哈尔滨工业大学高层建筑钢结构-1

2009年7月14日星期二
高层建筑钢结构
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
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高层建筑钢结构
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％
z 采用钢-砼混合结构
z 采用钢梁和压型钢 板组合楼盖,C40砼
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z 钢砼内筒23m×23m z 41~42层
z 外筒直径46m，由16 根钢砼柱组成,C80砼
处,58m跨 钢天桥
高层建筑钢结构
迪拜塔成为世界最高建筑 目前高度近1000米(2009/1/5)
超过了高度为６２８．９米的美国
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。
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高层建筑钢结构
高800米的DIB-200动力智能大厦
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高层建筑钢结构
学时：36 学分：2.0 考核方法：笔试 主讲教师：张文元
哈尔滨工业大学土木工程学院
College of Civil Engineering, HIT
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高层建筑钢结构
主要参考书：
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、刘大海等，高楼钢结构设计，中国建筑工业出版社， 2003
高层建筑钢结构
日本东京千年塔高2755英尺(约合840米)，外观呈现圆锥形，1989年是由 福斯特建筑事务所最早提出，用以解决东京开发用地短缺和人口过剩问题。 按计划，千年塔(Millennium Tower)将建在距东京湾1.2英里处的海岸边， 有170层楼那么高，占地面积0.4平方英里，可用于商业和居住。千年塔可以 容纳6万人，有一条高速地铁网，每次载客量为160人，保证当地居民正常出 行。千年塔每隔13层都设有一个交通中转站，公交系统连接这些交通枢纽， 乘客可在这些中转站上下车，或转乘电梯和移动人行道。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 出的最环保的理想城市设计方案之一。
绿色环保、可持续发展 15层以上的高层钢结构造价可达到与混凝土持平，
综合造价可超过混凝土
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高层建筑钢结构
筒体结构
框架支撑或 部分筒体 框架剪力墙 框架结构
不同结构体系的对比
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高层建筑钢结构
1.4 高层钢结构在国内外的发展
1）国外的发展
¾ 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
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高层建筑钢结构
空中之城1000(Sky City 1000)是一座3280英尺(约合1000米)高的城市， 整座城市可以实现自给自足，最早在1989年由Takenaka公司提出，以帮助恢 复东京城市交通拥堵地区的绿地。如果Takenaka公司解决东京交通问题的方 案最终通过，我们也许会看到一座完全符合构想的城市在东京拔地而起。空 中之城1000由14个玻璃层保护的平台构成，占地面积达到3.1平方英里，将 拥有大片的绿色空间。
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高2001米的空中大都会
高层建筑钢结构
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高层建筑钢结构
这座“空中城市”的规模简直令人难以置信。如果建成，东京清水TRY 2004 巨城金字塔的高度是埃及吉萨大金字塔的12倍。高6574英尺(约合2003米)， 占地面积3平方英里。整座建筑共有8层，相互堆叠而成，总面积估计达到34 平方英里，每一层都由几个更小的金字塔构成，每个大概相当于拉斯维加斯 卢克索酒店那么大，一至四层专门用于住宿和商业活动，五至八层用于休闲 和娱乐等社交场所。
芝加哥Sears大厦，109层 443米，用钢量161Kg/m2， 1974年建成。Sears Tower 成束筒体系。
Sears
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高层建筑钢结构 高层建筑钢结构
¾ 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/m2, 雄踞世界第一高40 多年。
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高层建筑钢结构
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。
Empire state building
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高层建筑钢结构
纽约世界贸易中心双塔楼， 110层412米，用钢量 186Kg/m2，1973年建成，2001 年9月11日被撞倒塌。框筒结 构体系。
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主要内容：
5、结构分析 6、构件设计
7、节点设计
8、非结构构件设计
9、防灾
10、案例与实践
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高层建筑钢结构
1 概论
1.1 高层建筑的发展背景
城市化进程加速、人口集中、低价飞 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。
北达科他州ＫＶＬＹ－ＴＶ电视发
射塔，从而成为世界最高建筑。Ｋ
ＶＬＹ－ＴＶ电视发射塔自１９６
３年以来保持着世界最高牵索建筑
纪录。
更令人不可思议的是，全球有4个号称高于千米的“待
迪拜塔于２００４建年大９楼月”动，工全。部为位于中东：
防止竞争者超越，艾科马威尔特公2司00一5年直策划建一座1001米高的“丝绸城”；
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高层建筑钢结构
芝加哥Jhon Hancock大厦，100 层344米，用钢量145Kg/m2， 1969年建成。大型支撑框筒体 系。
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高层建筑钢结构
