高层建筑结构设计1

世 界 贸 易 中 心 大 楼
敬請指教
• 1974年美国在芝加哥建成西尔斯大厦(Sears Tower)，楼高443m，地上110层，地下还有3层， 钢结构。 • 1997年马来西亚建成的双塔楼（石油大厦）高层 建筑，85层，高452m，混凝土结构，比西尔斯大 厦商出7m。 • 台北的2004年11月建成的101大厦，高度509m该 大厦地上101层、地下5层。 • 迪拜建成了总高度828米，162层的哈利法塔。
教科书-参考书
• 《高层建筑结构》武汉理工大学出版社， 吕西林主篇。--教科书 • 《高层建筑结构设计》第二版，包世华、 方鄂华。--参考书 • 《钢筋砼高层建筑结构设计》建筑科学研 究院，赵西安。---参考书
参考规范
• • • • 高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002) [S]．北京： 中国建筑工业出版社，2002. 建筑抗震设计规范（GB 50011-2001) [S]．北京：中国 建筑工业出版社，2001. 混凝土结构设计规范（GB 50010-2002 )（ [S]．北京： 中国建筑工业出版社，2002. 建筑结构荷载规范（GB 50009－2002 [S]．北京：中国 建筑工业出版社，2001. 砌体结构设计规范（GB50003-2001 [S]．北京：中国建 筑工业出版社，2001. 建筑地基基础设计规范（GB 50007－2002 [S]．北京： 中国建筑工业出版社，2002.
3.上海环球金融中心
• 上海环球金融中心是以日本的森大厦株式 会社为中心，联合日本、美国等40多家企 业投资兴建的项目。 • 工程地块面积为3万平方米，总建筑面积达 38.16万平方米，比邻金茂大厦。 • 该工程地上101层，地下3层，建筑主体高 度达492米，比目前中国第一高楼金茂大厦 还要高72米。 • 上海环球金融中心是以办公为主，集商贸、 宾馆、观光、会议等设施于一体的综合型 大厦。
*. 高层建筑的定义是什么？
1）我国将10层及10层以上的住宅建筑以及高 度超过28m的公共建筑和综合性建筑定义为 高层;将高度超过100m以上的建筑定义为超 高层建筑。 2）联合国将9层以上的建筑定认为高层建筑， 将30层以上或高度100m以上的建筑定认为 超高层建筑。 3）日本将5层以上的建筑定认为高层建筑， 将15层以上的建筑定认为超高层建筑。
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第1章 绪论
1.1 高层建筑的特点 1.2 高层建筑的发展概况 1.3 本课程的教学内容与要求
1.1 高层建筑的特点
• 城市中的高层建筑反映经济繁荣和社会进 步的重要标志。 • 高层建筑突飞猛进的建设得益于力学分析 方法的发展，结构设计和施工技术的进步 以及现代机械和电子技术的贡献。 • 掌握高层建筑的设计知识是对建筑与土木 工程领域人员的基本要求。
石油大厦
西尔斯大楼
世界五大最高建筑
1、哈利法塔（原名迪拜塔）：位于阿拉伯联合酋长国 迪拜。总高度828米，162层。2004年9月21日开始动工， 2010年1月4日竣工启用，为现今世界第一高楼。 2、台北101大楼：位于我国台湾省台北市信义区，总高 度509米，101层。 3、上海环球金融中心：位于中国上海陆家嘴，总高度 492米，地上101层，地下3层，建筑面积381600㎡，为中 国大陆第一高楼，世界最高的平顶式建筑。 4、香港环球贸易广场（在建）：位于香港西九龙柯士 甸道西1号，预计2011年至2012年间建成，高484米， 118层。建成后将成为香港最高建筑。 5、吉隆坡双塔大楼：马来西亚国家石油公司双塔大楼 位于吉隆坡市中心美芝律，高451.9米，共88层。1996年 2月13日竣工，保持了7年多的世界第一高楼的头衔。
• 日本于1963年废除了建筑高度不得超过3lm 的限制，于1968年首次建成了36层的霞关 大厦，以后陆续兴建了多幢超过100m的高 层建筑。 • 90年代，亚洲成为经济发展最快的地区， 西太平洋沿岸的日本、朝鲜、韩国、中国 大陆、台湾、新加坡和马来西亚等国家和 地区，陆续建成了超过200m、300m的高 层建筑。
