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1、高层建筑构造SPARK CAI-狼文 一、概述（一）高层建筑发展过程 随着工农业的迅速发展，城市人口日益集中，用地日趋紧张。自本世纪50年代以来，高层建筑在国外开始迅速发展，其特点是建筑数量大、层数多、结构体系新。建筑材料、计算理论和施工方法不断更新。1、国外发展情况美国在世界近代高层建筑的发展中起了推动作用，从1886年芝加哥建的10层家庭保险公司大楼（Home Insurance Comb Qmq）到1974年芝加哥又以束筒结构形式建造了西尔斯大厦，共110层，总高443m，是世界上最高的建筑物。另外值得提出的是美国纽约水塔广场建造了当前世界上最高的钢筋混凝土高层建筑水塔广场大楼，共76层
2、，高262m，结构形式采用了筒体加框架体系。日本在1964年以前高层建筑极少，因日本建筑法规限制，不允许建高层建筑。战后对抗震抗风问题作了大量研究，1964年1月废除了旧法规，1964年建造了第一幢17层新大谷饭店，近年来日本兴建了100m以上的高楼有30余座，并以钢结构为主，如东京新宿的京王旅馆，地上47层，地下3层；东京池袋区商业中心办公楼共60层，高226m，结构体系采用筒中筒。英国的高层建筑从二次世界大战以前的7%增加到43%，但以后由于中欧地区人口趋于稳定，部分国家人口增长率接近于零，因此对高层建筑不如其他地区那么迫切需要。这里值得提出的是新加坡，它是以高层住宅解决了90%人口的居住
3、问题，并就居住区的一切配套设施，作了相应的安排。在世界其他各地区、各国家都根据各自的实际情况，如经济文化、民族习惯、人口多少、城市的发展，对高层建筑作了相应的尝试，尽管发展不平衡，但总的来说，高层建筑已在世界范围内逐步兴起和发展。2、国内高层建筑发展情况为适应我国城乡建设的发展，在四个现代化、开放、改革方针政策的指导下，城乡建设迅速发展，为了节约用地、改变城市面貌、改善人民居住条件，我国高层建筑在近年来有了迅速的发展。50年代建成13层的北京民族文化宫，12层的民族饭店。60、70年代在广州建成27层的广州宾馆、33层的广州白云宾馆。1978981年间高层建筑发展更快，四年间建成高层建筑510
4、幢，占建国以来高层建筑的76%。1989年底建设部系统已建成的高层建筑约900万m2。80年代以后，高层建筑发展更快，比较突出的有：深圳国际贸易中心大厦，建筑面积为10万m2，主体为50层，高度160m，第49层为旋转餐厅，塔楼顶面为直升飞机停机坪。1990年建成的北京京广中心大厦高208m，52层。1996年建成的深圳地王大厦高384.3m，68层，是我国目前最高的建筑物。此外还有北京国贸中心、北京长城饭店、广州广东国际大厦、南京金陵饭店、上海联谊大厦等。我国目前所建成的高层建筑绝大多数为钢筋混凝土结构，结构体系多为纯框架、框架-剪力墙、纯剪力墙及筒体结构。香港地区于1985年建成香港上海汇
5、丰银行大楼，总建筑面积9.9万m2，地上48层，地下4层，由美国建筑师若曼?弗斯特（Norman?Fostor）设计。此外，1989年在香港建成的中国银行，高315m，70层，由贝聿铭设计。（二）高层建筑的分类1、高层建筑按层数及高度分类目前世界各国对高层建筑的划分标准均不一致，各国根据本国的具体情况，各自有不同的规定。 联合国教科文组织所属世界高层建筑委员会建议按高层建筑的高度分成四类：第一类： 916层 (最高到50m) 第二类: 1725层 (最高到75m) 第三类: 2640层 (最高到100m) 第四类: 40层以上 (即超高层建筑) 目前我国对高层建筑的定义有以下规定:（1）高层民
