高层建筑钢结构课件.ppt
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1、精品课件,1,高 层 建 筑 钢 结 构,学时:28 学分:1.5考核方法:笔试主讲教师:张文元,哈尔滨工业大学土木工程学院College of Civil Engineering, HIT,精品课件,2,1、概论2、结构用钢3、结构体系和布置4、荷载和作用效应5、结构分析6、构件设计7、节点设计8、非结构构件设计9、防灾,主要内容:,精品课件,3,1、陈富生等,高层建筑钢结构设计,中国建筑工业出版社,20042、刘大海等,高楼钢结构设计,中国建筑工业出版社,20032、行业标准,高层民用建筑钢结构技术规程,JGJ99-98,中国建筑工业出版社,19983、Bungale S. Taranth
2、, Steel, Conctete, &Composite Design of Tall Buildings, McGraw-Hill, 1998(已有中文译本)4、李国强,多高层建筑钢结构设计,中国建筑工业出版社,20045、F. 哈特等,钢结构建筑资料集,中国建筑工业出版社,2000,主要参考书:,精品课件,4,城市化进程加速、人口集中、低价飞涨,节约用地成为关键;缩短道路和管线设施长度,节约城市基础设施总投资 ;改善城市面貌,体现经济实力和技术水平,成为地标性建筑。,1.1 高层建筑的发展背景,1 概论,精品课件,5,1)高层建筑的定义联合国教科文组织世界高层委员会1972年将9层及9层
3、以上的建筑定义为高层建筑,并分成4类: 第一类 916层 (最高50m俗称小高层) 第二类 1725层 (最高75m俗称中高层) 第三类 2640层 (最高100m俗称高层) 第四类 40层以上 (高度100m以上,称超高层),1.2 钢结构在高层建筑中的地位,我国高层民用建筑设计防火规范GB50045-95规定: 10层的居住建筑 24m且2层以上的民用建筑,精品课件,6,我国钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程JGJ3-91规定8层为高层。 主要考虑目前登高消防车的供水高度仅为24m,精品课件,7,2)高层钢结构的地位1990年统计世界最高的90幢高层建筑中 钢结构(S) 51座 56.6
4、 钢-砼混合结构(M) 25座 27.8 钢筋砼结构(RC) 14座 15.6 1998年统计世界最高的28幢建筑中 钢结构(S) 14座 50.0 钢-砼混合结构(M) 8座 28.6 钢筋砼结构(RC) 6座 21.4,国内近15年最高的29幢高层建筑中 钢结构及钢-砼混合结构占2/3,以钢-砼混合结构为主。,精品课件,8,3)高层钢结构的优势自重轻,减少地震作用和运输量,便于地基处理结构所占面积少,可增加使用面积 S较M可增加23 S较RC可增加46工厂化程度高,施工周期短,早投产、早受益、早回收 综合经济指标显示: 钢结构最适于高层和超高层建筑绿色环保、可持续发展 15层以上的高层钢结
5、构造价可达到与混凝土持平,综合造价可超过混凝土,精品课件,9,全钢结构体系,1.3 高层钢结构体系介绍,平面框架 1530层 平面框架-支撑结构 4060层 等效筒体结构 5065层 高效筒体结构 65110层 (框筒、筒中筒、成束筒) 巨型结构 65110层以上 (巨型框架、巨型桁架、巨型悬挂、巨型分离式),精品课件,10,不同结构体系的对比,框架结构,框架支撑或框架剪力墙,部分筒体,筒体结构,精品课件,11,混合结构体系,钢筋砼内筒外围钢框架 钢筋砼剪力墙钢框架 钢管砼结构 钢骨砼结构,精品课件,12,1)国外的发展,1.4 高层钢结构在国内外的发展,形成期 西方工业革命时期,铁钢开始用于
