第4講 高層建筑與材料

人居環(huán)境與綠色建材第4講高層建筑與材料主講：阮燕E-mail:yruan@Tel上教室課程目錄人居環(huán)境與綠色建材課程文檔、作業(yè)

“城市是一本打開的書，從中可以看到它的抱負?！?/p>

“讓我看看你的城市，我就能說出這個城市居民在文化上追求的是什么。”

——美國城市規(guī)劃學(xué)家沙里寧（Eero

Saarinen）高層建筑的定義低層：1－2層多層：3－6層高層：7－30層超高層：30層以上或者高度超過100m城市超高層建筑聯(lián)合國1972年國際高層建筑會議將高層建筑按高度分為四類：（1）9～16層（最高為50米）；（2）17～25層（最高到75米）；（3）26～40層（最高到100米）；（4）40層以上（即超高層建筑）。日本建筑大辭典：5～6層至14～15層的建筑定為高層建筑；15層以上超高層建筑。我國《民用建筑設(shè)計通則》（JG37-87）將住宅建筑層數(shù)劃分為：1～3層為低層；4～6層為多層；7～9層為中高層；凡超過100米均為超高層。高層建筑與材料

1高層建筑的發(fā)展與未來2高層建筑與材料、施工方法3“超超高層建筑”的構(gòu)想4高層建筑與城市環(huán)境古羅馬時期的高層建筑2000多年前的古羅馬10層左右承重墻結(jié)構(gòu)材料：石材、粘土磚等一、高層建筑的發(fā)展與未來1近代高層建筑的興起2實現(xiàn)高層建筑的社會條件和技術(shù)條件3現(xiàn)代高層建筑的發(fā)展4未來高層建筑的發(fā)展趨勢

1.近代高層建筑的興起1．

承重墻結(jié)構(gòu)對層高的限制2．

框架結(jié)構(gòu)體系和金屬材料的應(yīng)用3．

構(gòu)件標準化的設(shè)計思想4．

縱向交通手段的建立5．

用剪力墻增加橫向剛度6．

混凝土材料在高層建筑中的應(yīng)用(1)承重墻結(jié)構(gòu)對層高的限制19世紀以后Monadnock大廈(2)框架結(jié)構(gòu)體系和金屬材料的應(yīng)用框架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：梁和柱1801年英國曼徹斯特，人們第一次用鑄鐵材料建造了七層框架結(jié)構(gòu)的軋棉工廠建筑物，首次用了I型梁和柱。(3)構(gòu)件標準化的設(shè)計思想1851年水晶宮確立了框架體系和鋼材在高層建筑中的地位構(gòu)件標準化（模數(shù)化）的設(shè)計思想為后來建筑材料及構(gòu)件的量化奠定了基礎(chǔ)。(4)縱向交通手段的建立電梯1851年在紐約建造的5號街飯店建筑中，最早出現(xiàn)了電梯。這是KLCC購物中心內(nèi)鄰著電扶梯的樓層設(shè)計，也就是中間也采圓形的回轉(zhuǎn)動線。這則是臺北101中同樣鄰著樓梯的設(shè)計，有點似曾相似吧！(5)用剪力墻增加橫向剛度層高增加，在風(fēng)力、地震等水平荷載作用下，建筑物的橫向變形和位移增大。1891年，芝加哥建造了20層高度的MasonicTemple，第一次設(shè)計使用了鋼結(jié)構(gòu)的剪力墻。(6)混凝土材料在高層建筑中的應(yīng)用高層建筑的發(fā)展同樣推動了結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展。早期的高層建筑幾乎都采用鑄鐵或鋼材等作為框架結(jié)構(gòu)材料。從1890年開始,混凝土作為一般的建筑材料開始得到人們的承認。1903年由佩雷設(shè)計的巴黎的富蘭克林公寓大樓,開始采用了鋼筋混凝土材料。幾乎在同時,在美國的辛辛那提建造了16層的Ingalbuilding,是世界上第一個以鋼筋混凝土作為框架結(jié)構(gòu)材料的高層建筑。但是,到世紀中葉為止,混凝土材料在高層建筑中只是零散地被使用,或者使用混凝土也只是模仿鋼框架結(jié)構(gòu),而沒有開發(fā)出非常完善的以鋼筋混凝土材料為結(jié)構(gòu)框架的體系。這種狀況直到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束以后才有改變。目前,高層建筑所用的結(jié)構(gòu)材料已經(jīng)是鋼材和鋼筋混凝土平分秋色,許多著名的高層建筑都采用了鋼筋混凝土材料。采用鋼筋混凝土作為主體結(jié)構(gòu)材料的高層建筑：朝鮮平壤市的柳京飯店(地上101層,高度305.4m);芝加哥的水塔廣場大廈(76層,高度262m);吉隆坡的佩重納斯大廈(高度452m)……馬來西亞佩重納斯大廈

