物理緒論與結(jié)構(gòu)體系

物理緒論與結(jié)構(gòu)體系第1頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18左起臺(tái)北101大樓、芝加哥席爾斯大樓、吉隆坡雙子星大樓、上海金茂大廈、香港國(guó)際金融中心、紐約帝國(guó)大廈世界十大高樓第2頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18世界最高十大建筑排名建筑物名稱所在城市建成年份層數(shù)高度（m）結(jié)構(gòu)材料用途1國(guó)際金融中心大廈臺(tái)北2003101508鋼多用途2石油大廈吉隆坡199688451.9組合多用途3西爾斯大廈芝加哥1974110443鋼辦公4金貿(mào)大廈上海199888420.5組合多用途5世界貿(mào)易中心紐約1972110471鋼辦公5帝國(guó)大廈紐約1931102381鋼辦公6中環(huán)大廈香港199278374混凝土辦公7中銀大廈香港198970369組合辦公8Ｔ&Ｃ大廈高雄199785348鋼多用途9艾莫科大廈芝加哥197380346鋼辦公10漢考克大廈芝加哥1969100344鋼多用途第3頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18第4頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18國(guó)際金融中心大廈，中國(guó)臺(tái)北。臺(tái)北101大樓高508米（含天線），有世界最大且最重的“風(fēng)阻尼器”，還有兩臺(tái)世界最高速的電梯，從一樓到89樓，只要39秒的時(shí)間世界第一高樓臺(tái)灣臺(tái)北101購(gòu)物中心，樓高508米，擁有101層樓第5頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18臺(tái)北101大廈——世界最高大廈第6頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18臺(tái)北101大廈第7頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18國(guó)家石油雙子星座大廈（塔樓1），451.9米，位于馬來(lái)西亞吉隆坡。第8頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18西爾斯大樓，443米，位于美國(guó)芝加哥第9頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18金茂大廈，420.5米，位于中國(guó)上海第10頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18國(guó)際金融中心大廈（二期），420米，位于中國(guó)香港第11頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18中信廣場(chǎng)大廈，391米，位于中國(guó)廣州第12頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18信興廣場(chǎng)大廈，384米，位于中國(guó)深圳第13頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18帝國(guó)大廈，381米，位于美國(guó)紐約第14頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18中央廣場(chǎng)大廈，374米，位于中國(guó)香港第15頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18阿聯(lián)酋迪拜未來(lái)世界最高樓“迪拜塔”

艾瑪爾公司宣稱迪拜塔不僅是世界上的最高樓，他還有很多值得標(biāo)榜的地方。該樓集居住單元、商務(wù)單元、賓館和娛樂(lè)休閑設(shè)施于一體，并且配有開(kāi)闊的綠地，水面，步行街，“老城”和世界上最大的購(gòu)物中心。據(jù)原方案，該樓高度將達(dá)704.9米，將以絕對(duì)優(yōu)勢(shì)成為世界第一高。后來(lái)也有人建議蓋到810米，艾瑪爾公司未對(duì)最后高度表示確認(rèn)。

