4.1 概述
一、何谓高层建筑？ 1、《 高层民用建筑设计防火规范》GB50045—95中规定：10层10层以上的居住建筑和超过24m高的公共建筑为高层建筑。 2、《钢筋混凝土结构技术规定》JGJ3—2002中规定：“本规程适用于10层及10层以上或房屋高度超过28米的高层民用建筑”。按此规定即10层起算高层建筑。
3、我国《民用建筑设计通则》JGJ37—87规定：建筑高度超过100m时，不论住宅建筑还是公共建筑均为超高层建筑。
4、建筑高度：指建筑物室外地面到其檐口或屋面面层的高度。 二、高层建筑分类
1、联合国教科文组织所属世界高层建筑委员会建议按高层建筑的高度分成四类： 第一类： 9—16层 (最高到50m) 第二类： 17—25层 (最高到75m) 第三类： 26—40层 (最高到100m) 第四类： 40层以上 (即超高层建筑) 2、按功能要求分类 （1）高层办公楼， （2）高层住宅； （3）高层旅馆； （4）高层商住楼； （5）高层综合楼； （6）高层科研楼； （7）高层档案楼； （8）高层电力调度楼。 3、按体型分类
（1）板式高层建筑（板楼的户型应该是南向面宽大，而进深短，南北通透的格局。在南北开窗的情况
下，可以通过自然通风形成对流。而目前市场上有许多所谓板楼的户型却达不到南北通透，甚至有的板楼还有纯北向户型。这与塔楼其实没有太大区别。有的户型虽然做到了南北通透，但进深却达到了17米，甚至更大，使室内出现了暗厅。这样板楼通风采光效果都大打折扣。）
（2）塔式高层建筑
三、高层建筑发展的原因
(1)18世纪末的产业革命，使工业迅速发展，人口向城市集中，造成用地紧张，建筑向高度发展。
(2)从城市管理及规划角度看，城市建筑向高度发展，可缩短各种工程管线、道路长度。 (3)高层建筑增加了建筑的密集度，缩短了各部门相互间的距离，使横向和坚向联系结合起来。
（4）在相同的城市占地面积下，高层建筑可节约用地，提供更多的地面空间供化和绿化使用，改善了城市小气候。
（5）由于科学技术的发展，提供了轻质高强的建筑材料，各种水、暖、电的现代化设施，与先进的施工技术及施工机械、为高层建筑的发展奠定了物质基础。
（6）各种现代建筑思潮为高层建筑提供了理论依据。从城市空间组合和城市环境需要考虑，建造一定数量的高层建筑，对丰富建筑造型和改善城市面貌能起到有益的作用。 世界高层建筑排行榜：（东京天空树，电视塔，在建，2011年完工后将达到634米。） 迪拜塔（哈利法塔）（828） 台北101（508）
上海环球金融中心（492）
广州电视观光塔（总高610，主体454，天线桅杆156） 马来西亚石油双塔大厦（452） 芝加哥西尔斯大厦（443） 上海金茂大厦（421） 香港国际金融中心（415） 广州中信广场（391） 深圳地王大厦（384） 纽约帝国大厦（381） 香港中环广场（374）
4.2 高层建筑结构体系
一、受力特征
1、计算模型：竖向悬臂梁（梁的一端为不产生轴向、垂直位移和转动的固定支座，另一端为自由端，可以产生平行于轴向和垂直于轴向的力。） 2、与多层和低层建筑相比： 多层和低层建筑——竖向荷载； 高层建筑——水平荷载。
3、要求：足够的承载力，足够的抗推刚度。小震不坏，大震不倒。（延性——塑性变形能力） （抗剪能力：即是楼房抵抗剪切破坏的极限能力，其数值等于剪切破坏时滑动的剪应力。通俗点说，抗剪
是指材料抵御沿某一特定截面(剪切面)作用的大小相等,方向相反,且力的作用线相隔很近的外力(剪力)的能力.这个例子最典型就是去工地看工人把市场采购来的钢筋,用特制的海剪,裁成一段段施工需要长度的钢筋。
抗弯强度：在试件的两支点之间施加载荷，至试件破坏时的单位面积载荷值。
