高层建筑结构概念设计

第四阶段从90年代开始

上海金茂大厦，(钢结构， 88层，高420m，是我国 目前最高的建筑)
金茂大厦内部结构
2. 国外现代高层建筑的发展

第一阶段是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。
第二阶段是19世纪中期开始的20世纪 50年代初
第三阶段为80年代
深圳发展中心大厦，(43层， 高165.3m，加上天线的高度 共185.3m)，是我国第一座 大型高层钢结构建筑。
第三阶段为80年代
广州国际大厦 (63层，高200m)
第三阶段为80年代
北京京广中心大厦 (57层，高208m)
第三阶段为80年代


上海新锦江宾馆是一座现代化的高级宾馆，(总建 筑面积66060m2，共43层，总高153.52m) 静安希尔顿饭店，(建筑面积69224m2，包括塔 楼43层，总高143.62m)
钢骨钢筋混凝土构件
组合结构
钢管钢筋混凝土构件
钢管屈曲破坏
钢管混凝土结构 工程实例
美国西雅图 双联广场大厦
58层 四根大钢管混凝土柱 混凝土抗压强度133Mpa 直径3.05m 管壁厚30mm 承受60%竖向荷载
2)部分抗侧力结构用钢结构，另一部分采用钢 筋混凝土结构（或部分采用钢骨钢筋混凝土 结构）


1855年发明了电梯系统(OTIS)，使人们建造更高的 建筑成为可能。 家庭保险公司大楼(Home Insurance Building)， 11层，高55m，建于18841886年，采用铸铁框架 承重结构，标志着一种区别于传统砌筑结构的新结构 体系的诞生。 从1884年到19世纪，高层建筑已经发展到了采 用钢结构，建筑物的高度越过了100m大关。 1898年建成的纽约Park Row大厦（30层， 118m）是19世纪世界上最高的建筑。
（2）我国对高层建筑的定义：
我国《民用建筑设计通则》 (JGJ 37 ) 、《高层民用建筑设计 防火规范》(GB 50045)中规定：

住宅建筑10层及10层以上为高层建筑； 除住宅建筑之外的民用建筑高度超过24m者为高层建筑(不 包括建筑高度超过24m的单层公共建筑)。 10层及10层以上和总高度超过28m的民用建筑为高层建筑。


广州广东国际大厦(63层，200.18m) 底层柱尺寸已达1.8*2.2m
3 组合结构
（1）优点
在钢筋混凝土结构基础上，充分发挥钢结 构优良的抗拉性能以及混凝土结构的抗压性能 进一步减轻结构重量，提高结构延性 （2）类型
1) 用钢材加强钢筋混凝土构件 钢骨钢筋混凝土构件
钢管钢筋混凝土构件
第二篇 高层建筑结构概念设计
第一章 高层建筑的定义与结构体系 第二章 高层建筑结构受力概念
第三章 著名高层建筑结构设计案例
第一章 高层建筑的定义与结构体系
1-1 国内外高层建筑的发展概况
1-2 高层建筑的特点
1-3 高层建筑结构的类型
1-4 高层建筑结构的结构体系
1-1 国内外高层建筑的发展概况
巨形框架结构 （香港汇丰银行大楼）
第三阶段从20世界50年代开始

由于在轻质高强材料、抗风抗震结构体系、 施工技术及施工机械等方面都取得了很大进 步以及计算机在设计中的应用，使得高层建 筑飞速发展。 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 Towers)， 110层，钢结构； 北楼高417m，南 楼高415m； 总建筑师为日本的 山崎实。


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。 1931年美国纽约曼哈顿建造了 102层、高381m的著名的帝国 大厦(Empire State Building)， 它保持世界最高建筑达41年之久。 这一时期，虽然高层建筑有 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，且仅限于 框架结构，建于非抗震区
北京饭店新楼
广州白云宾馆
33层，112.45米，剪力墙结构，1976年建成，国内 首栋百米高层。
7850
2300
7850
3600
4000
8000
8000
66000
3000
36000
3000
66000
8000
8000
4000
3600
70000
第三阶段为80年代

仅19801983年所建的高层建筑就相当于 1949年以来30多年中所建高层建筑的总和。
框架结构体系
由梁、柱构件通过结点连接组成的结构称为框架 框架结构体系 纯框架结构
框架结构是多层房屋的主要结构形式，也是高层建筑 的基本结构单元。
剪力墙结构体系
框架—剪力墙结构体系
筒中筒结构体系
深圳发展中心大厦
多筒结构体系
Sears Tower
成 束 筒
主框架
次框架 3
次框架 2
次框架 1
1.世界贸易中心的建筑形式
2. 撞机1（首先撞击北楼）
3. 撞机2（约18分钟撞击南楼）
二、世界贸易中心倒塌过程（2） 1. 倒塌瞬间
2. 倒塌后
2 钢筋混凝土结构

优点：造价较低，材料来源丰富，可浇注成各种复杂断 面形状，可以组成多种结构体系；可节省钢材，承载能 力较高，经过合理设计，可获得较好的抗震性能。 缺点：构件断面大，占据面间大，自重大
我国《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 33 )中规定：

