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1、论文浅谈高层建筑结构体系的开展和应用 题 目：浅谈高层建筑结构体系的开展和应用 内容摘要随着科学技术、结构设计理论，高强材料的迅速开展，为建筑师们提供了丰富的想象空间，同时也为新颖结构体系的出现创造了条件本文主要介绍近年来应用越来越多的几种新型建筑结构体系：框架结构、剪力墙结构、巨型结构等。关键词：高层建筑；结构体系；框架结构；剪力墙结构目 录内容摘要I引 言11 绪论21.1 高层建筑开展情况21.2 高层建筑结构体系的开展和应用情况32 高层建筑中常用结构体系及特点62.1 框架结构6 特点6 应用实例72.2 剪力墙结构7 特点8 应用实例82.3 框架-剪力墙结构9 特点9 应用实例1
2、12.4 筒体结构11 特点11 应用实例132.5 巨型结构14 特点14 应用实例153 高层建筑结构的设计特点163.1 水平荷载成为设计的决定性因素163.2 侧移成为设计的控制指标163.3 轴向变形的影响在设计中不容无视173.4 延性成为结构设计的重要指标173.5 动力效应大173.6 扭转效应大173.7 结构的稳定和抗倾覆173.8 温差过大产生的温度应力及变形大184 高层建筑结构设计时选定结构体系需要注意的问题194.1 结构的平面形状及立面型式194.2 结构刚度194.3 高宽比限制194.4 侧向位移限制20附 录24引 言 近年来随着世界人口的增加，住房紧张的问
3、题越来越严重，传统意义的住房已满足不了人们的需求。在这种情况下，高层建筑因运而生。所以高层建筑是社会生产的需要和人类生活需求的产物，是现代工业化、商业化和城市化的必然结果。而科学技术的开展，高强轻质材料的出现以及机械化、电气化在建筑中的实现等，为高层建筑的开展提供了技术条件和根底。M办公2石油大厦吉隆坡199888400.0S多功能3金茂大厦上海199888395.0M多功能4帝国大厦纽约1931102381.0S办公5T&C大厦高雄199785374.5M多功能6标准石油公司大厦芝加哥197383346.0S办公7约翰汉考克中心芝加哥1969100343.5S多功能8地王大厦深圳199669
4、325.0M办公9中信广场广州199680321.9C办公10芝加哥湖滨酒店迪拜200055311.0M办公 MSRC组合材料，S钢结构，C混凝土结构 那么会看到在这10幢建筑中，美国占4幢建于19311974年，且均为钢结构建筑;亚洲占6幢其中中国四幢建于19962000年。进一步亚洲已经成为世界建筑高层及超高层建筑的中心。而且这6幢超高层建筑有5幢采用了SRC组合结构，说明SRC组合结构在超高层中的运用，以到达相当的广度和深度，并逐步成为超高层叫做建造中首选类型。1.2 高层建筑结构体系的开展和应用情况 随着工业化、商业化、城市化的进程，城市人口剧增，造成城市生产和生活用房紧张，地价昂贵，
5、迫使建筑物向高空开展，由多层开展为高层。19 世纪末期，开始出现了现代形式的钢框架和钢筋混凝土框架结构的高层建筑。1898 年修建的secodRandMeNa119 层大楼美国，芝加哥，是世界上第一幢具有现代形式的钢框架结构高层建筑。而最早的钢筋混凝土框架结构高层建筑，为世界上第一幢具有现代形式的钢框架结构高层建筑。而最早的钢筋混凝土框架结构高层建筑，为1903 年修建的位于美国Cincinnati 的InallaBuildin和法国巴黎Franklin 公寓。所以，现代形式的高层建筑，只有117 年的历史。到了20 世纪50 年代以后，由于轻质高强材料研制成功，抗风、抗震结构体系的开展，新的
