钢结构在我国高层建筑中应用论文Word文档格式.docx
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首先通过研究高层建筑的发展历程、钢结构的发展历史、国内外发展现状、钢结构的发展前景等问题进行分析钢结构在我国高层建筑中的应用情况。
其次介绍我国现有高层建筑的结构体系,分析各个结构的优缺点,对比钢结构在高层建筑中的优缺点、钢结构设计的优越性等。
再而分析我国现阶段钢结构市场以及综合经济效益、政府政策的支持力度及未来市场规划等。
最后对钢结构工程在我国发展空间展望。
相信随着国民经济的发展和科学技术的进步,钢材产量和质量大幅度提高,所以在高层建筑中钢结构得到了越来越多的应用,并且钢结构建筑作为21世纪的绿色建筑之一必将成为我国建筑业的一个发展趋势。
关键词:
钢结构;
高层建筑;
钢结构企业
Abstract
High-risesteelbuildingsinforeigncountriesthan120yearsofhistory,in1883thefirstonesteelhigh-risebuildingsinChicagowheretheystand,afterWorldWarIIduetolandpricesandrapidpopulationgrowth,aswellastheupperandhigh-risebuildingstructuralsystemofmaturing,computingtechnologyandconstructiontechnologycontinuestoimprove,sothathigh-riseandhigh-risebuildingrapidly.Reinforcedconcretestructureintheultra-high-risebuildingsbecausesincethemajorpillarsofthebuildingoccupiedarearatioincreases,thehigh-risebuildingwithreinforcedconcretestructurehasbeenquestioned;
whilesteelinhigh-risebuildingshasthefollowingadvantages:
highstrength,lightweight,stiffness,andthereforefortheconstructionoflargespanandultra-high,super-heavybuildingsisparticularlysuitable,whileconvenientlyfurnished,goodseismicperformance,shortconstructionperiod,resourceconservationandcostsavings.Whilethehigh-strengthsteelshaveemerged,intheultra-high-risebuildingsusingsomesteelorfullsteelconstructionofthetheoreticalresearchanddesignhavebeenbroughtforth.Atthesametimethedevelopmentofhigh-risebuildingconstructionreflectsthetechnologicallevelofthedevelopedcountries,materials,industriallevelandcomprehensivetechnicallevel,butalsotheconstructionsectorfinanciallystrongsymbol.
Thispaperstudiesthesteelinourapplicationofhigh-risebuildingstodevelopintegrateduseoftheoreticalknowledgeandprofessionalskillstoanalyzeandsolvecivilengineeringgenerallyencounteredinpracticalproblems.Atthesametimeastheirfuturedirectionofwork,throughin-depthanalysis,wecangainmoreknowledgeandpracticalexperience.
First,bystudyingthedevelopmentprocessofhigh-risebuildings,steelstructuresofdevelopmenthistory,thedevelopmentofdomesticandinternationalsituation,thedevelopmentprospectsofsteelandotherissueswereanalyzedinourhigh-risesteelbuildingsintheapplication.
Secondlyintroduceourexistinghigh-risebuildingstructuralsystem,analyzingtheadvantagesanddisadvantagesofeachstructure,comparedtosteelinhigh-risebuildingsintheprosandcons,advantagesandothersteeldesign.
Thentheanalysisofthesteelmarketandtheoveralleconomicefficiencyofthisstage,thegovernmentpolicysupportandfuturemarketplanning.
Finally,thesteelworksinourdevelopmentprospects.
Withthedevelopmentofthenationaleconomyandscientificandtechnologicalprogress,steelproductionandqualitygreatlyimproved,sothehigh-risebuildingsteelstructurehasbeenmoreandmoreapplications,andsteelconstructionasoneofthe21stcenturygreenbuildingwillwillbecomeadevelopmenttrendofChina'
sconstruction.