該項(xiàng)目2003年2月啟動(dòng)，預(yù)計(jì)2007年竣工。第16頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18第17頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18第18頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18第19頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18第20頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18據(jù)英國(guó)《星期日泰晤士報(bào)》12月23日?qǐng)?bào)道，莫斯科即將興建一座堪稱“全球最大建筑”的摩天塔樓——“水晶島”。它高達(dá)457米，形如一枚華麗絕倫的巨大水晶，可供3萬(wàn)人居住。令人嘆為觀止的是，“水晶島”簡(jiǎn)直就是一座功能齊全的“樓中之城”，其中包括學(xué)校、醫(yī)院、超市、電影院、公園等一切生活設(shè)施。據(jù)悉，這座“世界上最具野心的建筑”造價(jià)達(dá)20億英鎊(1英鎊約為14.6元)，將于6年內(nèi)竣工?？胺Q“全球最大建筑”這座摩天塔樓名為“水晶島”，高達(dá)457米，底部最大直徑701米，由當(dāng)今國(guó)際上最杰出的72歲英國(guó)建筑大師諾曼·福斯特設(shè)計(jì)?！八u”塔樓頂部是一個(gè)高聳入云的玻璃尖頂，然后樓身呈螺旋形下降，到塔樓底部越來(lái)越寬，其形狀正猶如一枚被切割的水晶?！八u”內(nèi)部中軸處是一個(gè)中空的天井，夏天它將打開(kāi)，從而讓空氣形成對(duì)流，為塔樓內(nèi)大約152.4米高的公共空間降溫。雖然“水晶島”不是世界上最高建筑，但它其中的所有樓層空間面積總計(jì)有250.84萬(wàn)平方米，相當(dāng)于美國(guó)華盛頓五角大樓面積的4倍，堪稱“全球最大建筑”。象征俄羅斯復(fù)興據(jù)悉，在“水晶島”中，總計(jì)將有900個(gè)公寓和3000個(gè)酒店房間，可供3萬(wàn)人同時(shí)在其中居住。令人嘆為觀止的是，“水晶島”里還將建造一所可供500名學(xué)生讀書的國(guó)際學(xué)校，以及多個(gè)電影院、博物館、劇院、醫(yī)院、體育館和數(shù)十家商店。據(jù)悉，“水晶島”的造價(jià)達(dá)20億英鎊，建造地點(diǎn)可能將位于距莫斯科市中心5英里的一個(gè)半島上。12月13日，它的初步設(shè)計(jì)方案已獲得批準(zhǔn)，它將于2008年正式動(dòng)工，并有望在6年之內(nèi)竣工。福斯特認(rèn)為，“水晶島”無(wú)疑將成為俄羅斯重新復(fù)興為世界大國(guó)的象征，并將成為俄羅斯的新地標(biāo)。被諷形如“圣誕樹(shù)”不過(guò)，“水晶島”的設(shè)計(jì)方案也引起了一些爭(zhēng)議。有觀察家認(rèn)為，它的古怪外形就仿佛是一棵圣誕樹(shù)，而且俗不可耐。莫斯科建筑協(xié)會(huì)的主席亞歷山大·庫(kù)德亞特瑟夫諷刺說(shuō)：“每個(gè)人看到它之后的第一印象就是，這是個(gè)什么玩意——圣誕樹(shù)嗎？”第21頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18我國(guó)內(nèi)地最高十大建筑

排名建筑名稱城市建成年份層數(shù)高度（ｍ）結(jié)構(gòu)材料用途１金茂大廈上海199888420.5組合辦公、賓館２地王大廈深圳199681325組合辦公３中天（中信）廣場(chǎng)廣州199780322混凝土辦公４塞格廣場(chǎng)深圳199872292組合辦公５中銀大廈青島199658246混凝土辦公６明天大廈上海199860238混凝土辦公７上海交銀金融大廈－北樓上海199855230混凝土辦公８武漢世界貿(mào)易大廈武漢199858229混凝土辦公９浦東國(guó)際金融大廈上海199856226組合辦公１０彭年廣場(chǎng)深圳199858222混凝土賓館

第22頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18高層建筑的界定高層建筑有什么特點(diǎn)？或者說(shuō)什么樣的建筑算作高層建筑？對(duì)于這一問(wèn)題，世界各國(guó)有不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)，或者說(shuō)不同的國(guó)家有不同的規(guī)定。1972年召開(kāi)的國(guó)際高層建筑會(huì)議制訂了如下的劃分標(biāo)準(zhǔn)：多層建筑≤8層高層建筑第一類9～16層高度≤50m第二類17～25層高度≤75m第三類25～40層高度≤100m超高層建筑＞40層