452m

2.實現(xiàn)高層建筑的社會條件和技術(shù)條件社會需求國家相關(guān)法規(guī)技術(shù)條件技術(shù)條件(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計的計算手段和繪圖手段(2)現(xiàn)代施工管理方法的開發(fā)(3)現(xiàn)代化的建筑設(shè)備(4)現(xiàn)代化的施工機械(5)材料的工業(yè)化生產(chǎn)及新型建筑材料的開發(fā)3.現(xiàn)代高層建筑的發(fā)展1871年芝加哥的特大火災(zāi)；建成于1885年的芝加哥家庭保險公司，高10層，55米，是世界上第一幢按照現(xiàn)代鋼框架結(jié)構(gòu)原理建造的高層建筑。它的建造說明了高層建筑發(fā)展的可能性。1905年，紐約建成50層的都市大廈；20世紀30年代開始在美國紐約曼哈頓建成高層建筑群；

1931年紐約102層、高度381m的帝國大廈；采用了鋼框架－剪力墻結(jié)構(gòu)。發(fā)展20世紀50年代，二戰(zhàn)結(jié)束后進入鼎盛。1972年建成紐約世界貿(mào)易中心，110層，417米；1974年芝加哥建成的西爾斯大廈，110層，443m；1996年馬來西亞吉隆坡的佩重納斯大廈建成，452m。主體結(jié)構(gòu)采用了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。我國高層建筑的發(fā)展1929年建造的上海華懋公寓這幢大樓高14層，是上海最早超過10層的高層建筑；曾經(jīng)號稱"遠東第一高樓"的上海國際飯店，建于1934年，地上22層，高82米，從1934年到70年代末，國際飯店一直是上海的最高建筑。1974年建成北京飯店東樓（19層，87.15m)；1976年廣州建成白云賓館（33層，114.05m)；1985年深圳建成國際貿(mào)易中心大廈（50層，158.65m）；1987年開工建設(shè)的國際大廈（63層，200m）同年北京動工的京廣中心大廈（57層，208m）上海金茂大廈，1998年建成，88層，420m，采用高性能混凝土作為結(jié)構(gòu)材料，采用泵送施工技術(shù)。上海金茂大廈香港國際金融中心2003年，樓高88層共420米高的香港國際金融中心第2期落成啟用。當(dāng)時僅次于美國芝加哥希爾斯及馬來西亞的雙子塔，成為世界最高大廈的第4位。上海環(huán)球金融中心臺北101

金融大樓

508

m中新網(wǎng)2005年10月9日電世界高樓協(xié)會8日頒發(fā)給臺北市新地標101大樓“世界第一高樓”的證書，確認該大樓在世界四項高樓指針中，拿下三項世界第一。據(jù)中通社報道，世界高樓協(xié)會主席RonKlemencic專程到臺北頒給101大樓“世界第一高樓”的證書，在臺北市長馬英九的見證下，正式認證該大樓是世界最高建筑物。