Keywords:
steelstructure;
high-risebuildings;
steelcompanies
目录
摘要I
AbstractII
第1章绪论1
1.1本文研究目的与意义1
1.1.1本文研究目的1
1.1.2本文研究意义1
1.2国内外高层建筑发展概况2
1.2.1国外高层建筑发展概况2
1.2.2我国高层建筑发展概况3
1.3论文结构3
第2章我国高层建筑概况5
2.1我国现有高层建筑的结构体系5
2.1.1框架结构体系5
2.1.2剪力墙结构体系5
2.1.3框架—剪力墙结构体系6
2.1.4框—筒结构体系6
2.1.5筒中筒结构体系7
2.1.6束筒结构体系7
2.1.7巨型结构体系8
2.2高层建筑中按材料结构分类8
2.2.1钢筋混凝土结构8
2.2.2型钢混凝土组合结构8
2.2.3钢管混凝土结构9
2.2.4钢框架-核芯筒混合结构10
2.3高层建筑结构设计基本要求10
2.3.1结构的规则性10
第3章钢结构在高层建筑中应用分析11
3.1钢结构材料基本特点11
3.1.1钢结构的特点11
3.1.2钢结构的设计方法12
3.1.3钢结构材料性能13
3.1.4构件与连接15
3.2技术要求及保证措施16
3.2.1防火16
3.2.2保温隔热18
3.2.3隔声19
3.2.4防震19
3.2.5防锈21
3.2.6防雷23
第4章钢结构在高层建筑中的优劣性分析25
4.1钢结构在高层建筑中优越性25
4.2钢结构在高层建筑中劣势26
4.3我国高层建筑钢结构发展中存在的问题27
第5章我国钢结构企业分析30
5.1我国现阶段钢结构市场情况30
5.1.1我国建筑钢结构发展现状30
5.1.2钢结构企业发展状况30
5.1.3钢结构的综合经济效益30
5.1.4钢结构企业未来规划与展望31
5.2政府政策的支持力度分析31
5.3钢结构工程在我国发展空间展望32
第6章案例:
天津现代城(二期)33
6.1工程概况33
6.2建筑概况33
6.3钢结构概况34
6.3.1钢结构施工部署34
6.3.2钢结构深化设计及加工36
6.3.3钢结构安装37
6.3.4钢结构施工质量保证38
第7章结论39
参考文献40
致谢43
第1章绪论
1.1本文研究目的与意义
1.1.1本文研究目的
高层钢结构建筑在国外已有将近120年的历史,世界上最早钢结构高层建筑是在美国芝加哥于1883年建成,到了二战后由于人口的迅速增长,也间接导致土地价格的上涨,另外由于对高层及超高层建筑的结构体系的研究日趋完善、施工技术水平的不断提高和计算机技术水平的发展,使高层和超高层建筑迅猛发展[1]。
钢筋混凝土结构在高层、超高层建筑中由于自重太大,柱子所占的建筑面积比率越来越大,所以在超高层建筑中不适合采取钢筋混凝土结构;
同时高强度钢材应运而生,在超高层建筑中采用部分钢结构或全钢结构的理论研究与设计建造可说是同步前进[2-5]。
资料显示,高层建筑超过50层的大都采用钢结构体系,其比例约占高层建筑的70%~80%[6]。
高层建筑是衡量一个国家建筑科学技术水平的重要标志,更是检验一个国家钢结构技术成熟程度的标尺。
同时超高层建筑的发展体现了发达国家的建筑科技水平、材料工业水平和综合技术水平,也是建设部门财力雄厚的象征。
通过研究钢结构在我国高层建筑中的应用情况来培养综合运用所学理论知识和专业技能,分析解决一般土建工程中遇到的实际问题的能力。
培养调查研究、综合分析思考的能力,以及查阅技术文献、资料和手册的能力。
可以对我国现实际中的高层建筑及未来建设的高层、超高层建筑中的钢结构应用有个较清楚的认识。
1.1.2本文研究意义