高度＞100m第23頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18美國(guó)、英國(guó)、日本對(duì)高層建筑的規(guī)定美國(guó)高度22～25m以上或7層以上的建筑為高層建筑英國(guó)高度24.3m以上的建筑為高層建筑日本8層以上或建筑高度超過(guò)31m的建筑稱為高層建筑30層以上的旅館、辦公樓和超過(guò)20層以上的住宅規(guī)定為超高層建筑第24頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18我國(guó)對(duì)高層建筑的規(guī)定《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50045—95（2001年修訂版）10層及10層以上的居住建筑(包括首層設(shè)置商業(yè)服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)的住宅)或建筑高度超過(guò)24m的公共建筑?！睹裼媒ㄖO(shè)計(jì)通則》GB50352-200510層及10層以上的住宅建筑以及高度超過(guò)24ｍ的公共建筑和綜合性建筑為高層建筑，而高度超過(guò)100m時(shí)，不論是住宅建筑還是公共建筑，一律稱為超高層建筑?！陡邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3—2002/J186—2002規(guī)定：10層及10層以上或房屋高度超過(guò)28m的混凝土結(jié)構(gòu)高層民用建筑物稱為高層建筑，常規(guī)高度的高層建筑物稱為A級(jí)高度的高層建筑，高度超過(guò)A級(jí)高度限值的高層建筑稱為B級(jí)高度的高層建筑。第25頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18A級(jí)高度鋼筋混凝土高層建筑的最大適用高度（m）結(jié)構(gòu)體系非抗震設(shè)計(jì)抗震設(shè)防烈度6789框架7060554525框架－剪力墻14013012010050剪力墻全部落地15014012010060部分框應(yīng)采用筒體框架－核心筒16015013010070筒中筒20018015012080板柱－剪力墻70403530不應(yīng)采用注：1.房屋高度指室外地面至主要屋面高度，不包括局部突出屋面的電梯機(jī)房、水箱、構(gòu)架等高度；2.表中框架不含異形柱框架結(jié)構(gòu)；3.部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)指地面以上有部分框支剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)；4.平面和豎向均不規(guī)則的結(jié)構(gòu)或Ⅳ類場(chǎng)地上的結(jié)構(gòu)，最大適用高度應(yīng)適當(dāng)降低；5.甲類建筑，6、7、8度時(shí)宜按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度后符合本表的要求，9度時(shí)應(yīng)門研究：6.9度抗震設(shè)防、房屋高度超過(guò)本表數(shù)值時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)有可靠依據(jù)，并采取有效措施。

第26頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18B級(jí)高度鋼筋混凝土高層建筑的最大適用高度（m）

結(jié)構(gòu)體系非抗震設(shè)計(jì)抗震設(shè)防烈度678框架－剪力墻170160140120剪力墻全部落地180170150130剪力墻部分框支150140120100框架－核心筒220210180140筒中筒300280230170注：1房屋高度指室外地面至主要屋面高度，不包括局部突出屋面的電梯機(jī)房、水箱、構(gòu)架等高度；2部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)指地面以上有部分框支剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)；3平面和豎向均不規(guī)則的建筑或位于Ⅳ類場(chǎng)地的建筑，表中數(shù)值應(yīng)適當(dāng)降低；4甲類建筑，6、7度時(shí)宜按本地區(qū)設(shè)防烈度提高一度后符合本表的要求，8度時(shí)應(yīng)專門研究；5當(dāng)房屋高度超過(guò)表中數(shù)值時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)有可靠依據(jù)，并采取有效措施。

第27頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的最大適用高度（m）

結(jié)構(gòu)類型結(jié)構(gòu)體系非抗震設(shè)計(jì)抗震設(shè)防烈度6、789鋼結(jié)構(gòu)框架11011090－框架－支撐（剪力墻）240200180140各類筒體400350300250混凝土－鋼結(jié)構(gòu)鋼框架－混凝土剪力鋼框架－混凝土芯筒220180－－鋼框筒－混凝土芯筒220220150－型鋼混凝土結(jié)構(gòu)框架1101109070框架－剪力墻180150120100各類筒體200180150120第28頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18高層建筑的科學(xué)界定