建筑高度超过100m的建筑均为超高层建筑。 注：建筑高度从室外地面至檐口或屋面面层的高度计算，屋 顶上的水箱间、电梯机房、排烟机房和楼梯出口小间等设备 用房不计入建筑高度内。
2、高层建筑的特点
A. 高层建筑中，水平荷载和地震作用对结构设计起 着决定性的作用; B. 动力反应不可低估; C. 结构轴向变形、剪切变形以及温度、沉降的影响 加剧; D. 材料用量、工程造价呈抛物线关系增长。
柳京饭店
马来西亚双塔楼(Petronas Towers） ： 88层，451.9米，框—筒结构，1996年建成。
台北101，101层，508米。预计2004年9月完工
1-2 高层建筑的特点
1、高层建筑的分类
(1)世界高层建筑委员会1972年建议，将高层建 筑划分为以下四类：

第一类：916层，高度不超过50m; 第二类：1725层，高度不超过75m; 第三类：2640层，高度不超过100m; 第四类：40层以上，高度100m以上。

1974年美国在芝加 哥又建成了当时世 界最高的西尔斯大 厦(Sears Tower)， 110层，高443m， 钢结构。



进入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。1990年至今，世界上新建的最高建筑，几 乎全部集中在这一地区。 一般高度的高层建筑（80—150米）更是大量兴建 朝鲜平壤市的柳京饭店，地面以上101层，高305.4m， 钢筋混凝土结构 位于马来西亚吉隆坡的双塔高层建筑，88层，高451.9m， 钢筋混凝土结构 预期21世纪，亚洲将成为新的高层建筑中心
1-1 国内外高层建筑的发展概况
1. 我国高层建筑的发展 (1)我国古代高层建筑的发展 (2)我国近代高层建筑的发展
2. 国外现代高层建筑的发展
1. 我国高层建筑的发展
(1) 我国古代高层建筑的发展




公元524年在河南建造了嵩岳寺塔(15层筒结构，高 50m) 公元704年在西安建造了大雁塔(7层砖木结构，总高 64m) 公元1055年在河北定县建造了料敌塔(11层筒体结构， 高82m) 公元1056年山西建造了应县木塔(9层，高67m)，堪 称世界木结构的奇迹
第四阶段从90年代开始
（1）高层建筑兴建速度加快
1990—1994年间，每年建成10层以上建筑 在1000万平方米以上，占全国已建成的高层 建筑的40%
（2）超高层建筑的发展
高层建筑的发展及层数和高度增长更快，建 成了多座200米以上的高层建筑
上海明天广 场：60层， 238m，最 高的框架— 剪力墙结构， 98年建成。

上海静安希尔顿饭店（钢筋混凝土筒体，钢框架） 香港中国银行(钢骨钢筋混凝土角柱，横梁及斜 撑为钢结构)
1-4 高层建筑结构的结构体系
1、高层建筑的基本的抗侧力单元 框架 剪力墙 筒体
2、结构体系 结构抵抗外部作用的构件单元组成方式
1-4 高层建筑结构的结构体系
3、结构体系类型 框架结构体系 剪力墙结构体系 框架—剪力墙结构体系 筒中筒结构体系 多筒体系 巨型结构体系
(2) 我国近代高层建筑的发展（四个阶段）
第一阶段从新中国成立到60年代末 初步发展，20层以下的框架结构 1959年建成的北京民族饭店(12层，高47.4m) 1964年建成了北京民航大楼(15层，高60.8m) 1966年建成了广州人民大厦(18层，高63m)
第二阶段为70年代
20—30层，主要用于住宅、旅馆、办公楼 1974年建成的北京饭店新楼(20层，高87.4m， 是当时北京最高的建筑) 1976年建成的广州白云宾馆(33层、高114.05m) 上海漕溪路20幢1216层剪力墙住宅楼； 北京前门40幢916层大模板施工的剪力墙住宅楼
高层建筑中，水平荷载和地震作用对结构设计起着 决定性的作用。

荷载效应的最大值(轴力N、 弯矩M和位移)可用下列式
子表达：

N=wH ~ f(H) M=qH2/2 ~ f(H2) =qH4/8EI ~ f(H4)
内力或位移
=f(H4)
M=f(H2)
N=f(H)
H 结构内力、位移与高度H的关系
高层建筑是近代经济发展和科学技术进步的产物， 至今已有100余年的历史。 多年来，世界上最高的高层建筑集中在美国、加拿 大，直到80年代末，北美洲一直是世界高层建筑的中 心。按1991年公布的排行表，在世界上最高的100座 最高建筑中，美国占了78座，加拿大5座，墨西哥1座， 即北美洲占了84%，成了当前世界最高建筑的中心。
1-3 高层建筑的结构类型
1 钢结构
2 钢筋混凝土结构
3 组合结构
1 钢结构
优点：强度高、韧性大、抗震性能好、易于加 工，能缩短现场施工工期，施工方便。
缺点：用钢量大，造价很高，而且耐火性能差
深圳地王大厦，(81层，383.95m) 北京的京广中心(56层，208m)、
一.世界贸易中心简介（1）