高層建筑鋼結(jié)構(gòu) wangxp 主要參考書 1 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計陳富生 邱國華 范重中國建筑工業(yè)出版社 2000年 2 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)鄭延銀高等學(xué)校土木工程專業(yè)系列選修課教材2000年06月 3 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計孫綱廷大連理工大學(xué)出版社 4 高層建筑鋼 混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計drbungales taranath羅福午 方鄂華 王嫻明 張良鐸譯 內(nèi)容 1 概述 2 設(shè)計原則 8 結(jié)構(gòu)計算方法 4 抗重力體系 5 抗側(cè)力體系 6 樓板設(shè)計 7 連接設(shè)計 3 鋼材及連接材料 第一部分概述 高層建筑的定義 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史 高層建筑結(jié)構(gòu)的分類 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的特點 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢 一高層建筑的定義 不同國家不同地區(qū) 不同的高層建筑的層數(shù)和高度界限 德國22m 從室內(nèi)地面起 日本11層 31m 英國24 3m 法國8層或8層以上 住宅 或31m 蘇聯(lián)10層或10層以上 住宅 7層或7層以上 其它建筑 美國22 25m 或7層以上 中國10層及以上住宅 高度24m及以上其它建筑 高層防火規(guī)范 民用建筑設(shè)計通則 8層或8層以上建筑 鋼筋混凝土高層建筑設(shè)計與施工規(guī)程 聯(lián)合國教科文組織 世界高層建筑委員會 1972年國際高層建筑會議 9層和9層以上的建筑 高層建筑 定義 分為如下4類 高度 層數(shù) 第一類 9 16層 最高50m 第二類 17 25層 最高75m 第三類 26 40層 最高100m 第四類 40層以上 高度在100m以上 二高層建筑結(jié)構(gòu)的分類 兩種分類方法 抗側(cè)力體系的做法 按主要受力構(gòu)件的材料 1主要受力構(gòu)件的材料 高層建筑鋼結(jié)構(gòu) 重點介紹內(nèi)容 高層建筑鋼筋砼結(jié)構(gòu) 高層建筑鋼骨混凝土結(jié)構(gòu) 高層建筑鋼管混凝土結(jié)構(gòu) 高層建筑組合結(jié)構(gòu) 鋼材 鋼筋混凝土 鋼骨混凝土 鋼管混凝土 上述兩種或以上材料的組合 2抗側(cè)力體系類型 高層建筑的結(jié)構(gòu)體系 抗側(cè)力體系 抗重力體系 水平力 豎向重力 抗側(cè)力體系 高層建筑結(jié)構(gòu)體系 主要部分 高層建筑的另一種分類方式 后面介紹 三高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史 1國外發(fā)展歷史 近一百多年 共經(jīng)歷了五個階段 1 歐洲多層鐵結(jié)構(gòu)的出現(xiàn) 19世紀初葉 2 芝加哥高層鋼結(jié)構(gòu)的出現(xiàn) 19世紀中葉 3 紐約出現(xiàn)了一批高層鋼結(jié)構(gòu) 20世紀初 4 二次大戰(zhàn)中處于停頓狀態(tài) 5 二戰(zhàn)后處于恢復(fù)和發(fā)展階段 第一階段歐洲 英國 多層鐵結(jié)構(gòu)的出現(xiàn) 19世紀初葉 鐵結(jié)構(gòu) 鋼結(jié)構(gòu)的前身 含c量大于2 鐵結(jié)構(gòu)出現(xiàn)必須滿足的條件 實際的需要 型材的批量生產(chǎn) 煉鐵技術(shù)的成熟 1720年歐洲開始用焦炭代替木碳煉鐵 1855年發(fā)明轉(zhuǎn)爐 1864年利用轉(zhuǎn)爐進行冶煉 18世紀 英國開始生產(chǎn)軋制鐵板 1854年法國生產(chǎn)第一批工字型熟鐵 歐洲工業(yè)革命 廠房內(nèi)為安裝機器 需更大的空間和承載力 鐵柱和鐵梁代替了木柱和木梁 這便是原始的鐵結(jié)構(gòu) 第一幢鐵結(jié)構(gòu) 索福特工廠大樓 1801年 長42m 寬12m 高7層 第二階段芝加哥高層鋼結(jié)構(gòu)的出現(xiàn) 19世紀中葉 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的條件 芝加哥實際的需要 高速升降機 電梯 在1853年發(fā)明 煉鋼技術(shù)的成熟和型鋼的批量生產(chǎn) 芝加哥 chicago 簡介 地理位置 在美國中北部 五大淡水湖之一的密西根湖畔 lakemichigan 面積588平方公里 人口273萬 它是伊利諾伊州最大的城市 大都市區(qū)包括本州6縣和鄰州印第安納的2縣 共有人口853萬 城市規(guī)模僅次于紐約和洛杉磯之外 早期發(fā)展歷史 芝加哥的第一個居民是來自非洲santodomingo的法國后裔dusable 