由于钢筋混凝土在高层建筑中的自重比重较大,因此相与其他结构比较而言,钢结构在高层建筑中有以下优点:
自重轻、强度高、刚度大,故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特别合适,同时布置便利、抗震性能好、节约资源、工期短、节省成本[7-12]。
改革开放以来,随着国民经济的发展和科学技术的进步,钢材产量和质量大幅度提高,所以在高层建筑中钢结构得到了越来越多的应用,并且钢结构建筑作为21世纪的绿色建筑之一必将成为我国建筑业的一个发展趋势[13]。
1.2国内外高层建筑发展概况
高层建筑,指超过一定层数和高度的多层建筑。
目前世界各国尚无统一的划分标准,在美国,7层以上或24.6m视为高层建筑;
在日本,8层或31m及以上视为高层建筑;
在英国,把等于或大于24.3m的建筑视为高层建筑。
1972年国际高层建筑会议将高层建筑分为4类:
第一类为9~16层(最高50米),第二类为17~25层(最高75米),第三类为26~40层(最高100米),第四类为40层以上(高于100米)[14]。
之后,各国根据自己的设计标准及发展规划也都做过相应的调整。
我国《民用建筑设计通则》(JGJ37-87)的颁布,将建筑的层数明确划分:
(1)住宅建筑按层数划分为:
1~3层为低层,4~6层为多层,7~9层为中高层建筑,10层以上为高层建筑。
(2)综合性建筑及公共建筑高度超过24米者为高层(不包括高度超过24米的单层主体建筑)。
(3)建筑物高度超过100米时,不论公共建筑、住宅均为超高层[15]。
1.2.1国外高层建筑发展概况
世界上第一幢近代高层建筑是1883年建成的美国芝加哥家庭保险公司大楼,11层,55m高,采用的是框架结构[16]。
等到19世纪末高层建筑已经发展采用钢结构,建筑物的高度超越了100m。
20世纪初,钢结构高层建筑在美国大量建成,美国1931年建成的摩天大楼——纽约帝国大厦成为高层建筑发展第一阶段的典型代表。
50年代初玻璃铝合金等新型外墙材料开始使用,代表这一时期的典型作品是纽约的利华大厦和联合国大厦。
二战后经济复苏,高层建筑的发展进入一个新的阶段,例如芝加哥Sears大厦,109层443米[17]。
随着经济的发展,高层建筑在世界各国不断出现,层数和高度都有大幅度的突破,建筑结构体系也呈现出多样化。
高452m的吉隆坡的石油大厦、高541.3米自由之塔是纽约世贸中心遗址重建工程,迪拜哈利法塔是目前世界范围内最高的高层建筑,高达828米[18]。
1.2.2我国高层建筑发展概况
我国是高层建筑发展历史悠久的国家,大约公元524年建造的河南嵩岳寺塔,单筒结构15层、高约50m;
公元704年建造的西安大雁塔采用砖木结构7层、高约64m;
公元1055年建造的定县料敌塔筒体结构11层、高约82m;
建于公元1056年的山西应县木塔,9层、高约67m。
这些古老的高塔建筑经受了不计其数的风吹雨淋甚至无数次大地震的考验,依然屹立于世间,说明我国古代在建筑设计结构体系选择,施工技术上具有很高的水平[19-20]。
但我国近代高层建筑发展迟缓,高层建筑很少,且大都是外国人设计的。
我国现代高层建筑基本是从五十年代开始自行设计与建造,1959年北京建成了一批高层公共建筑;
六十年代最高点是广州宾馆;
七十年代高层建筑发展加快,上海、北京、广州都兴建了一批高层旅馆和办公楼;
八十年代国内的高层建筑结构高速发展,1980-1984年间所建成的高层建筑数量相当解放30年来的总和。
自改革开放以来,随着我国政治、经济、文化的发展,深圳、大连、北京、上海、广州等地的高层建筑如雨后春笋般发展。