臺北101大樓高508米，比紀錄保持者馬來西亞吉隆坡的雙子座大廈高56米。有世界最大且最重的“風(fēng)阻尼器”，還有兩臺世界最高速的電梯，以1,010米速度運行，從1樓到89樓，只要39秒的時間。“世界高樓”的四項指針下，101大樓拿下世界最高建筑物、世界最高使用樓層和世界最高屋頂高度三項世界第一。美國芝加哥的席爾斯大樓則仍保持“世界最高天線高度”。世界前十名高層建筑據(jù)該協(xié)會排名，世界十大高樓當(dāng)中，兩岸三地占6棟。第一是臺北101金融大樓第二、三名：馬來西亞吉隆坡的雙子星大樓第四：美國席爾斯大樓，第五：上海金茂大廈，第六：香港國際金融中心，第七：廣州中信廣場，第八：深圳的信興廣場，第九：紐約帝國大廈，第十：香港的中環(huán)廣場。夢幻般的世界第一高樓國際金融中心大廈，中國臺北

世界上最高的雙子樓

國家石油雙子星座大廈（塔樓1，2），馬來西亞吉隆坡

美國最高的建筑物

第4名、西爾斯大廈，芝加哥（SearsTower）中國大陸最高的建筑第5名、上海金茂大廈第6名、香港國際金融中心(第二期)

第7名中信廣場大樓，

中國廣州信興廣場大廈，中國深圳

最具人氣的景點，紐約最高的建筑第9名、帝國大廈，美國紐約曼哈頓第10名、香港中央廣場大樓阿聯(lián)酋開始建造世界第一高樓“迪拜塔”高度約為700米（BurjDubai）

由美國建筑師阿德里安·史密斯設(shè)計，整個工程將耗資７億美元，預(yù)計２００８年完工。美國福德姆公司準備在芝加哥建造一座115層600公尺高的摩天大樓。這幢大樓如果按計劃在2009年建成，將成為美國乃至世界第一高樓。印度要建全球第一高樓高達710米共202層

印度德里地方官員公布，他們將在德里郊區(qū)的諾依達工業(yè)開發(fā)區(qū)建造一座超級摩天大樓。該大樓將高達710米，主體結(jié)構(gòu)將有202層。這座摩天大樓的造型酷似喜馬拉雅山，預(yù)計將于2013年建成并投入商業(yè)運營。該大樓將包括一個50層的五星級酒店、一個40層的商業(yè)辦公間，另外還有37萬平方米的一個購物中心。

高樓=國力？4.未來高層建筑的發(fā)展趨勢大城市中心地帶超高層建筑增多城市周邊部位10－15層高層住宅較多更加注重與環(huán)境的協(xié)調(diào)和功能的統(tǒng)一由高技派轉(zhuǎn)向自然化、古樸化綜合性立體城市的設(shè)想二、高層建筑與材料、施工方法1建筑材料的制品化2半模板式樓板的開發(fā)3外墻結(jié)構(gòu)形式和材料的開發(fā)4高層建筑的專用結(jié)構(gòu)材料1.建筑材料的制品化高層建筑施工異常不便，施工操作難度大、危險性高：預(yù)制化減少高空的施工操作：預(yù)制構(gòu)件：混凝土預(yù)制樓板、梁、柱，鋼材、鋁合金、塑料等門窗構(gòu)件；預(yù)制房屋建筑單元（廚房、浴室等）；吊裝到現(xiàn)場組裝方式：鋼結(jié)構(gòu)骨架部分單獨組裝；樓板、外圍幕墻等中小型構(gòu)件現(xiàn)場安裝到骨架上；大型板材與鋼骨架的一體化組裝。2.半模板式樓板的開發(fā)3.外墻結(jié)構(gòu)形式和材料的開發(fā)幕墻：象帷幕一樣安裝在結(jié)構(gòu)框架上，不承受荷重，只起圍護作用的建筑物的外墻。用于幕墻構(gòu)件的材料：1．