延性：是材料在拉力作用下不折断而经受恒久变形的能力。展性是材料在压力作用不折断而经受恒久变形的能力。）
二、常用结构体系 （一）基本体系 1、纯框架体系
▲结构持征、优缺点和适用范围
纯框架体系是指竖向和水平承重结构全部由框架（柱、梁）组成。在水平荷载下，本体系强度低、刚度小、水平位移大，称为柔性结构体系。 纯框架体系在高烈度地震区不宜采用。目前主要用于10层左右住宅楼及办公楼。框架体系因只有框架柱承重而形成较大的灵活空间，使建筑平面布置不受限制。 ▲类型（根据楼板布置的不同）
横向框架体系；纵向框架体系；纵横向框架体系 ▲柱网尺寸
框架梁跨度通常在4—9m之间。梁截面高度（h）可以根据梁的跨度（L）进行估算，一般h=(1/15—1/10)L。梁宽度b=(1/2 —1/3)h。 2、纯剪力墙体系
▲结构特征、优缺点及适用范围
纯剪力墙体系，是指该体系中竖向承重结构全部由一系列横向和纵向的钢筋混凝土剪力墙所组成，这种体系侧向刚度大、侧移小，称为刚性结构体系。（剪力墙不仅承受重力荷载，还承受风、地震等水平荷载。）
剪力墙通常为横向布置，间距小，约为3—6m，因此平面布置不灵活，仅适用于小开间的高层住宅、旅馆、办公楼等。 ▲剪力墙的结构布置 横向布置剪力墙：楼板支承在横墙上，横墙间距即楼板的跨度，通常横墙的间距为3—6．6m，
这种布置方式刚度较好，但空间小，多用于住宅、旅馆等。
纵向布置剪力墙：楼板支承在纵墙上，根据建筑物的宽度可布置2—4道纵墙。这种布置方
式的缺点是建筑物的刚度较差，但空间较大。
纵横向布置剪力墙：大梁支承在纵墙上，板支承在横墙上。在塔式高层建筑中，由于建筑平
面纵横两个方向长度差别不大，采用此种方式较合理。
广州白天鹅宾馆主体成斜面组合体，标准层平面为腰鼓形。共34层，每层有40间客房。公共部分（裙房）临江水布置。其结构形式为剪力墙结构。总高l03m。 ▲布置要点
①剪力墙沿竖向应贯通全高，墙厚可逐渐减小，以防刚度突变而造成应力集中。 ②尽量减少墙上洞口的宽度，增大上、下洞口之间连系梁的高度。 ③上下洞口应尽量对齐，布置匀称成列。 3、筒体体系
▲ 结构特征、优缺点和适用范围
筒体结构由框架或剪力墙围合成竖向井筒。并以各层楼板将井筒四壁相互连接起来，形成一个空间构架。
筒体结构比单片框架或剪力墙的空间刚度大得多，在水平荷载作用下，整个简体就象一根粗壮的拔地而起的悬臂梁把水平力传至地面。
筒体结构不仅能承受竖向荷载，而且能承受很大的水平荷载，另外，简体结构所构成的内部空间较大，建筑平面布局灵活，适用于各种类型的高层建筑，尤其在地震区更能显示其优越性。
▲筒体结构的类型
实腹式筒体：由剪力墙围合成的筒体称为实腹式筒体或者叫做墙式筒体；
空腹式筒体：由密集立柱围合成的筒体则称为空腹式筒体，或者叫框架式筒体(简称框筒)。 根据筒体的数目多少和布置方式的不同又可分为单筒、筒中筒和束筒三种类型。 ▲筒体结构布置要点
＠平面形状：有方形和矩形，也可以采用圆形、椭圆形、三角形、多边形等形式。
＠矩形平面的筒体长短边之比不宜大于1.5，空腹式筒体的立柱间距不能太大，否则会影响筒体的整体性，常用的柱距不宜大于3m，个别可扩大到4.5m，但一般不应大于层高。 ＠横梁高度在0.6—1.5m左右。
＠为了保证筒体的整体工作，开窗面积不宜大于整个墙面的50％。
＠为了使筒中筒结构的内外筒共同工作，内筒的长度L1不应小于外筒长度 L的三分之一。同样，内筒的宽度Bl不应小于外筒宽度B的三分之一。 （二）体系组合
1、框支剪力墙
▲结构特征及适用范围
建筑上部为客房、住宅等小房间，底部为商场、门厅、地下车库等大空间，因此，建筑上部采用剪力墙结构，下部采用框架体系来满足建筑功能对空间使用的要求。 实例——北京昆仑饭店