例如,上海金茂大夏421米、香港环球金融中心484米、上海环球金融中心492米、台北101大厦508米,目前已建成的最高建筑当属广州塔,高达600米。
而在建中或计划建的还有大连绿地中心518米、天津周大福滨海中心530米、天津罗斯洛克国际金融中心588米、天津中国117大厦597米、武汉绿地中心606米、上海中心大厦632米、深圳平安国际金融大厦660米等一系列高层、超高层建筑[21-25]。
通过这些已建成或在建的高层、超高层建筑的结构分析以及各种保护措施的应用与研究,可以对我国钢结构市场在高层建筑中的发展有较清楚的认识与展望。
1.3论文结构
第一部分绪论介绍本文研究的目的与意义、国内外高层建筑发展历史与现状等
第二部分介绍我国现有高层建筑的结构体系、结构构件与材料、荷载与作用、结构设计基本要求等,分析各个结构的优缺点
第三部分介绍钢结构在高层建筑中材料、构件及各项技术要求
第四部分钢结构在高层建筑中的优劣性分析
第五部分钢结构市场在我国的效益分析,分析我国现阶段钢结构市场、原材料情况、生产厂家状况等,政府政策的支持力度及未来市场规划及钢结构工程在我国发展空间展望
第六部分案例分析天津现代城(二期)
第七部分结论
第2章我国高层建筑概况
2.1我国现有高层建筑的结构体系
2.1.1框架结构体系
框架结构体系是由梁与柱用刚性接点连接在一起的矩形网格结构,同时承受竖向荷载和水平荷载,是我国多层和高层建筑中应用较多的结构之一。
高层建筑以水平荷载为主,框架结构承受水平荷载后,首先整体上表现为悬臂梁,产生侧移变形;
其次梁和柱受到弯曲和剪切应力,产生挠曲变形,后者的变形量远超前者。
框架结构分为单向框架和双向框架。
前者仅在一个方向(多为横向)的柱与梁组成受力框架,另一方向的柱和梁采取构造措施连接,不视作框架。
后者建筑物接近方形,两个方向开间相近,柱与梁的连接在纵、横两个方向皆为刚接,都作为框架受力考虑。
与其他高层建筑结构体系相比,框架结构的优点是可形成较大空间,不受墙的限制,因而建筑平面布置灵活,有利于布置大空间的餐厅、会议厅等,在公共建筑中应用较多。
从框架结构的受力和变形特征可以看出它的缺点,即建筑物的侧向变形取决于柱的刚度,由于柱与墙相比刚度小得多,因而框架结构的变形较大,抗震性能也差。
因此设计规范规定其高度H不宜超过60m,且高度H与房屋宽度B之比不宜超过5,否则为了同时满足强度和变形要求,就会出现肥梁胖柱,经济效果较差。
2.1.2剪力墙结构体系
剪力墙结构是利用建筑物的外墙和分隔墙承受竖向荷载和水平向荷载。
混凝土剪力墙的厚度不小于140mm,结构体系的侧向刚度大,能承受很大的水平和竖向荷载。
竖向荷载通过每层楼盖传给墙体,墙体承受竖向力如宽而扁的柱子一样,根据约束情况验算强度和稳定性。
水平荷载通过每层楼盖等水平结构逐层传给剪力墙,剪力墙就如悬臂梁一样受力。
剪力墙的主要作用是承受平行于墙体平面的水平力,并提供较大的抗侧力刚度,它使剪力墙受剪且受弯,剪力墙也因此而得名,以便与一般仅承受竖向荷载的墙体相区别,在地震区,该水平力主要有地震作用产生,因此,剪力墙有时也称抗震墙。
剪力墙结构与楼盖一起组成空间结构,由于墙体截面大,整体性好,抗侧移刚度大,因此抗震性能较强。
同时剪力墙也可以作为围护结构和房间分隔构件。
剪力墙结构体系一般用于钢筋混凝土结构中,由于墙体承受全部水平作用和竖向荷载。
根据施工方法不同可分为:
全部现浇的剪力墙;
全部用预制板装配的剪力墙;
内墙现浇、外墙为预制装配的剪力墙。
剪力墙结构体系的主要缺点是建筑物平面被剪力墙分隔成许多小的开间,使建筑布置和使用要求受到一定限制。
