高层建筑钢结构-第一章概论课件

16十二月2022高层建筑钢结构设计哈尔滨工业大学土木工程学院CollegeofCivilEngineering,HIT主讲教师：张文元14十二月2022高层建筑钢结构设计16十二月2022城市化进程加速、人口集中、地价飞涨，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14十二月2022城市化进程加速、人口集中、地价飞涨，节16十二月20221）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层以上的建筑定义为高层建筑，并分成4类：第一类9～16层（最高50m俗称小高层）第二类17～25层（最高75m俗称中高层）第三类26～40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高层建筑我国《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14十二月20221）高层建筑的定义1.2钢结构在高16十二月2022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24m14十二月2022我国《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工16十二月20222）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％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％84.4％78.6％14十二月20222）高层钢结构的地位84.4％78.616十二月20223）高层钢结构的优势自重轻，可减少地震作用，减少运输量，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2～3％

S较RC可增加4～6％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14十二月20223）高层钢结构的优势16十二月2022全钢结构体系1.3高层钢结构体系介绍

平面框架15～30层平面框架-支撑结构40～60层等效筒体结构50～65层高效筒体结构65～110层

(框筒、筒中筒、成束筒)

巨型结构65～110层以上

(巨型框架、巨型桁架、巨型悬挂、巨型分离式)14十二月2022全钢结构体系1.3高层钢结构体系介16十二月2022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14十二月2022混合结构体系钢筋砼内筒＋外围钢框架16十二月20221）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，铁钢开始用于建筑

1872年法国巴黎Menier巧克力厂采用了钢框架结构14十二月20221）国外的发展1.4高层钢结构在国16十二月2022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。Empirestatebuilding14十二月2022发展期Empirestate16十二月2022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。SearsTower成束筒体系。Sears14十二月2022繁荣期Sears16十二月20222）国内的发展解放前高层钢结构建筑甚少，最高的是1934年在上海建成的上海国际饭店，22层，高82.5米。中国大陆自20世纪80年代中期起步修建高层钢结构，先后在上海、北京、深圳、广州、大连、厦门、沈阳、天津等地建造了数10幢高层钢结构建筑。14十二月20222）国内的发展解放前高层钢结构建筑甚少16十二月2022国内目前最高的为上海环球金融中心主楼建筑面积：25.3万m2。总用钢量：65000t。建筑规模：主体建筑物高492米,地上101层，地下3层。结构形式为同时采用三种体系：

a、巨型柱、巨型斜撑和带状桁架组成的巨型结构；

b、钢筋混凝土的核心筒；

c、构成核心筒和巨型柱之间相互作用的伸臂桁架。投资单位：日本森海外株式会社日本森大楼公司主导兴建2008年8月竣工14十二月2022国内目前最高的为上海环球金融中心主楼建16十二月202214十二月202216十二月2022伸臂桁架和带状桁架B3~56层核心筒56~78层核心筒77~90层核心筒14十二月2022伸臂桁架和带状桁架B3~56层核心筒516十二月2022国内第二高楼为上海金贸大厦，88层，高421米14十二月2022国内第二高楼为上海金贸大厦，88层，高16十二月2022国内在建或已建完的其他著名高层钢结构详细信息14十二月2022国内在建或已建完的其他著名高层钢结构详16十二月20223）今后的发展趋势单体建筑的发展趋势：构件立体化布置周边化结构支撑化体形圆锥化或变截面棱柱化材料高强化结构巨型化外墙蒙皮化结构智能化巨型结构的发展趋势：分离整体式结构空中城市14十二月20223）今后的发展趋势单体建筑的发展趋势：16十二月20221）高钢的优缺点1.5高层钢结构的技术经济分析

优点承载能力高，自重轻，结构所占面积和空间小，抗震性能好，工厂化程度高，建设周期短，钢材可回收，对环境污染小。

缺点钢材的抗火性能差，用钢量稍大，造价偏高。14十二月20221）高钢的优缺点1.5高层钢结构的16十二月20222）高钢的技术经济分析关于用钢量高钢的用钢量随技术进步在降低国外1965年以前1966年以后层数Kg/m2Kg/m220~3011010331~421449743层以上163138平均13911314十二月20222）高钢的技术经济分析关于用钢量16十二月2022我国：

90年代以前建成的11栋钢结构建筑(26~53层)，用钢量为95～160Kg/m2，平均128Kg/m2。同期9栋钢砼(18~62层)，用钢量为68～120Kg/m2，平均91Kg/m2。通过采用轻质围护材料，先进结构体系，用钢量还会进一步下降。14十二月2022我国：16十二月2022关于造价工程造价工程总造价50~70%动迁费征地费30~50%工程造价结构造价30%装修费设备费70%结构造价60~70%上部结构造价基础造价30~40%8~15%上部结构造价工程总造价上部高层钢结构的造价一般为高层钢筋砼结构造价的1.5～2.0倍，因此钢结构较钢砼结构的差价约为工程总投资的4～8％。14十二月2022关于造价工程造价工程总造价16十二月2022这一差价可由下述4项节约来弥补：减轻结构自重钢砼标准层自重约为1.3～1.8t/m2

