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南京理工大学紫金学院机械工程系 课程名称 土木工程概论姓名 陈东升学号 100105105班级 10级土木一班专业 土木工程指导老师 颜媛媛 论文标题 高层建筑的发展及历史高层建筑在我国的发展提要本文主要从高层建筑的数量、层数和高度、结构体系、建筑材料、设计标准等方 面介绍了高层建筑在我国的发展状况。所谓高层建筑，是指建筑的层数或高度超过了某一限值的民用建筑。该限值世界各国划分不一，如英国为22m，法国为50。，日本则以8层及31m两个指标标志。1972年，联合国教科文组织所属的世界高层建筑委员会在当年的国际高层建筑会议上规定高层建筑分为四类:第一类高层建筑:916层(H50m)第二.类高层建筑:1725层(H簇75m)第三类高层建筑:2640层(H簇100m)第四类高层建筑:40层以上(H100m)，为超高层建筑。目前各国仍沿用自己的划分界限。我国对高层建筑的划分标准有其演变过程，过去我国曾以8层及8层以上为高层建筑，现行89规范中，则明确规定:10层及10层以上的住宅及高度超过24m的公共建筑和综合性建筑称为高层建筑，高度超过100m的为超高层建筑。高层建筑的最早出现，首先是商业化、工业化、城市化的结果，它适应了社会生产和人们生活的需要。早在上一个世纪初，随着西方某些国家工业革命的兴起和发展，农业人口大量涌入城市，为了解决人们对居住、办公、商业用房的需要，便出现了大量的多层建筑。但由于受垂直运输工具的限制，房屋还不能建得很高。直到1857年第一部电梯制造成功，高层建筑才大量涌现出来。本世纪五十年代后，各种轻质高强材料研制成功，新的设计理论也取得了很大成就，同时，各种新的施工技术、施工机械不断出现，所有这些都为高层建筑的进一步发展提供了必要的物质条件。高层建筑作为大城市的象征和标志，近年来在世界各国都有了极大的发展，而美国在这方面则遥遥领先，世界上最高的房屋几乎总是首先在美国出现、如1913年建的伍尔沃斯大楼(WoolworthBuilding)，高241m，共60层，曾保持世界最高建筑纪录近20年，此后，又被高381m、102层的纽约帝国大厦(EmPiretateBuilding)所取代，它又保持世界纪录40年之久。1974年芝加哥建成的西尔斯大楼(SearsTower)高达魂42m，共110层，则是当今世界上最高的建筑。在其他国家，高层建筑的发展也取得了令人瞩目的成就。我国在五十年代以前只有极少数的多层及高层民用建筑分布在沿海几个大城市中，其中最高的上海国际饭店也只有22层、82.5m高。五十年代后尤其是七十年代以来，我国的高层建筑有了突破性的进展。北京、上海、广州、深圳等地建造了一批高层住宅、旅馆、公寓以及高层办公楼等建筑，如1976年建成的广州白云宾馆(33层、112m高)、1985年建成的深刀!国贸中心大厦(50层、16om高)、上海联谊大厦(30层、lo6m高)、198。年建成的北京国贸大厦(39层、155m高)、1990年建成的深圳发展中心大厦(43层、z65m高)及北京京广中心(57层、108m高)、1992年建成的广东国际大厦主楼(63层、199m高)、1994年建成的北京中国服装研究设计中心大厦(32层、125m高)等，均反映了我国高层建筑发展的速度和水平。我国高层建筑的发展状况反映在下面几个方面:1数量国内的高层建筑主要用于住宅、旅馆、办公楼等。五十年代初期我国就建造了一些自行设计的高层建筑。七十年代中期的北京前三门工程，在1976年到19了9年短短的三年中，在一条街上就一次集中建起了915层的住宅48幢。与此同时，全国各大、中城市和部分小城市也都相继兴建了一批各种类型的高层建筑。