天津大学网络教育学院专科毕业论文题目：高型超高层建筑结构体发展完成期限：2016年7月5日至 2016年11月5日学习中心：选择一项。

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学生姓名：[此处键入学生姓名]学生学号：[此处键入学生学号]指导教师：[此处键入教师姓名]高型超高层建筑结构体发展一、研究背景近年来随着世界人口的增加，住房紧张的问题越来越严重，传统意义的住房已满足不了人们的需求。

在这种情况下，高层建筑因运而生。

所以高层建筑是社会生产的需要和人类生活需求的产物，是现代工业化、商业化和城市化的必然结果。

而科学技术的发展，高强轻质材料的出现以及机械化、电气化在建筑中的实现等，为高层建筑的发展提供了技术条件和物质基础。

虽然高层现在也有很多缺点，但是随着科技的发展和技术的进步，高层建筑的缺点会逐步改正并成为未来大多人们的居住房。

二、研究内容1、高层建筑发展情况19世纪末，随着科学技术的发展，钢筋混领土结构、钢结构在土木工程领域中代替传统的砖、石、木结构得到了推广和应用，建筑高度的增加、层数的增多、跨度的增大，现代意义上的高层建筑开始出现。

回顾高层建筑的发展历史，我们可以看到其中代表建筑是美国1931年建成的纽约帝国大厦（高381m，102层）、1972年建成的纽约世界贸易中心的姊妹楼（417m和415m，100层，“9.11”事件中被毁）和1974年建成的芝加哥西尔斯大厦（441.9m，110层），前苏联和波兰与1953年和1955年分别渐层的莫斯科国立大学（239m，26层）和华沙科学文化宫（231m，42层），1978年澳大利亚悉尼建成的MLC中心（229m65层）。

1985年以来，亚洲的日本、韩国、马来西亚、朝鲜及中国等国家迅速发展了高层及超高层建筑，其中有1996年建成的深圳的帝王大厦（高325m，69层）、广州中信广场（321.9，80层），1998年建成的吉隆坡石油大厦（400m，88层）上海金茂大厦（395m，69层）。

将世界上最高的100幢高层建筑的建筑年代和在世界上各地的分布表作统计表（表1），则可看出：随着时间推移20实际中，北美洲在前100幢高层建筑中所占的数量由多变少，而亚洲则从无到有，有少变多。

并由此推论在21实际中亚洲将成为世界建造高层及超高层建筑的中心。

世界高的100幢高层建筑的建筑年代及分布表将较熟悉的世界上10幢最高的建筑物数据加以列表，（见表2）则会看到在这10幢建筑中，美国占4幢建于1931~1974年，且均为钢结构建筑;亚洲占6幢（其中中国四幢）建于1996~2000年。

进一步亚洲已经成为世界建筑高层及超高层建筑的中心。

而且这6幢超高层建筑有5幢采用了SRC组合结构，说明SRC组合结构在超高层中的运用，以达到相当的广度和深度，并逐步成为超高层叫做建造中首选类型。

2、高层建筑结构体系的发展和应用情况随着工业化、商业化、城市化的进程，城市人口剧增，造成城市生产和生活用房紧张，地价昂贵，迫使建筑物向高空发展，由多层发展为高层。

19 世纪末期，开始出现了现代形式的钢框架和钢筋混凝土框架结构的高层建筑。

1898 年修建的secodRandMeNa119 层大楼（美国，芝加哥），是世界上第一幢具有现代形式的钢框架结构高层建筑。

而最早的钢筋混凝土框架结构高层建筑，为世界上第一幢具有现代形式的钢框架结构高层建筑。

而最早的钢筋混凝土框架结构高层建筑，为1903 年修建的位于美国Cincinnati 的InallaBuildin和法国巴黎Franklin 公寓。

所以，现代形式的高层建筑，只有117 年的历史。

到了20 世纪50 年代以后，由于轻质高强材料研制成功，抗风、抗震结构体系的发展，新的设计计算理论的创立，电子计算机在设计中的应用，以及新的施工技术和机械不断涌现，为大规模地、较经济地建造高层建筑提供了充分的条件，使高层建筑得到迅速发展。