¾ 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。
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高层建筑钢结构
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高层建筑钢结构
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
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¾ 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
5、F. 哈特等，钢结构建筑资料集，中国建筑工业出版 社，2000
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高层建筑钢结构
1.2 钢结构在高层建筑中的地位
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）
为主。
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高层建筑钢结构
1.3 高层钢结构体系介绍
全钢结构体系
¾ 平面框架
15～30层
¾ 平面框架-支撑结构
40～60层
¾ 等效筒体结构
50～65层
¾ 高效筒体结构
65～110层
(框筒、筒中筒、成束筒)
¾ 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)
将迪拜塔的最终高度巴作林为于商2业00机6年密提出要建1022米高的“穆尔詹塔”；
而不予公布。预计1027030米7年，3耗月资迪数拜“纳克希尔”公司宣布，计划在迪拜
十亿美元。
建一座高达1200米的“Al-Burj塔”；
2008年2月，沙特亲王阿勒瓦利德掌控的帝国控股公
司计划建设1600米的“英里塔” (MileHighTower)，预
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）
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
高层建筑
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高层建筑钢结构
1、概论
2、结构用钢
3、结构体系和布置
4、荷载和作用效应
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高层建筑钢结构
Twin towers
世界第一高的比较
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Sears
高层建筑钢结构
¾ 未来的空中城市设计
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 C70～C100，上156米为钢结构 塔楼，总高度609米。
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高层建筑钢结构
混合结构体系
¾ 钢筋砼内筒＋外围钢框架 ¾ 钢筋砼剪力墙＋钢框架 ¾ 钢管砼结构 ¾ 钢骨砼结构
3）高层钢结构的优势
自重轻，减少地震作用和运输量，便于地基处理 结构所占面积少，可增加使用面积
S较M可增加2～3％ S较RC可增加4～6％
工厂化程度高，施工周期短，早投产、早受益、早 回收 综合经济指标显示： 钢结构最适于高层和超高层建筑
钢-砼混合结构(M) 25座 27.8％
84.4％
钢筋砼结构(RC) 14座 15.6％
1998年统计世界最高的28幢建筑中
Байду номын сангаас
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％
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
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高层建筑钢结构
福斯特建筑事务所的水晶岛(Crystal Island)项目日前刚刚从莫斯科当局 获得初步设计许可，将在离克林姆林只有4英里半的纳加蒂诺半岛上建造。 水晶岛高1500英尺(约合457米)，是一座实现自给自足的城市，占地面积 0.96平方英里，是美国国防部所在地五角大楼的4倍，将拥有多种用途。这 座巨型建筑物有900套公寓，可供3万人居住，同时还拥有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。从 980英尺(约合300米)高的观景平台俯瞰，游客可以看到莫斯科大街小巷。建 成后，莫斯科水晶岛将拥有世界上最大的中庭之一，这个中庭将在夏季开 放，届时可以调节大楼内500英里高处公共空间的温度。
2、行业标准，高层民用建筑钢结构技术规程，JGJ9998，中国建筑工业出版社，1998
3、Bungale S. Taranth, Steel, Conctete, &Composite Design of Tall Buildings, McGraw-Hill, 1998(已有中文译本)
4、李国强，多高层建筑钢结构设计，中国建筑工业出版 社，2004
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高层建筑钢结构
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。
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高层建筑钢结构
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高层建筑钢结构
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。
清水“空中城市”可容纳75万人，相当于东京1200万总人口的16分之一。解 决那么多人的出行问题是一个巨大挑战，不过，便捷的交通运输系统以及快 速移动的人行道和电梯网，通过55个交通枢纽将整个城市连成一片，不仅实 现了零碳排放，还有效解决了居民出行问题。这座超级结构的外立面覆盖光 电涂层，可以将阳光转换为电，从而为更为绿色的城市作出了贡献。
计投资百亿美元，比台北101高出1000多米，比在建的
“迪拜塔”高出800米 。
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高层建筑钢结构
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。
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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，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。 或许会成为世界上第 一个生态城市。