究竟什么樣的建筑算作高層建筑，應(yīng)該視建筑的結(jié)構(gòu)體系受力特點(diǎn)而定。如果建筑的結(jié)構(gòu)體系，在側(cè)向力的作用下，表現(xiàn)出了高層建筑的受力特點(diǎn)，則不論其高度如何，應(yīng)該按照高層建筑來(lái)對(duì)待。第29頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18高層建筑的特點(diǎn)一般而論，高層建筑具有占地面積少、建筑面積大、造型特殊、集中化程度高的特點(diǎn)。正是這一特點(diǎn)，使得高層建筑在現(xiàn)代化大都市中得到了迅速的發(fā)展。在現(xiàn)代化大都市中，過(guò)度的人口和建筑密度，城市用地日趨緊張，真可謂寸土千金，使得人們不得不向空間發(fā)展。高層建筑占地面積少，可以大量的節(jié)省土地的投資，而且有較好的日照、采光和通風(fēng)效果。但是，隨著建筑高度的增加，建筑的防火、防災(zāi)、熱島效應(yīng)等已成為人們急待解決的難題。從結(jié)構(gòu)受力角度來(lái)看，隨著高層建筑高度的增加，水平荷載（風(fēng)載及地震作用）對(duì)結(jié)構(gòu)起的作用將越來(lái)越大。結(jié)構(gòu)的內(nèi)力將明顯加大，側(cè)向位移增加更快。第30頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18高層建筑結(jié)構(gòu)的受力與變形特點(diǎn)uVM

u=f(H4)雖則多層和高層建筑所受的荷載和作用無(wú)差別，但所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)效應(yīng)卻有明顯差別。qHV=f(H)M=f(H2)第31頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18高層建筑的設(shè)計(jì)特點(diǎn)高層建筑在結(jié)構(gòu)分析方面與多層建筑結(jié)構(gòu)基本是一致的，也有其特殊性，只要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1．構(gòu)件軸向變形（墻，柱軸力大）與剪切變形（截面高度大）對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移影響不可忽略。

2．側(cè)向風(fēng)荷載或地震作用所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移往往成為控制因素。

3．側(cè)向位移是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制因素。

（1）頂點(diǎn)總位移Δ：過(guò)大會(huì)導(dǎo)致電梯正常運(yùn)行困難，豎向荷載下易產(chǎn)生P-Δ效應(yīng)，鋼材用量增加，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，傾覆危險(xiǎn)性增加。（2）層間相對(duì)側(cè)移量（層間位移）δ：過(guò)大會(huì)導(dǎo)致建筑裝修及隔墻開(kāi)裂，甚至引起承重構(gòu)件裂縫與破壞。因此必須限制Δ/H與δ/h兩個(gè)參數(shù)。

