高层建筑结构设计（第2版）钱稼茹 2012.pdf

第1章概述
房屋建筑是随着人类活动的需要和社会生产的发展而发展起来的。根据层数和高度，房屋建筑可以分为低层建筑、多层建筑、高层建筑和超高层建筑。习惯上，1~3层为低层建筑，10层及10层以上的住宅建筑、高度超过24m的公共建筑为高层建筑，层数介于低层和高层之间的为多层建筑，高度超过100m的建筑也可称为超高层建筑。本教材介绍高层建筑（包括超高层建筑）结构设计，但结构设计原理和设计方法，同样适用于低层和多层建筑。
1.1国外的高层建筑
国外最古老的高层建筑是埃及金字塔，最高的一座达463英尺即141m,直到4500年后即1880年，德国建成哥特式的科隆大教堂，金字塔的高度才被突破。
1.1.1现代高层建筑的形成期
现代高层建筑是商业化、城市化和工业化的产物，而现代高层建筑的发展离不开新材料、新结构和新技术的发展，一定程度上反映了一个国家以及一个地区的社会和经济发展水平。
现代高层建筑的历史始于18世纪末的工业革命。18世纪后半叶，英、法的冶金工业成功地生产出熟铁。1789年的法国大革命，使法国建筑的发展甚至工业革命受阻，而英国则继续向前发展，生产出铸铁，并将其用于工业建筑和商业建筑。19世纪40年代，铁被官方认可、进入官方称为“建筑”(architecture)的领域。1848年，伦敦西郊国立植物园的温室完全用熟铁建造。英法最早建造铁框架房屋建筑，但停留在低层建筑。
现代高层建筑起源于美国，其中心是纽约和芝加哥。19世纪后半叶，纽约成为美国东岸的主要商业中心，芝加哥有水上运输和铁路运输的便利。很自然，纽约、芝加哥成为商业轴心，商贾云集，对办公、仓库、旅馆的需求，促成了现代高层建筑的出现。1856年，Elisha Graves Otis的第一部商用电梯安装在纽约曼哈顿的一幢5层商场；1859年，第一部Tuft电梯安装在百老汇的第五大道旅馆，成为发展高层旅馆的起点。电梯为建造高层建筑创造了条件。19世纪60年代后期和7年代初，一批在欧洲受过良好教育的建筑师和工程师回到美国，将静力分析的方法、材料技术、用概念和系统解决问题的方法以及铁结构建造房屋的原理和方法等带到芝加哥。1871年，芝加哥的一场大火几乎将城市全部烧毁大火推动新建筑结构体系的开发，大火还说明，不燃的铁不能保证房屋建筑抗火。其结果，促进了建筑幕墙的开发。上述种种因素，使美国成为现代高层建筑的发源地
芝加哥的William.Jenney设计了1885年建成的家庭保险大楼(Home Insurance Building).(图1-)，家庭保险大楼达到了11层，被认为是第一幢高层建筑；家庭保险大楼采用熟铁梁一铸铁柱框架结构，局部有幕墙。Jenney的另一个贡献是设计建造芝加哥的曼哈顿大楼·（图1-2），1890年竣工。这是世界上第一幢16-层的住宅建筑。
随着冶金工业的发展，钢柱逐渐代替了铸铁柱，芝加哥的Raliance大楼是一幢最早的全钢框架结构（图I-3),F5层，1895年建成。这一-时期的代表性建筑还有纽约的Gillender大楼（图1-4），1897年竣工，20层。
1.1.2现代高层建筑的发展期
20世纪的前60年，是国外高层建筑的发展期，其中心是美国，主要是钢结构，钢筋混凝土结构不多。
1900年前后，纽约建成了当时世界上最高的建筑，36层钢结构Park Row大楼。1904年，纽约Darlington Building接近完工时突然倒塌，从此，禁止建筑结构使用铸铁。1908年，纽约建成Singer大楼（图1-5），47层，187m高，是世界上第一幢比埃及金字塔高的现代高层建筑。1918年，纽约建成W00worth大楼，60层，242m高，是当时世界上最高的建筑。
1931年，纽约帝国大厦(Empire State Building)建成（图1-6），102层，381m高，钢框架结构，梁柱用铆钉连接，外包炉碴混凝土，使结构的实际刚度为钢结构刚度的4.8倍，对抗风有利。在当时建造这样高的建筑，不能不说是一个奇迹。帝国大厦保持世界最高建筑的记录达40年之久，是高层建筑发展史上的一个里程碑。
1.1.3现代高层建筑的繁荣期
20世纪60年代至90年代初，是国外高层建筑发展的繁荣期。这一时期的主要特点为：发明筒体结构并用于工程，使建筑的高度更高，且在经济上可行；高强混凝土用于高层建筑；由钢筋混凝土构件和钢构件，发展为钢混凝土组合构件，包括钢管混凝土柱；消能减震装置开始用于高层建筑；美国仍然是高层建筑发展的中心，日本、加拿大、东南亚国家、澳大利亚的高层建筑发展迅速。
1.美国的高层建筑
(1)发明筒体结构
20世纪60年代初，美国城市化进程加快，城市人口剧增，地价暴涨，迫使建筑向高空发展；同时，由于造价增加的速度快于高度增加的速度，房地产商要求降低造价。社会要求高层建筑在结构体系方面有所突破，更有效地利用建筑材料，从而使建筑更高，同时降低造价。
美国杰出的营造大师，Skidmore()wings and Merrill设计公司的原结构总工程师Fazlur R.Khan博士发明了筒体结构这种新的高层建筑结构体系，包括框筒、桁架筒、筒中筒和束筒结构。他进行了大量的计算分析，研究筒体结构的可行性，提出了筒体结构的设计方法。
第一幢高层建筑钢结构框筒是在“9·11”事件中塌毁的纽约世界贸易中心大厦双塔（图1-7），110层，高417m,平面尺寸为63.5m×63.5m,柱距1.02m,

投稿会员：匿名用户