6、建筑 1872年法国巴黎Menier巧克力厂采用了钢框架结构,精品课件,13,1885年美国芝加哥建成了Home Insurance大楼,开始建成10层,后又追加了2层的钢梁、生铁柱框架,精品课件,14,发展期 20世纪初,技术进步加速,电梯技术的完善。 1931年纽约建成381m(102层)的帝国大厦,钢框架结构,206Kg/m2, 雄踞世界第一高40多年。,精品课件,15,繁荣期 1945年二次大战后,高层在美欧等西方国家快速发展,其中以美国最具代表性 芝加哥Sears大厦,109层443米,用钢量161Kg/m2,1974年建成。Sears Tower 成束筒体系。,精品课件,16,精品
7、课件,17,精品课件,18,纽约世界贸易中心双塔楼,110层412米,用钢量186Kg/m2,1973年建成,2001年9月11日被撞倒塌。框筒结构体系。,精品课件,19,精品课件,20,精品课件,21,精品课件,22,芝加哥Jhon Hancock大厦,100层344米,用钢量145Kg/m2,1969年建成。大型支撑框筒体系。,精品课件,23,近期发展 目前欧洲最高建筑为德国法兰克福商业银行新大楼,地上63层,高298.7米。平面呈圆角三角形,1997年5月竣工。,精品课件,24,日本最高建筑为横滨里程碑(Land Mark)大厦,73层,高296米,1993年建成。,精品课件,25,精品
8、课件,26,马来西亚号称世界第一高楼的吉隆坡石油双塔,88层450米,1996年建成。实际上没有Sears大厦高。,采用钢-砼混合结构,采用钢梁和压型钢板组合楼盖,C40砼,钢砼内筒23m23m,外筒直径46m,由16根钢砼柱组成,C80砼,4142层处,58m跨钢天桥,精品课件,27,世界第一高的比较,精品课件,28,迪拜塔成为世界最高建筑 目前高度近1000米(2009/1/5),超过了高度为米的美国北达科他州电视发射塔,从而成为世界最高建筑。电视发射塔自年以来保持着世界最高牵索建筑纪录。迪拜塔于年月动工。为防止竞争者超越,艾马尔公司一直将迪拜塔的最终高度作为商业机密而不予公布。预计107
9、3米,耗资数十亿美元。,更令人不可思议的是,全球有4个号称高于千米的“待建大楼”,全部位于中东: 科威特2005年策划建一座1001米高的“丝绸城”; 巴林于2006年提出要建1022米高的“穆尔詹塔”; 2007年3月迪拜“纳克希尔”公司宣布,计划在迪拜建一座高达1200米的“Al-Burj塔”; 2008年2月,沙特亲王阿勒瓦利德掌控的帝国控股公司计划建设1600米的“英里塔” (MileHighTower),预计投资百亿美元,比台北101高出1000多米,比在建的“迪拜塔”高出800米 。,精品课件,29,美国设计了Miglin Beitler塔楼,为混合结构,下125层,高453米,为
10、高强砼结构,砼强度C70C100,上156米为钢结构塔楼,总高度609米。,未来的空中城市设计,精品课件,30,美国还提出了高850米的Erewhon中心的设想,系大型支撑结构体系,刚度甚大,周期仅为10s。,精品课件,31,莫斯科水晶岛,福斯特建筑事务所刚刚获得设计许可,在一半岛上建造。高457米,可供3万人居住,同时拥有3000个酒店房间,设有电影院、剧院、购物中心、健身中心和容纳500名学生的国际学校。,精品课件,32,福斯特建筑事务所的水晶岛(Crystal Island)项目日前刚刚从莫斯科当局获得初步设计许可,将在离克林姆林只有4英里半的纳加蒂诺半岛上建造。水晶岛高1500英尺(约
11、合457米),是一座实现自给自足的城市,占地面积0.96平方英里,是美国国防部所在地五角大楼的4倍,将拥有多种用途。这座巨型建筑物有900套公寓,可供3万人居住,同时还拥有3000个酒店房间,设有电影院、剧院、购物中心、健身中心和容纳500名学生的国际学校。从980英尺(约合300米)高的观景平台俯瞰,游客可以看到莫斯科大街小巷。建成后,莫斯科水晶岛将拥有世界上最大的中庭之一,这个中庭将在夏季开放,届时可以调节大楼内500英里高处公共空间的温度。,精品课件,33,高800米的DIB-200动力智能大厦,精品课件,34,高800米的东京千年塔 (Millenuium tower),高约840米,