第三阶段
• 第三阶段从20世纪50年代开始，由于在轻质高强材料、抗 风抗震结构体系、新的设计理论、计算机在设计中的应用、 施工技术及施工机械等方面都取得了较大的进步，使得高 层建筑得到了大规模的迅速发展。 • 60年代，美国人坎恩提出了框筒体系，为建造高层建筑提 供了理想的结构形式。从这种体系中衍生出筒中筒、多束 筒和斜撑等体系。 • 70年代，波兰华沙建成了组合结构高层建筑 Palac Kulturgi Nauki大楼，42层，高241m。
调和质块阻尼器
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这也是全世界 唯一开放游客观 赏的巨型阻尼器， 更是目前全球最 大之阻尼器。
巨型结构
2.101大厦
• 台北101打地基的工程总共进行了15个月，挖出 70万吨土，基桩由382根钢筋混凝土桩构成。 • 台北101所使用的钢至少有5种，依不同部位所设 计，特别配制的混凝土，比一般混疑土强度强 60%。 • 日本东芝（TOSHIBA）公司制造了两台电梯， 16.8米/秒，能够在39秒之内从5楼上升至观景台 位在的89楼。而游客也能从楼梯上到位在91楼的 室外观景台。
3）可缩小城市平面规模，缩短城市道路和各 种公共管线的长度，节约城市建设和管理 的投资；但人口过份密集也会造成交通拥 挤，出行困难。 4）高层建筑要有电梯且防火要求较高，其工 程造价及运行成本较高。 5）高层建筑的结构分析与设计较复杂（风荷 载和地震荷载在高层建筑分析设计中起重 要作用）。
1.2 高层建筑的发展概况
*. 高层建筑的特点有哪些？
1）在相同的建设场地中，建造高层建筑可以 获得更多的建筑面积，这样可以部分解决 地价高涨的问题。但高层建筑太多、太密 集也会对城市带来热岛效应（一个地区的 气温高于周围地区的现象），玻璃幕墙过 多可能造成光污染（视力急剧下降 ）。 2）建筑高层建筑可留下更多的空闲地面，用 作绿化和休息场地。
（1）国外多高层建筑发展概况 （2）国内多高层建筑发展概况
（1）国外多高层建筑发展概况
• 第—阶段是19世纪中期以前，由于主要建 筑材料是砖石和木材，以及设计手段和施 工技术的限制，欧美国家一般只能建造6层 及以下的建筑。
第二阶段
• 第二阶段是19世纪中期开始到20世纪50年代初。 • 被认为世界上第—幢的近代高层建筑是美国芝加 哥的家庭保险公司大楼(Home Insurance Building)，10层，高55m，建于1885年、采用铸 铁框架承重结构；它标志着一种区别于传统砌筑 结构的新结构体系的诞生。 • 1895年奥提斯安全电梯首次在纽约16层的宾馆应 用。 • 1889年，巴黎埃菲尔铁塔建成，是钢结构和电梯 的结合，对高层建筑的发展有很大的推动作用。
高层建筑关键技术
• • • • • • • 电梯 建材（钢材、钢筋混凝土、玻璃幕墙） 散热（空调、 、玻璃幕墙） 施工速度（预制拼装、泵送混凝土、塔吊） 抗风 抗震 抗恐怖袭击
2.101大厦
101大厦
2.101大厦
• 台北101（Taipei 101），又称台北101大楼，在 规 划 阶 段 初 期 原 名 台 北 国 际 金 融 中 心 （ Taipei Financial Center），是目前世界第二高楼（2010 年）。位于我国台湾省台北市信义区，由建筑师 李祖原设计，KTRT团队建造，保持了中国世界纪 录协会多项世界纪录。台北101曾是世界第一高 楼，以实际建筑物高度来计算已在2007年7月21 日被当时兴建到141楼的迪拜塔（阿联酋迪拜） 所超越，2010年1月4日迪拜塔的建成（828米） 使得台北101退居世界第二高楼。
Βιβλιοθήκη Baidu
1.迪拜塔
• 1至39层是高级酒店，40至108层是高级公 寓，109层至156层是办公楼和展望台(位于 124层)，157至160层用于安放通讯设施。 160层以上是200多米高、直径为2.1米的尖 塔。 • 它还能在每秒55米的大风中保持稳定，在 高楼中办公的人完全感觉不到大风的影响。 • 哈利法塔也将包含未来的世界最快电梯， 速度达17.5米/秒。