6、设计计算理论的创立，电子计算机在设计中的应用，以及新的施工技术和机械不断涌现，为大规模地、较经济地建造高层建筑提供了充分的条件，使高层建筑得到迅速开展。在钢筋混凝土结构方面，其结构体系的开展历程也类似于钢结构的结构体系，由最初的框架结构1903 年，glnallsBuildin 逐渐开展出框架剪力墙结构或框架简体结构和巨型结构等结构体系，使得混凝土结构的建造高度越来越高。钢结构具有强度高、自重轻、抗震性能好等优点，钢结构的构件可在工厂加工和制作，施工速度快，工期短。钢是建造高层建筑结构比拟理想的材料，但是全钢结构用钢量大，造价高，耐火性能差，需用昂贵的防火涂料。而钢筋混凝土结构具有节省钢材、造
7、价低、材料来源丰富、可模性好等优点，且承载力也不低，经过合理设计也可获得较好的抗震性能。因此，只有在兴旺国家，大多数的高层建筑才采用钢结构形式，而在开展中国家，绝大局部的高层建筑采用钢筋混凝土材料建造，且由于高性能混凝土的开展和施工技术的进步，钢筋混凝土结构仍是今后高层建筑的主要结构形式。特别是近年来，由于钢筋混凝土结构的优点，兴旺国家采用钢筋混凝土材料建造的高层建筑的数量也在日益增多。当然，钢筋混凝土结构的构件断面尺寸大，减少了建筑使用面积；自重大，致使根底造价增高，抗震性能也不如钢结构。因此为充分发挥钢材和混凝土这两种材料的特点，更为合理的结构形式是同时采用钢和钢筋混凝土材料的混合结构或组
8、合结构。该结构形式经合理设计，可取得经济合理、技术性能优良的效果，近年来已成为研究的热点和开展的方向。高层建筑的开展，充分显示了科学技术的力量，使建筑师从过去强调艺术效果转向重视建筑特有功能与技术因素。未来的高层建筑将朝着技术功能先进和艺术完美相结合的方向开展。1 新材料、超强材料的开发和应用在高层建筑结构的技术问题中，首先要解决的是材料问题。现在混凝土的强度等级已经到达100 以上。高强度和良好韧性的混凝土有利于减小结构构件的尺寸，减轻结构的自重，改善结构抗震性能。同时，为了到达轻质高强的目的，必须在高层建筑结构中，开展轻骨料混凝土、轻混凝土、纤维混凝土、聚合物混凝土、侧限约束混凝土和预应力
9、混凝土。高性能混凝土的开发和应用，将继续受到人们的重视，也必将给高层建筑结构带来重大和深远的影响。从强度和塑性方面考虑，钢是高层建筑结构的理想材料，增进或改善钢材的强度、塑性和可焊性性能的工作人们从未停止过。特别是对新型耐火耐候钢的研发，具有重要意义，可使钢材减小或抛弃对防火材料的依赖，提高建筑用钢的竞争力。复合材料用于制作高层建筑局部构件正在开发和实践中。2 混合结构在高层建筑结构中广泛应用如前所述，经合理设计的混合结构可取得经济合理、技术性能如抗震性能优良的效果，且易满足高层建筑的侧向刚度的需求，可建造比钢筋混凝土结构更高的建筑，因此在较高的建筑中，混合结构往往仍是合理、可行的结构方案，今
10、后建造混合结构的比率将会越来越大。3 新的设计概念、新的结构形式的应用现代建筑功能趋于多样性，建筑的体形和结构体系趋向复杂多变，趋向立体化，应运而生新的设计概念和结构技术的深化，采用新的结构体系，如巨型结构体系，蒙皮结构，带加强层的结构，建筑立面设置大洞口以减小风力，采用结构控制技术设置抗震机构等。4 高层建筑结构的高度出现新的突破进入20 世纪90 年代后，高层建筑迅猛开展，在数量、质量及高度上都有了大飞跃，高层建筑中的科技含量越来越高。南昌铭雅欧洲城位于南昌市日趋繁荣的新区红谷滩内，距离市政府仅2.5公里。整个工程占地5400亩，工程完工后将有350，000多平方米的欧洲式公寓和别墅全部采