鋁合金幕墻2．

玻璃幕墻3．

混凝土幕墻4.花崗巖幕墻4.高層建筑的專用結(jié)構(gòu)材料鋼結(jié)構(gòu)（S結(jié)構(gòu)）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（RC結(jié)構(gòu)）鋼－鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)（SRC結(jié)構(gòu)）（1）鋼結(jié)構(gòu)（S結(jié)構(gòu)）鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸小，自重輕，建筑物的有效空間大，抗震性能好；鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件工廠化生產(chǎn)程度高，施工簡便快速；鋼結(jié)構(gòu)高層建筑在外觀上也具有優(yōu)勢；弱點：耐火性差，導(dǎo)熱系數(shù)大，在高溫下容易軟化、變形、強度降低，難以承擔(dān)荷載。世貿(mào)中心

鋼筋鐵骨為何不堪一擊?幾十噸飛機汽油引起的失火，導(dǎo)致大樓鋼結(jié)構(gòu)軟化甚至熔化，上層開始倒塌，往下逐層傳遞，形成“多米諾骨牌效應(yīng)”，最后導(dǎo)致整座大樓坍塌。

解決耐火問題的措施：耐火鋼；耐火涂料或耐火材料包覆；鋼管內(nèi)灌防凍劑和防腐蝕的液體；水冷鋼管結(jié)構(gòu)體系；如美國的匹茲堡大廈和英國的BushHouse.水冷鋼管的結(jié)構(gòu)形式（2）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（RC結(jié)構(gòu)）最早的鋼筋混凝土超高層建筑是1976年芝加哥的水塔廣場大廈；與鋼結(jié)構(gòu)相比：鋼筋混凝土建筑物的建造成本較低，穩(wěn)定性和耐火性好。弱點：截面尺寸大，施工所用材料量大，施工速度慢，自重較大。（3）鋼－鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)（SRC結(jié)構(gòu)）彌補鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的缺點。將鋼材和鋼筋混凝土結(jié)合起來的組合結(jié)構(gòu)。兩種組合方式：（1）在鋼筋混凝土梁或柱的中心部位放置型鋼；（2）鋼管混凝土柱鋼管和混凝土柱的斷面三、“超超高層建筑”1“超超高層建筑“的構(gòu)想2超超高層建筑的技術(shù)難點1“超超高層建筑“的構(gòu)想“空間城市1000“的構(gòu)想“DIB－200“的構(gòu)想“空中波利斯2001“的構(gòu)想“空中波利斯2001”“X-SEED4000”構(gòu)想2超超高層建筑的技術(shù)難點（1）

基礎(chǔ)的可靠性（2）

抗震、抗風(fēng)荷載設(shè)計（3）

防災(zāi)設(shè)計（4）

建筑設(shè)計與立體交通（5）

高效率的施工手段（6）

新型建筑材料的開發(fā)為實現(xiàn)超超高層建筑材料領(lǐng)域所需要研究的課題1為實現(xiàn)超超高層建筑材料領(lǐng)域所需要研究的課題2四、高層建筑與城市環(huán)境1增加城市的現(xiàn)代化色彩2促進科學(xué)技術(shù)的發(fā)展3自然采光和換氣效果差4橫向振幅較大，居住性差5對周圍街區(qū)風(fēng)向、風(fēng)力的影響6城市防災(zāi)成為新的課題7通訊電波的障礙

瘋狂的計劃！超群大廈，1228米，上海2015年DNA雙子塔高，其實沒有什么不好，只是：別讓摩天大樓從追求成本效益的機器變成付費斗秀場武漢王家墩商務(wù)區(qū)，規(guī)劃500米高的標志性超高層建筑推薦：

世界建筑世界思考題：高層建筑和城市環(huán)境；高層建筑給人類帶來了什么？課程論文題目：

(詳見網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺——作業(yè)）綠色住宅的新思路；建筑材料的發(fā)展趨勢——綠色建材；21世紀的綠色