第32頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18高層建筑的結(jié)構(gòu)材料現(xiàn)代高層建筑所采用的材料，主要是鋼材和混凝土兩種。不同國(guó)家、不同地區(qū)、不同結(jié)構(gòu)形式所采用的結(jié)構(gòu)材料不同，大致有以下幾種形式：鋼結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)鋼材強(qiáng)度高、韌性大、易于加工。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以在工廠加工，縮短了現(xiàn)場(chǎng)施工工期，施工方便。高層鋼結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)斷面小、自重輕、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)。高層鋼結(jié)構(gòu)用鋼量大，造價(jià)高，而且鋼材的防火、防腐性能不好，需要大量的防火涂料和防腐處理，增加了工程工期和造價(jià)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)造價(jià)低，材料來(lái)源豐富，可以澆注成各種復(fù)雜的斷面形式，節(jié)省鋼材，承載能力也不低。經(jīng)過(guò)合理的設(shè)計(jì)，現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有較好的整體性和抗震性能。尤其是在防火和耐久性能方面，更是有著鋼結(jié)構(gòu)無(wú)法比的優(yōu)勢(shì)。自重較大，抗震性能不如鋼結(jié)構(gòu)，建造高度也不如鋼結(jié)構(gòu)。將型鋼布置在構(gòu)件內(nèi)部，外部由鋼筋混凝土做成，或者是在鋼管內(nèi)部填充混凝土，做成鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)。此種形式使上述兩種結(jié)構(gòu)材料優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，結(jié)構(gòu)具有很好的抗震性能，建造高度可與鋼結(jié)構(gòu)相當(dāng)。經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)性能優(yōu)良的鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)，是目前的發(fā)展趨勢(shì)。第33頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18鋼結(jié)構(gòu)美國(guó)芝加哥的西爾斯大廈第34頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18香港的中環(huán)廣場(chǎng)大廈，是目前最高的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；其次，朝鮮平壤市的柳京飯店，101層，高度319.8m。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)第35頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18鋼－混凝土組合結(jié)構(gòu)馬來(lái)西亞吉隆坡國(guó)家石油大廈，也就是雙子星大樓，樓高451.9米，88層第36頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18高層建筑的發(fā)展簡(jiǎn)介高層建筑的發(fā)展大致可以分成古代高層建筑和現(xiàn)代高層建筑兩部分。在古代，高層建筑主要是寺廟或紀(jì)念性建筑，結(jié)構(gòu)形式大都是木結(jié)構(gòu)或磚石結(jié)構(gòu)。如磚塔，許多磚塔經(jīng)受了上千年的風(fēng)吹雨打和地震的搖撼而屹立至今，足見(jiàn)其設(shè)計(jì)和施工的高超技術(shù)。河北定縣開(kāi)元寺塔但是，真正意義上的高層建筑，卻是自從1885年美國(guó)芝加哥市建成10層高的家庭生命保險(xiǎn)大廈開(kāi)始的。此后10年中,在芝加格和紐約相繼建成了30幢類似的高層建筑，尤其是1895年奧提斯（Otis）安全電梯的投入應(yīng)用，對(duì)高層建筑的發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用。20世紀(jì)30年代，是現(xiàn)代高層建筑發(fā)展的第一個(gè)高潮。第37頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18第38頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/181931年建成的紐約帝國(guó)大廈，102層，高度381m,保持了世界最高建筑記錄長(zhǎng)達(dá)41年之久。該建筑為鋼結(jié)構(gòu)，采用了框架結(jié)構(gòu)體系。

1929－1933年美國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)生嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)危機(jī)，1939年第二次世界大戰(zhàn)全面爆發(fā)，使得高層建筑的發(fā)展幾乎處于停頓狀態(tài)。二戰(zhàn)后，隨著鋼材焊接技術(shù)的成熟和發(fā)展，尤其是60年代美國(guó)人坎恩（FazlerKhan）提出的框筒體系，為建造超高層建筑提供了理想的結(jié)構(gòu)形式。從框筒體系中衍生出來(lái)的筒中筒、成束筒等結(jié)構(gòu)體系，將高層建筑的發(fā)展推向了第二個(gè)高潮。在美國(guó)出現(xiàn)了一批100層以上的超高層建筑。如1969年芝加哥建成了100層、高344m的漢考克大廈；1972年紐約建成了110層、高417m的世界貿(mào)易中心；1974年芝加哥又建成了110層、高443m的西爾斯大廈。其中，西爾斯大廈作為新的世界最高建筑，享譽(yù)22年之久。日本是一個(gè)地震多發(fā)生國(guó)家，從抗震防災(zāi)角度出發(fā)，政府曾規(guī)定房屋高度不得超過(guò)31m。自從1965年取消此項(xiàng)規(guī)定后，高層建筑在日本也得到了充分的發(fā)展。第39頁(yè)/共46頁(yè)2023/4/18我國(guó)的高層建筑的真正發(fā)展是在新中國(guó)成立以后。在50～60年代，受當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)條件的限制，高