11、用剪力墙结构，抗震指标符合国家标准标准非盟会议中心座落于埃塞俄比亚首都亚的斯亚贝巴市，总建筑面积48400平方米。该工程由办公楼和会议厅两局部组成，办公楼共20层，高90米，采用框架剪力墙结构，有少量劲性钢骨柱。钢结构主要分布在会议厅，会议厅又分中庭局部和大会议厅局部，其中中庭局部屋顶为框架结构，主要构件为H型钢梁以及钢梁之间的圆管支撑；大会议厅局部由侧向钢结构系统和屋面钢结构系统组成，侧向钢结构系统由H型周边环梁、桁架支撑环梁、H型弧形竖向肋梁、钢管支撑与底部树状支撑组成；屋面钢结构系统为椭圆形，由椭圆长轴方向的一榀管桁架和椭圆短轴方向的三榀管桁架以及其间的网壳圆管杆件组成。由密柱高梁空间框
12、架或空间剪力墙所组成，在水平荷载作用下起整体空间作用的抗侧力构件称为筒体由密柱框架组成的筒体称为框筒；由剪力墙组成的筒体称为薄壁筒。由一个或数个筒体作为主要抗侧力构件而形成的结构称为筒体结构，它适用于平面或竖向布置繁杂、水平荷载大的高层建筑。图2.2 框筒结构示意图密柱深梁：实际是一个开了很多很多窗洞的筒体，靠空间受力特性来抵抗水平力。整体像一个悬臂筒体一样，刚度和承载力很大。水平荷载下楼板只是一个刚性隔板，保证框筒的侧向稳定和刚度，有如竹子中的竹节，楼板中的板、梁按承受垂直荷载要求单体设计。2筒中筒结构:筒中筒结构，如下列图2.3所示。一般用实腹筒做内筒，框筒或桁架筒做外筒。内筒可集中布置电
13、梯、楼梯、竖向管道等。框筒的侧向变形以剪切变形为主，内筒一般以弯曲变形为主，二者通过楼板联系，共同抵抗水平荷载，其协同工作原理与框架-剪力墙结构类似。图2.3 筒中筒结构示意图3桁架筒结构：用稀柱、浅梁和支撑斜杆组成桁架，布置在建筑物周边，形成桁架筒结构。桁架筒结构的结构特点是柱距大，支撑斜杆横跨建筑的一个面的边长，竖向跨越几个楼层，形成巨型桁架，4片桁架围成桁架筒，形成整体悬臂结构。刚度大，比框筒结构更能充分利用材料。4多筒结构成束筒结构:成束筒是由假设干单筒集成一体成束状，形成空间刚度极大的抗侧力结构。自下而上逐渐减少筒体数量的处理手法，使高层建筑结构更加经济合理。但这些逐渐减少的筒体结构
14、，应对称于建筑物的平面中心。 应用实例 北京银泰中心Beijing Yintai Centre位于建国门外大街2号，地处北京中央商务区 CBD 核心地带，北临长安街，东接三环路，踞国贸桥“金十字西南角。根据首都规划委员会规划，长安街两边建筑限高250米，北京银泰中心中央主楼高249.9米、63层，是长安街上的最高建筑。其建设与规划，经国务院总理办公会审批，曾连续多年列为北京市重点建设工程。其结构类型中央主楼纯钢结构，东西两侧写字楼钢、钢筋混凝土结构 。建筑高度 249.90米 ，占地面积：31,305平方米 北京银泰中心拥有的凯悦酒店及度假村集团在大中华地区首家精品酒店北京柏悦酒店，是凯悦集团
15、在中国投资并全盘管理的第一个工程，与一般建筑不同，北京银泰中心把酒店效劳式公寓和酒店统一设置在整个建筑群的中央主楼，完美诠释“王者必居天下之中的居住理念。把三幢塔楼连接在一起，将其变成全新概念的高品位商业、休闲、健康、美食及娱乐生活目的地，总面积52,199平方米，其中4层 地上3层、地下1层 近25,000平方米的商业配套设施荟萃顶级奢华品牌旗舰店、会议宴会设施、中西餐饮和健身休闲等设施。银泰中心东西两栋智能5A甲级写字楼，东侧写字楼已由中国人民财产保险股份PICC整幢购置。西侧的银泰写字楼以其显赫的位置、独特的空中环廊大堂、4米的办公层高、高效快速的双层轿箱电梯、具有架空地板的综合布线系统、精心设计的变频恒温恒湿新风对流系统，表达着北京银泰中心写字楼对最高质量的追求。2.5 巨型结构巨型结构，如下列图2.4所示。利用筒体作为柱子，在各筒体之间每隔数层用巨型梁相连，筒体和巨型梁即构成巨型框架。图2.4 巨型框架结