• 美国是世界上高层建筑最多的国家。1972 年在纽约建造了世界贸易中心大楼(World Trade Center)，110层，高415m和417m， 打破了帝国大厦保持了41年之久的高层建 筑世界纪录。 • 世界贸易中心大楼首次进行了模型风洞试 验，首次采用压型钢板组合楼板，首次在 楼梯采用轻质防火隔墙，首次用粘弹性阻 尼器减轻风振动效应等。
3.上海环球金融中心
3.上海环球金融中心
• 建设位置：上海市浦东陆家嘴金融贸易区Z4-1号地块 开工日期：1997年年初；2003年2月工程复工 竣工日期：2008年8月29日 用地面积：30,000m2 占地面积：14,400m2 建筑面积：381,600m2 建筑层数：地上101层、地下3层 建筑高度：492.5米 结构形式：钢筋混凝土结构（SRC结构）、钢结构（S结构） 建筑造价：83亿人民币 投资单位：森海外株式会社（ForestOverseasCo.,Ltd.） 建筑设计：KPF建筑师事务所 结构设计：籁思理· 罗伯逊联合股份有限公司(LERA) 设计单位：上海现代建筑设计（集团）有限公司、华东建筑设计研究院有限 公司 施工单位：中国建筑工程总公司、上海建工（集团）总公司总承包联合体 所获荣誉 ： 2008年竣工的最佳高层建筑（美国芝加哥“高层建筑和城市住 宅委员会”评选）。
• 到了19世纪末，高层建筑已突破了100m大关。 • 美国纽约于1898年建成的Park Row大厦，30层， 高118m，是19世纪世界上最高的建筑。 • 1931年美国纽约曼哈顿建造了102层、高381m著 名的帝国大厦，它保持世界最高建筑达41年之久。 • 世界上最早的钢筋混凝土框架结构高层建筑，是 1903年在美国辛辛那提建造的因格尔斯大楼，16 层，高64m。 • 这一时期，显然高层建筑有了比较大的发展，但 受到设计理论和建筑材料的限制，结构材料用量 较多、自重较大，仅限于框架结构，建于非地震 区。
2.101大厦
• 因应高空强风及台风吹拂造成的摇晃．台北101 设置了“调和质块阻尼器（tuned mass damper）”，是在88-92楼层挂置一个重达680公 吨的巨大钢球，利用摆动来减缓建筑物的晃幅。 这也是全世界唯一开放游客观赏的巨型阻尼器， 更是目前全球最大之阻尼器。而大楼外形的锯齿 状，经由风洞测试，能减少30-40%风所产生的摇 晃。 • 防震措施方面，台北101采用新式的“巨型结构 （megastructure）”，在大楼之四个外侧分别各 有二支巨柱，共八支巨柱，每支巨柱截面约3米长、 2.4米宽，自地下5楼贯通至地上90楼，柱内灌入 高密度混凝土，外以钢板包覆。
1.迪拜塔
1.迪拜塔
• • • • • • • • • • • • • • • • 【建筑现况】 已完工投入使用 【动土时间】 2004年9月21日 【封顶时间】 2009年10月 【使用时间】 2010年1月4日 【建筑高度】 总高度： 828米（2,684英尺） 【建筑用途】 综合 【建筑层数】 162层 【结构形式】 钢筋混凝土结构 【抗震能力】 6.3级地震 【建筑造价】 105亿（RMB） 【占地面积】 34.4公顷 【设计单位】 SOM--阿德里安· 史密斯 【建筑工人】 1.2万名 【建筑温差】 底层-顶层： -10℃ 【开发单位】 伊玛尔地产 【施工单位】 中国南通六建、韩国三星工程、 BESIX、 Arabtec
1.迪拜塔
• 大楼设计了4个隐蔽所，每30层一个，用于对付 火灾和恐怖袭击等紧急情况。另外，除了54部高 速电梯，还安装有专门的应急电梯，可以从高处 迅速而安全地疏散人员。 • 哈利法塔的设计为伊斯兰教建筑风格，楼面为 “Y”字形，并由三个建筑部份逐渐连贯成一核心 体，从沙漠上升，以上螺旋的模式，减少大楼的 剖面使它更如直往天际，至顶上，中央核心逐转 化成尖塔，Y字形的楼面也使的哈利法塔有较大 的视野享受。