据统计，到1981年底，全国巳建或正建的9层以上的建筑约为675幢，至1989年底，已达6000多幢，而至1994年底，我国已建成的高度100m以上的建筑巳达15。栋以上，由此可见我国高层建筑的发展势头。2层数和总高度据统计，我国高层建筑建造层数的发展情况可归纳如下:五十年代的高层建筑一般为915层，较典型的工程有北京的民族文化宫(13层、67m高)、民航大楼(15层、6o.sm高)以及12层高的民族饭店。六十年代高层建筑层数增多，最高的是1968年建成的广州宾馆(27层、88m高)。七十年代高层建筑的发展步伐加快，先后在北京、广州、上海等城市建起了一批高层建筑。其中，以1976年建成的广州自云宾馆(33层、112m高)为最高。自19了7年后，我国高层建筑的发展更快，1978年至1981年的四年中建起了高层建筑510幢，占五十年代以来高层建筑总数的76%，高度超过60m的有30幢。八十年代后，我国高层建筑的发展更为迅猛，其高度和层数都有了更大的提高。如广州花园酒店西楼(31层、lzZm高、2985年建成)、北京中央彩电中心(27层、lzZm高、1956年建成)、深刀I航空大厦(37层、12om高、1987年建成)、上海电信大楼(24层、132m高、1957年建成)、上海新锦江大酒店(46层、153m高、1958年建成)、深乡l国际金融大厦(55层、134tn高、1959年建成)、北京国贸中心大厦(59层、155m高、1989年建成)。进入九十年代，高层建筑的发展取得了令人瞩目的成就。据统计，截至1994年底全国巳建成的最高的100栋建筑中，9094年建造的占65栋，8589年间建造的为33栋，1983年与1976年建成各1栋。由此可见高层建筑在九十年代的发展状况。正在建造中的深圳地王商业大厦建成后将是我国目前最高的建筑，其高度已突破300m，为78层、325m高的建筑。3。1结构体系纯棍架体系随着高层建筑高度加大、层数增多，其结构体系也不断更新，经历了一段从低到高、从单一到复杂的发展阶段。早期的高层建筑，由于层数较少，多采用纯框架体系。因该体系平面布局灵活，能形成大空间且能适用较多功能的要求，所以成为高层建筑的主要结构形式。但此种结构形式侧向刚度小，在风荷载或地震荷载作用下，产生的侧向变形较大，限制了高层建筑的层数和高度。一般此种体系可建至15层，最高可达20层左右。如北京民航大楼(15层、60。sm高)、北京长城饭店(22层、80m高)。3.2剪力琦结构体系即以剪力墙作为高层建筑的承重和加劲结构，因而此种体系具有良好的侧向刚度，对抵抗侧向风力和地展作用十分有利。它所允许的建造高度远高于纯框架体系，一般可建至2530层，最高不宜超过的层。但剪力墙房屋由于平面被墙体限制太死，平面布置的灵活性较差，故只适用于小开间的高层住宅、旅馆、公寓等。如北京国际饭店(31层、.104m高、19扩年)、上海花园饭店(34层、ligm高、1989年)、广州白云宾馆(35层、112m高、1976年)等。3.3棍架一剪力场体系此种体系具有框架结构灵活的平面布置和剪力墙结构良好的抗侧移性能，因此可广泛满足一般建筑的功能要求，其适用范围及适用高度较宽，巳广泛应用于高层建筑之中，如北京京广中心(57层、Zosm高、1990年)、北京京城大厦(52层、183m高、1991年)、上海商城中楼(48层、165m高、1990年)、东北电网生产调度大楼(24层、105m高、1987年)等。3。4筒体体系为适应高层建筑向更高层数、更大高度的发展，出现了侧向刚度很大的筒体结构。这种结构是框架一剪力墙结构和纯剪力墙结构的综合、变种和发展。由于井筒是一种空间受力结构，因此这种结构具有很好的整体性和抗侧移性。