2.1.3框架—剪力墙结构体系
框架剪力墙结构体系是由框架和剪力墙共同作用为承重结构的受力体系。
它克服了框架结构抗侧力刚度小的缺点,弥补了剪力墙结构开间过小的缺点,既可以使建筑平面灵活布置,又能对常见的30层以下的高层建筑提供足够的结抗侧刚度,所以被大量用于高层建筑,特别是高层公共建筑。
这种结构体系建筑物高度可达130m,高度与宽度比不宜超过5,如有可靠措施亦可放宽。
它利用剪力墙承载力、抗侧移刚度大的优点,使框架结构侧移大、柔性大的缺点得到弥补;
同时只要简单的在部分位置上设置剪力墙,就可以保持框架结构空间较大和立面易于变化等优点。
2.1.4框—筒结构体系
在框架结构中,设置部分剪力墙,使框架和剪力墙两者结合起来,取长补短,共同抵抗水平荷载,这就是框架-剪力墙结构体系。
如果把剪力墙布置成筒体,围成的竖向箱形截面的薄臂筒和密柱框架组成的竖向箱形截面,可称为框架-筒体结构体系。
框筒结构是由周边密集柱和高跨比很大的窗群梁所组成的空腹筒结构。
框筒结构在侧向荷载作用下,与侧向力相平行的两品框架也参加工作,形成一个空间体系。
为保证翼缘框架在抵抗侧向荷载中的作用,以充分发挥结构的空间工作性能,一般要求墙面上开洞面积不宜大于墙面总面积的50%,周边柱轴线间距宜为2.0~3.0m,不宜大于4.5m,横梁的高度一般为0.6~1.2m,截面宽度为0.3~0.5m,整个结构的高宽比宜大于3,结构平面的长宽比不宜大于2。
柱子可为矩形或T形截面,横梁多呈矩形截面。
为减少楼盖结构内力和绕度,中间往往要布置一些柱子,以承受楼面竖向荷载。
由上简述可知,该体系建筑的周边结构可以有效抵抗侧向力,其缺点为外筒的实际作用受剪力滞后效应的影响。
2.1.5筒中筒结构体系
筒中筒结构由心腹筒、框筒及桁架筒组合,一般心腹筒在内,框筒或桁架筒在外,由内外筒共同抵抗水平力作用。
由剪力墙围成的筒体称为实腹筒,在实腹筒墙体上开有规则排列的窗洞形成的开孔筒体称为框筒;
筒体四壁由竖杆和斜杆形成的桁架组成则称为桁架筒。
在高层建筑中,往往有一定数量的电梯间或楼梯间以及设备井道,这时可以把电梯间、楼梯间及设备井道的墙布置成钢筋混凝土墙,即可承受竖向水平力作用。
在高层建筑平面中,为充分利用建筑物的四周的景观和采光,楼、电梯间等服务性用房常位于房屋的中部,核心筒结构合在一起时,便成筒中筒结构。
一般情况下,筒中筒平面可以为多种形式,如矩形、正方形、圆形、三角形等或其他形状,筒中筒结构的内筒和外筒之间的距离以10~16m为宜,内筒占整个筒体面积的结构的受力有较大影响。
内筒做得大,结构的抗侧刚度大,但内外筒之间的建筑使用面积减少。
一般来说,内筒的连长为外筒的连长的1/3左右。
当内外筒之间的距离较大时,可另设柱子作为楼面梁的支承点,以减少楼盖结构所占的高度。
该体系可以利用内外筒的相互作用有效抵抗侧向力,其内筒可以为恶意攻击提供第二道防线。
其缺点是内部的布置会受到内筒的限制。
2.1.6束筒结构体系
即组合筒结构。
这种体系是由几个相互连在一起的筒体组成,因而具有非常大的刚度和抗侧向力的能力,适用于高度很大的超高层建筑。
这种结构体系,每个筒内不再设内柱,空间很大,使得建筑布置非常灵活。
美国芝加哥110层的西尔斯大厦就是应用束筒结构的。
该体系优点是剪力滞后效应明显减小;
缺点是内部布置受束筒约束。
2.1.7巨型结构体系
此结构是由梁式转换楼层结构发展而形成的巨型结构,是由巨型梁、巨型柱组成的简单而体型巨型的主结构和由普通结构构件作为次结构组成的
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