钢结构标准层自重约为1.0t/m2

可同时减少地震作用和基础费用节约建筑物面积

建筑物面积/总面积＝故钢结构可较钢砼结构增加使用面积4～6％缩短施工周期钢结构较钢砼结构缩短周期20～50％回收效率高，成本低考虑以上4项带来的附加效益，高层钢结构的综合经济效益高于钢砼结构。自重减少1/3~1/2钢结构≈3％混合结构≈3.5～4％钢砼结构≈7～9％14十二月2022这一差价可由下述4项节约来弥补：自重减16十二月20223）高层钢结构的适用范围公共建筑，商业建筑，多层工业建筑，住宅等。特别适用于40层以上的超高层建筑，烈度为8度及以上地震区的高层建筑和软弱地基上的高层建筑。近年来多层和小高层住宅也已开始采用钢结构，形式喜人。14十二月20223）高层钢结构的适用范围公共建筑，商业16十二月2022高层建筑钢结构设计哈尔滨工业大学土木工程学院CollegeofCivilEngineering,HIT主讲教师：张文元14十二月2022高层建筑钢结构设计16十二月2022城市化进程加速、人口集中、地价飞涨，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14十二月2022城市化进程加速、人口集中、地价飞涨，节16十二月20221）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层以上的建筑定义为高层建筑，并分成4类：第一类9～16层（最高50m俗称小高层）第二类17～25层（最高75m俗称中高层）第三类26～40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高层建筑我国《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14十二月20221）高层建筑的定义1.2钢结构在高16十二月2022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24m14十二月2022我国《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工16十二月20222）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％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％84.4％78.6％14十二月20222）高层钢结构的地位84.4％78.616十二月20223）高层钢结构的优势自重轻，可减少地震作用，减少运输量，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2～3％

S较RC可增加4～6％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14十二月20223）高层钢结构的优势16十二月2022全钢结构体系1.3高层钢结构体系介绍

平面框架15～30层平面框架-支撑结构40～60层等效筒体结构50～65层高效筒体结构65～110层

(框筒、筒中筒、成束筒)

巨型结构65～110层以上

(巨型框架、巨型桁架、巨型悬挂、巨型分离式)14十二月2022全钢结构体系1.3高层钢结构体系介16十二月2022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14十二月2022混合结构体系钢筋砼内筒＋外围钢框架16十二月20221）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，铁钢开始用于建筑

1872年法国巴黎Menier巧克力厂采用了钢框架结构14十二月20221）国外的发展1.4高层钢结构在国16十二月2022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。Empirestatebuilding14十二月2022发展期Empirestate16十二月2022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。SearsTower成束筒体系。Sears14十二月2022繁荣期Sears16十二月20222）国内的发展解放前高层钢结构建筑甚少，最高的是1934年在上海建成的上海国际饭店，22层，高82.5米。中国大陆自20世纪80年代中期起步修建高层钢结构，先后在上海、北京、深圳、广州、大连、厦门、沈阳、天津等地建造了数10幢高层钢结构建筑。14十二月20222）国内的发展解放前高层钢结构建筑甚少16十二月2022国内目前最高的为上海环球金融中心主楼建筑面积：25.3万m2。总用钢量：65000t。建筑规模：主体建筑物高492米,地上101层，地下3层。结构形式为同时采用三种体系：

a、巨型柱、巨型斜撑和带状桁架组成的巨型结构；

b、钢筋混凝土的核心筒；

c、构成核心筒和巨型柱之间相互作用的伸臂桁架。投资单位：日本森海外株式会社日本森大楼公司主导兴建2008年8月竣工14十二月2022国内目前最高的为上海环球金融中心主楼建16十二月202214十二月202216十二月2022伸臂桁架和带状桁架B3~56层核心筒56~78层核心筒77~90层核心筒14十二月2022伸臂桁架和带状桁架B3~56层核心筒516十二月2022国内第二高楼为上海金贸大厦，88层，高421米14十二月2022国内第二高楼为上海金贸大厦，88层，高16十二月2022国内在建或已建完的其他著名高层钢结构详细信息14十二月2022国内在建或已建完的其他著名高层钢结构详16十二月20223）今后的发展趋势单体建筑的发展趋势：构件立体化布置周边化结构支撑化体形圆锥化或变截面棱柱化材料高强化结构巨型化外墙蒙皮化结构智能化巨型结构的发展趋势：分离整体式结构空中城市14十二月20223）今后的发展趋势单体建筑的发展趋势：16十二月20221）高钢的优缺点1.5高层钢结构的技术经济分析

优点承载能力高，自重轻，结构所占面积和空间小，抗震性能好，工厂化程度高，建设周期短，钢材可回收，对环境污染小。

缺点钢材的抗火性能差，用钢量稍大，造价偏高。14十二月20221）高钢的优缺点1.5高层钢结构的16十二月20222）高钢的技术经济分析关于用钢量高钢的用钢量随技术进步在降低国外1965年以前1966年以后层数Kg/m2Kg/m220~3011010331~421449743层以上163138平均13911314十二月20222）高钢的技术经济分析关于用钢量16十二月2022我国：

90年代以前建成的11栋钢结构建筑(26~