CUMT-新型建筑材料与结构-2.ppt

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1、各位同学大家好新型建筑材料与结构7/24/2021中国矿业大学ChinaUniversityofMining&Technology建筑工程学院SchoolofArchitecture&CivilEngineering23高层建筑与材料建筑物按照层数可分为低层、多层、高层以及超高层建筑。通常1—2层称为低层建筑，3－6层称为多层建筑，7一30层左右称为高层建筑，而30层以上（或高度超过100m）叫做超高层建筑。高层建筑是现代社会科学和技术发达的标志之一，是人口密度增大、城市功能集中的必然产物，也是人类不断向新的高度挑战，不断探索新的建造技术，开发新型建筑体系和材料的体现。高层建筑为人类提供

2、了高密度、大容量的居住或工作空间，给现代人的生活和工作带来许多方便，同时对城市环境、居住条件以及生活方式也带来诸多影响。33．1高层建筑的发展与未来人类历史上最早出现的高层建筑，可以追溯到古罗马时代。2000多年前的古罗马时代，就已经在各城市建造了10层左右的高层建筑物，所采用的结构形式是承重墙结构，这主要是受当时的建筑材料只有石材或粘土砖等块体材料的限制。后来随着罗马帝国的衰落，高层建筑也就随之消沉了。42．1．1近代高层建筑的兴起1）承重墙结构对层高的限制到19世纪以前，人类的生产方式一直停留在以手工操作为主的水平，在建筑技术和材料方面也没有突破性的发展。直到进人19世纪，西欧各国以

3、工业革命为契机，开始出现了资本主义机械化大生产，人口向城市集中，出现了解决城市人口居住集中问题的需求。同时，炼钢技术的成熟、水泥、混凝土材料的出现，为建筑结构形式向大型化发展提供了物质基础。于是沉寂了近2000年的高层建筑又开始兴建起来。由于受当时的设计水平和材料体系的影响，最初建造高层建筑的结构形式仍然采用砌筑承重墙结构。随着建筑物高度的增高，用于承受建筑物自重的承重墙体就必须加厚。例如1891年在芝加哥建造了一座高16层的Monadnock（摩那顿克）大厦，由于自重较大，这座建筑物下部承重墙的厚度达到了1．8m。可见，要使建筑物达到更高的高度，必须采用受力更加合理的结构形式，开发新的

4、结构与材料体系。52）框架结构体系和金属材料的应用由于当时已经有了铸铁、钢材等金属材料，人们也在探索更加合理的结构形式，以解决承重墙结构墙体过于厚重的问题。结构工程师开始开发轻型的框架结构系统。这种框架结构形式是由梁和柱构成刚性的框架，楼板和墙体的自重首先传递到梁上，然后通过柱直接传递到基础，墙体只起围护作用而不承重，而承重的梁和柱采用具有很高强度的钢材或钢筋混凝土。这种结构形式和材料的开发成功，使得高度更高、跨度更大、开口尺寸更大的高层建筑成为可能。这种框架结构系统从开始到发展成熟大约花费了100多年的时间。这期间包括人们对钢材、混凝土等材料的性能、连接或复合使用方法、梁和柱的合理断面

5、形状以及钢筋混凝土中钢筋的配置方法、预应力钢筋混凝土的开发和使用等等。61801年在英国的曼彻斯特，人们第一次用铸铁材料建造了七层框架结构的轧棉工厂建筑物，并且首次采用了I型断面的梁和往，为以后的框架结构建筑物奠定了结构形式的基础。3）构件标准化的设计思想1851年，在英国万国博览会上展出的水晶宫，是最早采用钢材、框架结构、玻璃板，并对构件进行了模数设计的建筑物。该建筑物在结构形式、材料、生产方式和施工方法等方面实现了完美的统一，确立了框架体系和钢材在高层建筑中的基础地位。同时，构件标准化（模数化）的设计思想为后来建筑材料及构件的量化生产奠定了基础。高层建筑不同于以前的平房建筑，材料用量

6、大，将所用材料制成构件，有利于现场操作，能提高施工效率；高层建筑的各层多数采用相同的设计样式，所以也具备使用标准化构件的条件。74）纵向交通手段的建立随着楼层的增高，人们开始研究开发建筑物内部的纵向交通系统。1851年在纽约建造的5号街饭店建筑中，最早出现了电梯。这种垂直方向的交通方式的开发，为人们利用高层建筑提供了方便的手段，否则，即使建造出高层建筑，也难以利用。1866年--1870年期间建造的纽约生命保险公司大楼，也采用了电梯。5）用剪力墙增加横向刚度剪力墙的开发和应用是高层建筑的又一关键技术。随着层数增多，高度增高，在风力、地震等水平荷载的作用下，建筑物的横向变形和位移增大，为了

7、将这种变形控制在所允许的范围之内，以保证安全使用，必须增加建筑物在水平方向的刚度，而剪力墙是在结构上解决这一问题的有效办法。1891年，Burnham和Root两位建筑师在芝加哥建造了20层高度的MasonicTemple，并在此建筑物中第一次设计使用了钢结构的剪力墙，使高层建筑的建造技术又向前迈出了一步。86）混凝土材料在高层建筑中的应用高层建筑的发展同样推动了结构材料的发展。早期的高层建筑几乎都采用铸铁或钢材等作为框架结构材料。