他是一個毛皮制品商人 dusable于1779年時在芝加哥河出口建造了第一個屯墾區(qū) 1833年 人口為350的芝加哥鎮(zhèn)成立 芝加哥之名取自于印地安語 意思是 強壯 或 偉大 1837年 芝加哥鎮(zhèn)的人口達到4 170人 同年芝加哥鎮(zhèn)升格為芝加哥市 1871年10月8日 一場火災(zāi)失去控制 燃燒兩天 導(dǎo)致三百人死亡 九萬多人無家可歸 財物損失高達兩億美元 大火過后 芝加哥有了重新規(guī)劃及興建的機會 早期的城市地位 美國人稱芝加哥為中西部 因為美國在開發(fā)初期 由東向西 人們到了芝加哥 以為已經(jīng)靠近西邊 哪里料到在芝加哥以西 還有三千多公里 才到達新大陸的邊緣 由于美國中西部的開發(fā) 鐵路和航運的發(fā)展 以及國家礦產(chǎn)資源的開發(fā) 使芝加哥成為美國內(nèi)陸的中轉(zhuǎn)站和生產(chǎn)中心 世界最大的谷物 木材 食品和機械產(chǎn)品的交易場所 地價飛漲 最大限度利用地皮和加快建筑進度成為迫切需要 1885年homeinsurancebuilding 家庭保險公司大樓 1879年leiterbuilding 第一萊特大樓 7層 30m 40m 1889年leiterbuilding 第二萊特大樓 1891年費爾大樓 世界第一幢高層建筑鋼結(jié)構(gòu) www pbs org wgbh buildingbig wonder structure home insurance html homeinsurancebuilding leiterbuilding ii sears roebuck companybuilding 1891chicago illinois usawilliamlebaronjenney architect 第三階段紐約出現(xiàn)了一批高層鋼結(jié)構(gòu) 20世紀初 主要原因 美國的經(jīng)濟中心 芝加哥 紐約 1931年empirestatebuilding102層 381m 1929年chrysterbuilding77層 319m 1913年woolworthbuilding60層 234m 1909年metropolitartower200m 1904年timestower25層110m 1902年flatironbuilding21層 87m 1900年前后parkrowbuilding30層119m 1904年timestower110m 25層 1931年empirestatebuilding102層 381m empirestatebuilding 保持世界最高建筑記錄達40余年 第四階段停頓狀態(tài) 二次大戰(zhàn)1939 1945 第二次世界大戰(zhàn) 時間 1939年9月1日 德國閃擊波蘭 1945年9月2日 日本宣布投降 6年 參戰(zhàn)國 卷入戰(zhàn)爭的國家和地區(qū)80多個 其中參戰(zhàn)國61個 人口約20億 占當時世界總?cè)丝?0 以上 戰(zhàn)爭損失 全世界有5000多萬人死于戰(zhàn)爭 直接軍費開支11170億美元 經(jīng)濟損失達4萬億美元 第五階段恢復(fù)和發(fā)展階段 1945 今 二戰(zhàn)后 特別是50 70年代 歐洲國家 主要是西歐 和日本在較短的時間內(nèi)進入到高速發(fā)展階段 原因 美國的大力扶植 這些國家雄厚的工業(yè)基礎(chǔ)及技術(shù)基礎(chǔ) 第三次科技革命的推動 國家加強對經(jīng)濟的宏觀指導(dǎo) 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)進入了一個新的發(fā)展階段 一大批超高層建筑相繼出現(xiàn) 這些建筑不僅分布在美國 還分布在歐洲 亞洲等地 芝加哥高層建筑前十位 資料 1991年前 世界前100棟高層建筑中 81棟為鋼結(jié)構(gòu) 81棟 9棟其它國家 72棟美國 24棟紐約 7棟芝加哥 41棟其它城市 日本 加拿大 香港 新加坡 南朝鮮 三高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史 2中國發(fā)展歷史 第一階段古代 鴉片戰(zhàn)爭前 第二階段近代 鴉片戰(zhàn)爭 1949年 第三階段現(xiàn)代 1949年 今 第一階段古代 鴉片戰(zhàn)爭前 秦代 公元前200年 秦始皇 鑄鐵 橋墩 漢代 公元60年 漢明帝 鐵 鐵鏈懸橋 中國是最早用鐵作為承重構(gòu)件的國家 鐵結(jié)構(gòu)的發(fā)展主要表現(xiàn)在兩個方面 鐵索橋 鐵塔 古代最著名的鐵索橋 大渡河橋 四川瀘定 沅江橋 云南 盤江橋 貴州 古代最著名的鐵塔 玉泉寺鐵塔 湖北當陽 鐵塔寺鐵塔 山東濟寧 甘露寺鐵塔 江蘇鎮(zhèn)江 現(xiàn)存古代鐵索橋中制作最精良的一座 橋凈跨約103m 每根鐵鏈長約127m 橋?qū)? 