6、用建筑设计防火规范GB5004595中规定，10层和超过10层的居住建筑和超过24m高的其他民用建筑为高层建筑。（2）钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程JGJ391中规定：“本规定适用于八层及八层以上高层民用建筑”。按此规定即八层起算高层建筑。（3）我国民用建筑设计通则JGJ3788规定：建筑高度超过100m时，不论住宅及公共建筑均为超高层建筑。（4）建筑高度：指建筑物室外地面到其檐口或屋面面层的高度。2、高层建筑按功能要求分类（1）高层办公楼；（2）高层住宅；（3）高层旅馆；（4）高层商住楼；（5）高层综合楼；（6）高层科研楼；（7）高层档案楼；（8）高层电力调度楼。3、高层建筑按体型分类
7、（1）板式高层建筑建筑平面呈长条形的高层建筑，其体形如板状。（2）塔式高层建筑建筑平面长宽接近的高层建筑，其体形呈塔状。4、按防火要求分类根据建筑物使用性质、火灾危险性、疏散及扑救难度等因素分类。我国高层民用建筑设计防火规范GB5004595将高层建筑分为一类和二类，详见表2-1。（三）高层建筑发展的原因和存在的问题高层建筑发展主要有以下几种原因：（1）18世纪末的产业革命，使工业迅速发展，人口集中于城市，造成用地紧张，迫使建筑向高度发展。（2）从城市管理及规划角度看，城市建筑向高度发展，可缩短各种工程管线、道路长度。（3）高层建筑增加了建筑的密集度，缩短了各部门相互间的距离，使横向和竖向联系
8、结合起来。（4）在相同的城市占地面积下，高层建筑可节约用地，提供更多的地面空间供美化、绿化使用，改善了城市小气候。（5）由于科学技术的发展，提供了轻质高强的建筑材料，各种水、暖、电、卫、自控的现代化设施，与先进的施工技术及施工机械，为高层建筑的发展奠定了物质基础。（6）各种现代建筑思潮为高层建筑提供了理论依据。从城市空间组合和城市环境需要考虑，建造一定数量的高层建筑，对丰富建筑造型和改善城市面貌能起到有益的作用。但是，高层建筑在我国还是一个新的事物，无论在建筑技术和建筑艺术的处理方面，或是带给人们心理和生理的影响方面，都还需要一一研究，妥善加以解决，使高层建筑逐步完善，真正能为改善城市面貌和为
9、人类创造良好的生活与工作环境起到积极的作用。二、高层建筑结构体系高层建筑结构型式，应根据房屋性质、层数、高度、荷载作用、物质技术条件等因素来加以选择。（一）从建筑材料来划分高层建筑的结构形式1、砖石结构砖石结构强度较低、自重大、抗震性能差，在我国只用于6层及其以下民用房屋，在国外轻质高强空心砖的强度可达4070MPa，因此砖石结构房屋也可用于818层的住宅建筑。2、钢结构钢结构具有自重轻、强度高、并具有延性、能承受较大的变形、施工快、便于装配等特点。在国外钢结构用于高层建筑较为普遍，我国由于钢材小、造价高，故一般多在超高层建筑采用。3、钢筋混凝土结构同砖石结构相比，钢筋混凝土结构具有强度高、刚
10、度好、抗震性好，与钢结构相比耐火、耐久性强、材料来源丰富，因此在我国高层建筑中得到广泛应用。（二）高层建筑的结构体系高层建筑结构分水平、垂直承重结构，这里主要讲垂直承重结构，它是高层建筑结构中的重要组成部分。垂直结构要求具有足够的抗压强度，而水平荷载则要求结构具有足够的抗弯、抗剪强度和刚度，由于各种结构抗压抗侧力是同荷载大小及种类有关，因此形成了不同结构体系，现分述如下：1、纯框架体系（1）结构特征、优缺点和适用范围纯框架体系是指竖向承重结构全部由框架组成。在水平荷载下，本体系强度低、刚度小、水平位移大，称为柔性结构体系。纯框架体系在高烈度地震区不宜采用。目前主要用于10层左右住宅楼及办公楼。