12、170层,外观呈圆锥形,1989年是由福斯特建筑事务所提出,占地0.4平方英里,用于商业和居住,可容纳6万人。每隔13层都设有一个交通中转站,公交系统连接这些交通枢纽。千年塔的风力涡轮机和安装在上层的太阳能电池板可以为整栋建筑提供可持续能源,是目前提出的最环保的城市设计方案之一。,精品课件,35,日本东京千年塔高2755英尺(约合840米),外观呈现圆锥形,1989年是由福斯特建筑事务所最早提出,用以解决东京开发用地短缺和人口过剩问题。按计划,千年塔(Millennium Tower)将建在距东京湾1.2英里处的海岸边,有170层楼那么高,占地面积0.4平方英里,可用于商业和居住。千年塔可以容
13、纳6万人,有一条高速地铁网,每次载客量为160人,保证当地居民正常出行。千年塔每隔13层都设有一个交通中转站,公交系统连接这些交通枢纽,乘客可在这些中转站上下车,或转乘电梯和移动人行道。千年塔的风力涡轮机和安装在上层的太阳能电池板可以为整栋建筑提供可持续能源,是目前提出的最环保的理想城市设计方案之一。,精品课件,36,东京空中之城1000,约1000米高,自给自足,1989年提出,以恢复东京的绿地。由14个玻璃层保护的平台构成,占地面积3.1平方英里,拥有大片绿色空间。 多种用途,容纳居民3.6万,工人10万,有学校、商场、建影院等。使用新一代三层电梯,从底层到顶层只需2分钟。或许会成为世界上
14、第一个生态城市。,精品课件,37,精品课件,38,空中之城1000(Sky City 1000)是一座3280英尺(约合1000米)高的城市,整座城市可以实现自给自足,最早在1989年由Takenaka公司提出,以帮助恢复东京城市交通拥堵地区的绿地。如果Takenaka公司解决东京交通问题的方案最终通过,我们也许会看到一座完全符合构想的城市在东京拔地而起。空中之城1000由14个玻璃层保护的平台构成,占地面积达到3.1平方英里,将拥有大片的绿色空间。整幢大楼拥有多种用途,可容纳常驻居民3.6万,工人10万,并有广阔空间可供办学校、开商场、建影院等。目前新一代三层电梯正在研发之中,将成为空中之城
15、1000运输系统的支柱,人们从底层到顶层只需短短2分钟。理论上,空中之城1000可以将土地重新回收利用变成绿化空间,缓解人们经常在东京看到的高温状况。目前,这一项目尚处于提议阶段,但东京当局对其相当重视。空中之城1000或许会成为世界上第一个生态城市。,精品课件,39,高2001米的空中大都会,精品课件,40,东京清水TRY 2004巨城金字塔,高度是埃及吉萨大金字塔的12倍,约2003米,占地3平方英里。共有8层,每层都由几个更小的金字塔构成,总面积达34平方英里,一至四层用于住宿和商业活动,五至八层休闲和娱乐场所。 可容75万人,通过55个交通枢纽将整个城市连成一片,交通快捷。实现了零碳排
16、放,外立面覆盖光电涂层,将阳光转换为电。,精品课件,41,这座“空中城市”的规模简直令人难以置信。如果建成,东京清水TRY 2004巨城金字塔的高度是埃及吉萨大金字塔的12倍。高6574英尺(约合2003米),占地面积3平方英里。整座建筑共有8层,相互堆叠而成,总面积估计达到34平方英里,每一层都由几个更小的金字塔构成,每个大概相当于拉斯维加斯卢克索酒店那么大,一至四层专门用于住宿和商业活动,五至八层用于休闲和娱乐等社交场所。 清水“空中城市”可容纳75万人,相当于东京1200万总人口的16分之一。解决那么多人的出行问题是一个巨大挑战,不过,便捷的交通运输系统以及快速移动的人行道和电梯网,通过
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