年建于纽约的两座世界贸易中心大楼，各为110层，高411米。

1974年建于芝加哥的西尔斯大厦为110层，高443米，是目前世界上最高的建筑。

加拿大兴建了多伦多的商业宫和第一银行大厦，前者高239米，后者高295米。

日本近十几年来建起大量高百米以上的建筑，如东京池袋阳光大楼为60层，高226米。

法国巴黎德方斯区有30～50层高层建筑几十幢。

苏联在1971年建造了40层的建筑，并发展为高层建筑群。

中国近代的高层建筑始建于20世纪20～30年代。

1934年在上海建成国际饭店，高22层。

50年代在北京建成13层的民族饭店、15层的民航大楼；60年代在广州建成18层的人民大厦、27层的广州宾馆。

70年代末期起，全国各大城市兴建了大量的高层住宅，如北京前三门、复兴门、建国门和上海漕溪北路等处，都建起12～16层的高层住宅建筑群，以及大批高层办公楼、旅馆。

中国1986年建成的深圳国际贸易中心大厦，高50层。

上海金茂大厦于1994年开工，1998年建成，有地上88层，若再加上上尖塔的楼层共有93层，地下3层。

上海环球金融中心是位于中国上海陆家嘴的一栋摩天大楼，2008年8月29日竣工。

是中国目前第二高楼、世界第三高楼、世界最高的平顶式大楼，楼高492米，地上101层。

下面我们通过几个例子来初步了解一下。

3.高层建筑赏析
3.1古代高层建筑赏析
①亚历山大港灯塔
这是世界上第一座灯塔，高达一百二十二米，有一座螺旋梯通往
灯台。

大约在公元前二七零年建于埃及亚历山大港法老岛上，到十五世纪已经倒塌荒废。

灯塔内部是螺旋状阶梯，燃油经阶梯运往塔顶，塔顶的一座房间内，工人便倚靠燃烧石油的灯光，再利用后方的镜收集光线，然后反射出去，晚上便是这样以火光照耀大海，白天则依靠反射阳光。

图1亚历山大港灯塔
②嵩岳寺塔
嵩岳寺塔是中国现存最古老的多角形密檐式砖塔。

该塔位于登封县城
西北约６公里，太室山南麓的嵩岳寺内，建于北魏孝明帝正光元年（52
0年），距今已有1470年的历史。

嵩岳寺塔上下浑砖砌就，层叠布以密檐，外涂白灰，内为楼阁式，外
为密檐式，总高41米左右，周长33.72米，塔身呈平面等边十二角形，
中央塔室为正八角形，塔室宽7.6米，底层砖砌塔壁厚2.45米，这种
密檐形12边形塔在中国现存的数百座砖塔中，是绝无仅有的，在当时
也是少见的。

图2亚历山大港灯塔
3.2近代高层建筑赏析
①保险公司大楼
芝加哥家庭保险公司大厦建于1883－1885年，共10层，高55米，
是世界上第一幢按现代钢框架结构原理建造的高层建筑，开摩天大楼
建造之先河。

这座12层的大楼在当今看来已经一点也不高大了,但是
它开创了一个建筑史上的新时期---现代高层建筑的发展时期。

图3 芝加哥保险公司大楼
②帝国大厦
帝国大厦（英语：Empire State Building），
是位于美国纽约市的一栋著名的摩天大楼，共
有102层，由Shreeve, Lamb, and Harmon 建筑公司设计，1930年动工，1931年落成，只用了410天，它的名字来源于纽约州的别称帝国州（Empire State），所以英文原意实际上是“纽约州大厦”，而“帝国州大厦”是以英文字面意思直接翻译之译法，但因此帝国大厦的译法已广泛流传，故沿用至今。

图4 帝国大厦
3.3现代高层建筑赏析
①哈利法塔
哈利法塔（Burj Khalifa，阿拉伯语: جرب，Khalifa Tower）原名迪拜
塔（阿拉伯语：جربيبد，Burj Dubai），又称迪拜大厦或比斯迪拜塔，是位
于阿拉伯联合酋长国迪拜的一栋已经建成的摩天大楼，有160层，总高828
米，比台北101足足高出320米。

迪拜塔由韩国三星公司负责营造，2004
年9月21日开始动工，2010年1月4日竣工启用，同时正式更名哈利法
塔。

现为世界高度第一的建筑。

图5哈利法塔
②上海环球金融中心
上海环球金融中心是位于中国上海陆家嘴的一栋摩天大楼，2008年8月29日竣工。

是中国目前第一高楼、世界第三高楼、世界最高的平顶式大楼，楼高492米，地上101层，开发商为“上海环球金融中心公司”，由日本森大楼公司（森ビル）主导兴建。

当时中国台北和香港都已在建480米高的摩天大厦，超过环球金融中心的原设计高度。

由于日本方面兴建世界第一高楼的初衷不变，对原设计方案进行了修改。

修改后的环球金融中心比原来增加7层，即达到地上100层，地下3层，楼层总面积约377,300平方米。

③金茂大厦
金茂大厦（Jin Mao Tower），又称金茂大楼，位于上海浦东新区黄浦江畔的
陆家嘴金融贸易区，楼高420.5米。

大厦于1994年开工，1998年建成，
有地上88层，若再加上尖塔的楼层共有93层，地下3层，楼面面积27
万8,707平方米，有多达130部电梯与555间客房，现已成为上海的一
座地标，是集现代化办公楼、五星级酒店、会展中心、娱乐、商场等设
施于一体。