11、过高则因水平荷载所引起的柱中弯矩加大，使底层柱断面过大而影响使用。框架体系因只有框架柱承重而形成较大的灵活空间，使建筑平面布置不受限制。（2）柱网布置及尺寸框架柱的断面常为矩形，根据需要也可以设计成T形、I形和其他形状。横梁断面常为矩形或T形，有时为了提高房屋净高度而做成花篮形。柱网布置首先应满足使用要求，并使结构布置合理、受力明确、直接、施工方便，在进行综合经济、技术比较后，选用合适的柱网。根据我国情况，住宅建筑开间一般在3.34.5m，公共建筑开间可达6.67.5m。框架梁跨度通常在49m之间。梁截面可以根据梁的跨度进行估算来确定。梁高h可按力大小在h=(1/101/15)L范围选用。其中
12、L为梁的跨度。梁宽b取梁高的（1/21/3）h，由于施工要求，梁宽还应比柱子宽度小5cm左右，以便梁的两侧钢筋不与柱竖钢筋相碰。柱的截面尺寸可按轴心受压估算，估算压力值可提高20%40%，中柱取低值，边柱取高值。2、纯剪力墙体系（1）结构特征、优缺点及适用范围纯剪力墙体系，是指该体系中竖向承重结构全部由一系列横向和纵向的钢筋混凝土剪力墙所组成，这种体系侧向刚度大、侧移小，称为刚性结构体系。剪力墙通常为横向布置，间距小，约为36m，因此平面布置不灵活，仅适用于小开间的高层住宅、旅馆、办公楼等，本体系从理论上讲可建造上百层的民用建筑，但从技术经济考虑，地震区的剪力墙体系一般控制在35层，总高110
13、m以内，非地震区可适当放宽。 由于使用需要，剪力墙体系底层部分剪力墙改为框架，形成框支剪力墙结构，但这种结构的上剖刚度与底层刚度相差悬殊，刚度突变，对地震区建筑是不利的。（2）剪力墙的结构布置全部由剪力墙承重，使房屋有足够的刚度来抵抗水平荷载。在民用建筑中，一般是横墙短而数量多，纵墙长而数量少，因此纵横向剪力墙布置应适应这一特点。横向布置剪力墙。楼板支承在横墙上，横墙间距即楼板的跨度，通常剪力墙的间距为36.6m。这种布置方式刚度较好，但空间小，多用于住宅、旅馆等。纵向布置剪力墙。楼板支承在纵墙上，根据建筑物的宽度可布置24道纵墙。这种布置方式的缺点是建筑物的刚度较差，但空间较大。纵横向布置剪
14、力墙。大梁支承在纵墙上，板支承在横墙上。在塔式高层建筑中，由于建筑平面纵横两个方向长度差别不大，采用此种方式较合理。3、框架剪力墙体系（1）结构特征、优缺点和适用范围在框架体系中适当布置能抵抗水平推力的墙体，并使框架柱、楼板有可靠连接而形成的结构体系。房屋的竖向荷载由框架柱和剪力墙共同承担，而水平荷载则主要由刚度较大的剪力墙来承受。框架剪力墙体系既有框架结构布置灵活的优点，又能承受水平推力，因此是目前高层建筑常采用的结构形式。一般适用于25层以下的建筑，总高度在90m以内。（2）结构布置原则框架一剪力墙体系中，框架结构布置方法与纯框架结构布置相同，关键是如何合理布置剪力墙的位置，达到既满足建筑
15、使用空间要求，又达到剪力墙能承受大部分水平推力，所以，剪力墙的数量、间距、位置等布置合理与否，对高层框剪结构受力、变形及经济影响很大。下面就其布置原则和要求分述如下：剪力墙的平面位置。在进行建筑平面设计时应同时考虑到剪力墙的位置，使建筑和结构能相互协调。1）地震区剪力墙应沿房屋纵、横两个方向布置，非地震区，仅沿横向布置剪力墙。2）剪力墙宜对称布置，设在建筑物端部、平面形状变化及静载大的部位。3）剪力墙中心线应与框架柱截面重心线重合，并使剪力墙与柱布置在一起形成 、L、T、一字形。剪力墙沿高度方向布置。1）剪力墙宜贯通房屋的全高，其截面厚度应不变，防止刚度剧烈变化。2）在框剪体系中剪力墙尽量不开洞，如必需开洞应布置在中部，开洞面积与剪力墙面积之比小于0.16。3）剪力墙的间距。剪力墙间距不宜过大，使楼板平面内的刚度足够大，从而保证框架与剪力墙侧移一致，可靠地传递水平荷载，因此要求在现浇楼板中L/B4（式中L剪力墙间距；B房屋宽度）；在现浇面层的装配式钢筋混凝土楼板中的L/B2.5。4）剪力墙的数量。合理地确定剪力墙的数量，保证剪力墙能够承担80%90%的水平力，用“壁率”这一指标表示。所谓“壁率”是指每平方米建筑面