由于剪力墙集中放置，建筑获得了较大空间，使平面布置较为灵活，在满足功能要求方面也具有明显的优势，更适合于超高层的办公楼等公共事业与商业建筑。筒体结构一般有下面几种形式:3.4.1框筒体系此种体系是指由若干个框架和筒体共同承担竖向荷载的结构体系，它具有平面布置灵活、抗侧移性能好的特点。如广东国际大厦主楼(63层、199m高、1992年)、深圳发展中心大厦(43层、165m高、1990年)、深万J!国贸大厦(50层、160m高、1985年)、上海联谊大厦(30层、106m高、1985年)等。3.4.2筒中筒体系因其可抵抗很大的侧向力，室内又无柱子，使建筑布置灵活，因而在高层建筑中应用广泛。如北京国贸大厦(39层、155m高、1989年)、上海电信大楼(24层、132m高、1987年)、北京电子科研设计楼(32层、11一m高、1994年)等。3.4.3组合简结构由连在一起的几个筒体组成，有强大的抗侧移刚度，可用来建造超高层建筑。如美国的西尔斯大楼(109层、442m高)。3。5SX他结构体系除了以上四种主要的结构体系之外，近年来还出现了其他一些结构体系，如悬挂结构、传力梁结构等。3.5.1悬挂结构此种结构是以筒体、析架和拱等作为主要承重结构，全部楼盖均以钢丝束或预应力混凝土吊杆悬挂在上述主要承重结构上。(一般每段吊杆悬挂十层左右)。这种结构充分利用高强材料的抗拉强度，集中使用主要承重结构，因而具有自重轻、有效面积比高、节省材料等优点。目前，最高的悬挂结构要算南非约翰内斯堡的标准银行大楼(31层、137m高)。3。5.2传力梁结构传力梁结构体系是将房屋沿高度每1013层为一段分为若干段，每段设一巨大的传力梁(梁高一般为12层楼层高)，与巨大的房屋角柱形成主承重框架或支承在其它承重结构上，传力梁支承其上1013层楼层。这样房屋中的绝大多数柱只有10一13层高，柱子截面尺寸大为减小，建筑布置更加灵活，更加合理。这两种体系的高层建筑目前在我国尚未推广，但随着我国建筑技术的不断发展，采用各种新型结构体系的建筑将会不断出现。4高层建筑的材料国内高层建筑的发展中，早期曾有利用粘土砖砌体加强后的g层左右的建筑，由于砖石结构的抗拉及抗剪强度低，延性差，并不适宜建造高层建筑，尤其在地震区。现很少采用。钢结构这种结构形式具有自重轻、强度高、抗震性好、施工快等优点，但造价高、用钢量大，我国还较少采用。目前，采用钢结构或钢与钢骨混凝土混合结构的建筑我国有10余幢。如北京京广中心(钢结构、日本设计事务所株式会社熊谷组设计，1990年建成，208m，57层)、深圳发展中心大厦(钢与钢骨混凝土混合结构、香港迪奥施雅锡华森设计顾问公司设计，199。年建成，1“m，43层)、上海静安希尔顿酒店(香港协建公司英国奥雅纳等设计、钢与钢骨混凝土混合结构、1988年建成，144m、43层)、上海端金大厦(钢与钢骨混凝土混合结构、日本三井建筑事务所设计、1986年建成、lo7m、29层)等。数量虽不多，而且大部分是由国外或与国外合作设计的，但说明我国已具备设计、建造高层钢结构的条件，并且这些高层钢结构及钢与钢骨混凝土混合结构的出现使我国在高层建筑的发展方面迈入了世界先进行列。钢筋混凝土结构与砖石结构及钢结构相比具有强度高、自重较轻、整体性好、抗震性强、造价低、材料来源丰富等优点，是我国目前用得最多的结构形式。随着轻质高强材料的发展，钢筋混凝土结构的自重也大大减轻。如重度为1618KN/m“的轻质混凝土强度可达3040N/mmZ，普通混凝土强度也可达70名ON/mmZ，甚至更高。因此，钢筋混凝土结构是高层建筑最具生命力的结构形式。5高层建筑结构的设计标准高层建筑的设计必然要遵循相应的技术法规和标准，这也是高层建筑发展的一个重要标志。