图6上海环球金融中心和金茂大厦
4. 高层建筑的发展历程
尽管当时的建筑技术（结构、设备等）已取得很大进步，但建筑师们仍在
为寻找恰当的高层建筑形式而奋斗。

一方面，工程师在创造性地发明新的科学技术，他们高效地建造桥梁、火车站、展览厅；另一方面，建筑师们却束缚在传统风格中不能自拔。

他们需要寻找一条道路跳出进退两难的处境，在维护传统价值的同时不得不反映全新的爆炸性的城市环境一一过速发展的芝加哥先驱精神和新的房屋建造方法。

19世纪末流行的文艺复兴时期的府邸风格可作为高层建筑的原型，但随着建筑不断升高，府邸风格已很难实现，因而必须探寻新的设计构图方法。

5. 我国高层建筑结构的特点
5.1钢－混凝土混合（组合）结构的广泛应用
我国民用现代高层建筑钢结构自年代中期起步, 至今建成和正在建设的约有栋,
多数为写字楼、饭店, 主要分布在北京上海、深圳。

年前建成了栋。

这些年又形
成了新的高潮, 随着上海浦东开发区的建设, 上海高层钢结构发展尤其迅速,迄
今建造的高层钢结构使我国高层建筑的高度上了新的台阶, 八十年代的京广中心
在当时为最高的建筑。

与此相适应, 我国高层钢结构的科学研究、设计软件的编
制、设计能力及各项配套的工艺方面均取得了较大的进展, 在钢结构的制作及安
装方面的国产化已具有相当水准。

现将我国大陆已建和在建的高层钢结构建筑部
分列于表, 总建筑面积约万平方米, 钢材总用量约万吨。

香港与台湾的高层建筑
过去也是以传统的钢筋混凝土结构为主, 自七十年代以来逐渐发展了钢结构, 中
高层建筑中使用较为普遍, 超高层建筑钢结构逐年增多, 如香港的层高的中国银图7 地王大厦
行及台湾高雄的层高的高雄银行都是代表性的高层钢结构建筑。

它可以发挥钢和混凝土两种材料各自的优势，既具有钢结构的技术优势又具有混凝土造价相对低廉的特点。

举例：上海环球金融中心：RC核心筒+外伸桁架和巨型（型钢）柱，101层，高492m，7度抗震设防。

金茂大厦：RC核心筒+外框型钢混凝土柱及钢柱，88层，高420m， 7度抗震设防。

地王大厦： RC核心筒+外钢框架，81层，高325m，7度抗震设防。

70层深圳赛格广场，外框采用钢管混凝土， 7度抗震设防。

等等。

5.2 平面与立面形状呈多样化
现代高层建筑为了体现个性、追求新颖，使高层建筑的平面、立面体型均极其特殊，建筑的外在样式变化多端，它的结构的复杂程度和不规则程度也在不断的提升和变化着，这其实也为结构设计带来极大挑战。

不过除了其高度，如果一个建筑有其独特的建筑外貌也必然给其增添浓墨重彩的一笔。

因此现如今对高层建筑外貌也有着和其高度一样的追求和标准。

建筑物的平面形状细分的话大致可以分为矩形、方形、八角形、多边形、扇形、圆形、棱形、弧形、Y 形、L形等，也有一些事极其不规则的。

建筑物的立面形状也有很多，如各种类型转换，外挑、内收，大底盘多塔楼，连体建筑、立面开大洞等复杂体型的建筑等等。

再这方面央视的大楼可以说事十足的做到了平面与立面形状呈多样化，展现除了建筑物本身所具有的美。

图4 央视大楼
6. 高层建筑对环境与人的负面影响
高层建筑的发展已经跨越100多年的历史，取得了令人瞩目的成就。

高层建筑在城市中往往充当着标志和定向点，具有形象性，当今我国的城市正在进行大规模的旧城改建、扩建，越来越多的高层建筑迅速拔地而起，成为城市里的一道风景线。

但在我们欣赏这美丽风景的同时，绝不能忽略高层建筑也有其缺点，比如对环境与人的所造成的负面影响。

高层建筑对环境与人的负面影响可以分为以下几个方面。

高层建筑对城市物理环境的影响
1.对光环境的影响。

2.对声环境的影响。

3.对风环境的影响。

4.对热环境的影响。

其它方面的因素对人的影晌
1.对人的视觉感受的影响。

2.高层建筑本身可能存在的缺陷对人的影响。

7.高层建筑结构今后发展方向
预估今后高层建筑的发展方向，高层钢结构、混合（组合）结构将会有更多的应用，其中钢－钢筋混凝土混合结构应用将更为广泛，因此我们要比较深入地去开展高层钢－钢筋混凝土混合结构的研究。

同样建筑的抗震设计，尤其是高层建筑的抗震设计是很重要的，所以要在新的结构抗震设计理论和方法方面开展
进一步研究，如基于性能的抗震设计思想，善于去利用减震控制技术。

同样材料的发展对高层建筑的发展有着至关重要的作用，所以高强钢筋，混凝土材料等级会更高。