在钢筋混凝土结构方面，其结构体系的发展历程也类似于钢结构的结构体系，由最初的框架结构（1903 年，glnallsBuildin ）逐渐发展出框架剪力墙结构或框架简体结构和巨型结构等结构体系，使得混凝土结构的建造高度越来越高。

钢结构具有强度高、自重轻、抗震性能好等优点，钢结构的构件可在工厂加工和制作，施工速度快，工期短。

钢是建造高层建筑结构比较理想的材料，但是全钢结构用钢量大，造价高，耐火性能差，需用昂贵的防火涂料。

而钢筋混凝土结构具有节省钢材、造价低、材料来源丰富、可模性好等优点，且承载力也不低，经过合理设计也可获得较好的抗震性能。

因此，只有在发达国家，大多数的高层建筑才采用钢结构形式，而在发展中国家，绝大部分的高层建筑采用钢筋混凝土材料建造，且由于高性能混凝土的发展和施工技术的进步，钢筋混凝土结构仍是今后高层建筑的主要结构形式。

特别是近年来，由于钢筋混凝土结构的优点，发达国家采用钢筋混凝土材料建造的高层建筑的数量也在日益增多。

当然，钢筋混凝土结构的构件断面尺寸大，减少了建筑使用面积；自重大，致使基础造价增高，抗震性能也不如钢结构。

因此为充分发挥钢材和混凝土这两种材料的特点，更为合理的结构形式是同时采用钢和钢筋混凝土材料的混合结构或组合结构。

该结构形式经合理设计，可取得经济合理、技术性能优良的效果，近年来已成为研究的热点和发展的方向。

高层建筑的发展，充分显示了科学技术的力量，使建筑师从过去强调艺术效果转向重视建筑特有功能与技术因素。

未来的高层建筑将朝着技术功能先进和艺术完美相结合的方向发展。

1）新材料、超强材料的开发和应用在高层建筑结构的技术问题中，首先要解决的是材料问题。

现在混凝土的强度等级已经达到Ｃ100 以上。

高强度和良好韧性的混凝土有利于减小结构构件的尺寸，减轻结构的自重，改善结构抗震性能。

同时，为了达到轻质高强的目的，必须在高层建筑结构中，发展轻骨料混凝土、轻混凝土、纤维混凝土、聚合物混凝土、侧限（约束）混凝土和预应力混凝土。

高性能混凝土的开发和应用，将继续受到人们的重视，也必将给高层建筑结构带来重大和深远的影响。

从强度和塑性方面考虑，钢是高层建筑结构的理想材料，增进或改善钢材的强度、塑性和可焊性性能的工作人们从未停止过。

特别是对新型耐火耐候钢的研发，具有重要意义，可使钢材减小或抛弃对防火材料的依赖，提高建筑用钢的竞争力。

复合材料用于制作高层建筑部分构件正在开发和实践中。

2）混合结构在高层建筑结构中广泛应用如前所述，经合理设计的混合结构可取得经济合理、技术性能（如抗震性能）优良的效果，且易满足高层建筑的侧向刚度的需求，可建造比钢筋混凝土结构更高的建筑，因此在较高的建筑中，混合结构往往仍是合理、可行的结构方案，今后建造混合结构的比率将会越来越大。

3）新的设计概念、新的结构形式的应用现代建筑功能趋于多样性，建筑的体形和结构体系趋向复杂多变，趋向立体化，应运而生新的设计概念和结构技术的深化，采用新的结构体系，如巨型结构体系，蒙皮结构，带加强层的结构，建筑立面设置大洞口以减小风力，采用结构控制技术设置抗震机构等。