1955年，原建筑工程部制订了钢筋混凝土结构设计暂行规范，1966年编制了按极限状态计算的钢筋混凝土结构设计规范(BJG21一66)，70年以后在总结工程实践经验和科研成果的基础上，又编制了新的钢筋混凝土结构设计规范(TJ10一74)以及有关的专门规范、规程和设计手册，如建筑地基基础设计规范、钢结构设计规范等。但是，针对高层建筑结构没计的规范和标准，是在70年代高层建筑开始发展、为适应高层建筑结构设计的需要，从1975年开始编制并于1979年正式颁布的，称为钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规定(JZ102一79)，它是我国高层建筑结构方面的第一本专业性的设计和施工标准。由于我国许乡主要城市处于地震区，而高层建筑的地震甘用问题需重点考虑，因此，1985年开始对上述规定进行了修订.并于1991年正式改名为钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程。八十年代初，高层钢结构建筑开始在我国出现，为满足当时工程建设的急需，由建设部抗震办公室委托有关科研、设计、高校等单位组成编制组，于1987年颁布了地震区高层钢结构房屋设计规定。1988年开始，在经过一段工程实践和试验研究基础上，我国正式着手编制了高层钢结构设计与施工规程，并于1994年正式颁布执行。6高层建筑结构设计中的主要问题高层建筑结构不但要承受很大的竖向荷载，而且还要承受很大的水平荷载。建筑物高度越大，水平荷载的影响也越大。随建筑物高度的加大，竖向荷载和水平荷载对结构产生的效应随之变化，结构设计所要解决的主要矛盾也就发生了转化。在低层建筑中，水平荷载产生的内力很小，结构主要抵抗竖向荷载产生的内力即轴力。随建筑物高度的增加，水平荷载产生的弯矩和剪力迅速加大，房屋更高时，甚至会对结构设计起控制作用。这是因为竖向荷载一般沿房屋竖向是均匀分布的，其在结构中引起的内力(轴力)与房屋高度成线性增长的关系。而水平荷载沿竖向的分布是不均匀的，而且随高度的增加而提高(风荷载与地震作用均如此)，井且它们在结构中引起的弯矩值与高度的平方成正比。说明房屋高度H加大时，其对弯矩的影响比对轴力的影响更为显著。在结构设计中，竖向荷载主要要求结构具有足够的抗压强度，而水平荷载除要求房屋具有足够的抗弯、抗剪强度，还应具有足够的刚度。竖向荷载作用下的强度条件根据材料特性很容易满足，水平荷载作用下要保证结构不破坏也比较容易，但要保证刚度条件，即结构在水平荷载作用下房屋的水平侧移(包括房屋顶点总侧移和层间相对位移)满足规定要求，则往往更困难，需要结构具有更大的截面尺寸。因此，高层建筑的设计往往是由刚度条件决定的。作用在高层建筑上的水平荷载有风荷载和水平地震作用两种。6.1风荷载我国现行规范中规定，作用在建筑物上的风荷载由下式确定:wk=日二卜二协:w。式中:wk一风荷载标准值(KN/mZ)日:一Z高度处的风振系数协一风载体型系数卜:一风压高度变化系数w。一基本风压(KN/mZ)由于风荷载是高层建筑结构承受的主要荷载之一，因此，建筑设计中应尽量减小风力对建筑结构的不利影响。如在设计中选用合理的抗风结构体型，减小建筑所承受的风压值，以避免结构产生过大的侧移。经测定，平面为圆形的建筑承受水平风力的性能最好，它比平面为方形或炬形的建筑风压值可减少40%，比平面为六边形或八边形的建筑风压值可减少20%。在建筑设计中，将高层建筑设计成上小下大的锥状体，对抗风也是有利的。另外，风压不仅是高层建筑的性要荷载，由于风压引起的振动还能导致结构的疲劳破坏。因此，减小风压引起的振动也是结构设计的主要问题，在结构设计中完全有必要提高结构设计的