8m 共九根底鏈 上橫鋪木板 縱鋪走道板 兩側(cè)各有兩根欄桿鐵鏈 大渡河鐵索橋 始建于清代康熙四十四年 公元1705年 次年完成 時間 結(jié)構(gòu) 地位 為我國現(xiàn)存最高 最重和保存最完好的鐵塔 該塔高16 69米 共8間13層 北宋 公元1061年 時間 結(jié)構(gòu) 地位 玉泉寺鐵塔 第二階段近代 鴉片戰(zhàn)爭 1949年 發(fā)展比較緩慢 僅有的為數(shù)不多的鋼結(jié)構(gòu)也幾乎被外國人包攬 國際飯店 上海大廈 建成于1934年 由匈牙利著名建筑師鄔達克設(shè)計 上海馥記營造廠承建 整個大樓鋼框架結(jié)構(gòu) 外型為美國當時的摩天大樓式樣 總高82米 是當時上海最高的建筑 也是遠東最新建筑 原名百老匯大廈 22層 高88米 由英國著名設(shè)計師佛蘭賽設(shè)計 動工于1930年 1934年10月正式開業(yè) 1951年5月1日由上海市人民政府改名為 上海大廈 現(xiàn)為掛牌四星級涉外飯店 第三階段現(xiàn)代 1949年 今 80年代以前 由于鋼產(chǎn)量底 主要是鋼橋 重型廠房及大跨度屋蓋結(jié)構(gòu) 80年代以后至今 隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展 鋼產(chǎn)量的提高 需求的不斷增長 高層鋼結(jié)構(gòu)在國內(nèi)興起 80年代建成11座 集中在北京 上海 深圳 90年代建成35座 興建城市已擴展到大連 廈門 廣州 天津 沈陽 成都等地 鋼結(jié)構(gòu)施工總承包已由國外轉(zhuǎn)為國內(nèi) 金茂大廈 中國 上海4 m 層 19 年竣工 中國民生銀行大廈武漢 地下3層 地上68層 建筑總高度331 3米 六層以下為鋼骨混凝土結(jié)構(gòu) 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 六層以上轉(zhuǎn)換成鋼框架支撐結(jié)構(gòu)體系 四高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的特點 1從設(shè)計角度 1 結(jié)構(gòu)自重輕 原因 鋼材強度高 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)一般采用輕質(zhì)維護結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù) 混凝土高層建筑 1 5 2 0t m2 高層建筑鋼結(jié)構(gòu) 0 5 1 0t m2 2 基礎(chǔ)小 原因 結(jié)構(gòu)自重輕 3 結(jié)構(gòu)柱斷面小 原因 鋼材強度高 自重輕 地震剪力小 數(shù)據(jù) 假設(shè)一軸心柱 p 1000t h 3 5m 則柱斷面如下 c25混凝土德國st52方管柱 板厚42mm 德國st52實心柱920 920350 350250 250 德國st52 fy 360n mm2 4 計算結(jié)果精確可靠 原因 鋼材基本上各向同性 同力學(xué)計算假設(shè)相符合 5 鋼梁經(jīng)濟跨度大 原因 鋼材強度高 數(shù)據(jù) 實腹式工字梁 經(jīng)濟跨度l 6 18m 格構(gòu)式梁 經(jīng)濟跨度l 30 60m 6 結(jié)構(gòu)形式多 選擇靈活 原因 抗側(cè)力體系類型多 相應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式多 方便選擇 2從施工角度 1 施工速度快 工期短 原因如下 a鋼結(jié)構(gòu)由基本構(gòu)件組成 而基本構(gòu)件可直接在工廠里制造 然后運到現(xiàn)場拼裝 從而節(jié)約了時間 b高層建筑鋼結(jié)構(gòu)樓板一般為壓型鋼板砼板 不需支模 拆模等工序 c鋼結(jié)構(gòu)部分的安裝基本不受氣候條件影響 可以全天候作業(yè) 但施工速度也會受到如下因素影響 a鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)部分為砼結(jié)構(gòu) 施工周期長 從而影響整個工期 b鋼結(jié)構(gòu)一般比較復(fù)雜 安裝精度要求高 c鋼結(jié)構(gòu)要進行防腐和防火處理 從而影響施工進度 d高層鋼結(jié)構(gòu)高空作業(yè)影響安裝效率 e高層鋼結(jié)構(gòu)高空作業(yè)受風的影響較大 一旦風速達到一定值 起重吊裝工作將被迫停止 2 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場用地面積少 原因 基本構(gòu)件和材料可以按需供應(yīng) 所以現(xiàn)場不需要設(shè)置倉庫 僅設(shè)起重機的使用空間和吊裝構(gòu)件所需要得空間 3 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)施工對環(huán)境影響不大 原因 鋼結(jié)構(gòu)安裝一般噪聲不大 廢料少 干凈 所以對周圍環(huán)境影響較小 4 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)敷設(shè)管線方便 方法 當管線直徑小時 可從樓板中穿過 當管線直徑大時 可從 實腹式鋼梁腹板中穿過 格構(gòu)式鋼梁空當中穿過 空腹式鋼梁腹板圓孔中穿過 3從使用角度 1 柱斷面小 增加了使用面積 數(shù)據(jù) 鋼筋混凝土7 鋼結(jié)構(gòu)3 3 造價相對較低 2 需進行防火防腐處理 鋼結(jié)構(gòu)造