4）高层建筑结构的高度出现新的突破进入20 世纪90 年代后，高层建筑迅猛发展，在数量、质量及高度上都有了大飞跃，高层建筑中的科技含量越来越高。

三、理论分析及结构体系高层建筑发展到今天，其结构体系形式繁多，划分标准也多种多样。

高层建筑结构体系的分类标准通常依据其竖向承重单体和抗侧力单元的类型来划分，通常分为以下几种类型。

1、框架结构框架结构是由梁、柱等线型构件通过节点连接在一起构成的结构，其基本的竖向承重单体和抗侧力单元为梁、柱通过节点连接形成的框架。

框架结构最理想的施工材料是钢筋混凝土，这是因为钢筋混凝土节点具有天然的刚性。

框架结构体系也可以用于钢结构建筑中，但钢筋结构的抗弯节点处理费用相对较高。

钢筋混凝土框架结构按施工方法的不同，可以分为以下四种。

（1）梁、板、柱全部现场浇注的现浇框架。

（2）楼板预制，梁、柱现场浇注的现浇框架。

（3）梁、板预制，柱现场浇注的半装配式框架。

（4）梁、板、柱全部预制的全装配式框架。

2、框架特点（1）框架结构的位移特点在水平荷载的作用下，框架结构将产生较大的侧向位移，侧移一般由以下两部分组成：（1）由水平力所引起的倾覆力矩，使得框架结构产生的整体弯曲变形，即柱子的轴向拉伸和压缩所引起的侧移；（2）由水平力所引起的楼层剪力，使得框架结构产生剪切变形，即框架整体受剪，层间梁、柱杆件发生弯曲而引起的水平位移。

框架结构属于柔性结构，侧移主要表现为整体剪切变形。

当框架结构房屋的层数不多时，其侧移主要表现为整体剪切变形，整体弯曲变形的影响很小。

（2）框架结构的优点框架结构内部比较空旷而且建筑平面布置灵活，可以做成具有较大空间的会议室、餐厅、办公室、实验室等，同时便于门窗的灵活布置，立面也可以处理得富于变化，可以满足各种不同用途的建筑的需求。

（3）框架结构的缺点框架结构的构件截面较小，抗侧刚度较小，在强震作用下结构的整体位移和层间位移都比较大，这对结构构件以及非结构构件都是不利的，容易加重震害。

框架结构的节点内力集中，受力非常复杂，是结构抗震设计的关键部位。

另外，由于框架结构的受力特性和抗震性能的限制，使得他的适用高度受到限制，一般不宜超过60m。

3、应用实例宜兴城东新区最近出现两个巨大的弧形拱塔，有十八层楼那么高。

宜兴建设局办公室证实，这是宜兴迄今为止投资最大的桥梁工程的主体骨架，宜兴首座钢结构斜拉桥荆邑大桥主体工程日前完工。

这两个巨大的弧形拱塔位于宜兴体育中心穹顶建筑群的附近，两个拱塔相互倾斜，形成了一个巨大的X形，远看起来具有鲜明的现代感。

荆邑大桥工程于08年6月中旬动工，总投资1.78亿元。

桥梁全长544.5米，跨越城南河、大溪河及溪隐小岛。

两个巨大的钢结构弧形拱塔构成了桥梁的主体部分，主拱塔高73.6米，相当于18层楼的高度，副拱塔高61.7米，相当于15层楼的高度。

荆邑大桥是宜兴目前已知的造价最高、桥面最宽的桥梁，也是国内第一座采用X形结构布置的斜拉桥。

四、实验分析及装置和测试方法1、剪力墙结构分析由墙体承受全部水平作用和竖向荷载的结构体系成为剪力墙结构体系。

一般情况下，剪力墙结构均做成落地形式，但是由于建筑功能及其他方面的要求，部分剪力墙可能不能落地，如下图2.1所示，即为此类部分框支剪力墙结构。

图2.1 部分框支剪力墙结构立面布置示意图剪力墙结构按照施工方法的不同，可以分为以下三种：（1）剪力墙全部现浇的结构；（2）全部用预制墙板装配而成的剪力墙结构；（3）部分现浇、部分为预制装配的剪力墙结构。

2、剪力墙特点分析（1）剪力墙结构的侧向位移特点在承受水平力作用时，剪力墙相当于一根悬臂深梁，其水平位移由弯曲变形和剪切变形两部分组成，在高层建筑结构中，框架柱的变形以剪切变形为主，剪力墙的变形以弯曲变形为主，其位移曲线呈弯曲性，特点是结构层间位移随楼层的增高而增加。