饭店建于1986年，建筑面积59377m2，978间客房，标准层平面为横s形，见图示。主楼建筑共26层，其中地下室两层，系框支剪力墙结构。三层以上的剪力墙间距为4 . 5m，一、二层为框支剪力墙，有四处的落地剪力墙的间距扩大至9m。 2、框架——剪力墙体系
▲结构特征、优缺点和适用范围
在框架体系中适当布置能抵抗水平推力的剪力墙体，并与框架连接而形成的结构体系。房屋的竖向荷载由框架柱和剪力墙共同承担，而水平荷载则主要由刚度较大的剪力墙来承受。 ▲结构布置要点
＠地震区，剪力墙应沿房屋纵、横两个力向布置，非地震区，仅沿横向布置剪力墙。
＠剪力墙宜对称布置，设在建筑物端部、平面形状变化(如楼梯、电梯口两侧)及静载大的部位。
＠剪力墙中心线应与框架柱截面中心线重合，并使剪力墙与柱布置在一起形成“门、L、T、一”字形。
＠剪力墙的间距和数量要适当，保证剪力墙能够承担70%一90%的水平力。 ＠每个方向剪力墙的布置均应做到：分散、均匀、周边、对称四准则。 实例——合肥中国银行大厦
合肥中国银行，建筑面积l 7200M2，塔楼高22层，总高73米，裙房高三层，框剪结构体系。大楼设集中空调，形式庄重大方，新颖典雅。 3、框架——筒体体系 组成：框架+筒体 结构特征：
筒体——承担大部分水平荷载；
框架——承担部分水平荷载和垂直荷载。 ▲类型
核心筒框架体系 多筒框架体系 4、筒中筒体系
含义：有两个及两个以上的筒体内外嵌套所组成的结构体系称为筒中筒体系。 类型：二重筒体系和三重筒体系。
适用范围：内部空间大，抗侧力性能好，适用办公、旅馆等超高层建筑。 5、束筒（组筒）结构体系
含义：由二个及二个以上框筒并列连接在一起的结构体系。 特点：
＠束筒中的每一个框筒单元，可以是圆形、方形、矩形、三角形、梯形、弧形或其他任何形状，而且每一个束筒都可以根据实际需要，在任何高度终止，而不影响整个结构体系的完整性；
＠和框筒体系比较，束筒体系在抗弯能力、抗剪能力和侧向刚度方面均得到较大提高，而且，束筒体系建筑设计更加灵活，应用范围更广。 适用范围：高烈度区110层以下的高层建筑。
▲实例——希尔斯大厦
美国芝加哥的希尔斯大厦是世界上最高的全钢结构建筑，它高443米，110层，建筑面积413800平方米，成束筒结构，它的标准楼层是由9个单元筒组成，随建筑高度的增加，各筒在不同高度上终止。保持世界最高22年。
（试分析高层建筑各种结构体系的特点，说明其适用范围。
4.3 高层建筑外墙构造
外墙特点：
①花费大，费用占土建总造价的30%~35%，有的甚至高达50%。 ②保温隔热和防风雨的要求高。（常年室内空调，抵御高空气候变化大） ③采用质轻壁薄的材料和高档饰面材料。（美观、耐久性、减轻建筑物自重的要求） ④多采用标准化、定型化、预制装配等构造方式。（减少现场作业量，加快施工速度） 外墙类型：根据构造方式和支承方式不同（一般为非承重墙，重量由主体结构支承） ①填充墙（人工砌筑，取材容易，造价较低，用于层数不多的高层建筑。） ②幕墙（板型材悬挂于主体结构） 幕墙特征：不承重，承受风荷载 幕墙类别：按材料不同划分
轻质幕墙（玻璃幕墙、金属板材幕墙、纤维水泥板幕墙、复合板材幕墙等） 重质幕墙（钢筋混凝土外墙挂板、石材幕墙等） 一、玻璃幕墙
分类：按构造方式分：有框（明框和隐框）、无框 按施工方法分：现场组装（构件式幕墙）、预制装配（单元式幕墙） 1、 构件式玻璃幕墙构造（金属边框、玻璃、填充层、内衬墙） 金属框断面 玻璃
热工性能：考虑吸热玻璃（加入氧化物，透过可见光，阻止带热量的红外线）、反射玻璃（在
玻璃一侧镀反射膜）、中空玻璃等。
安全性能：考虑钢化玻璃、夹层玻璃、夹丝玻璃等。 明框幕墙的玻璃安装（镶嵌）
密封层主要防水，现注式和成型式，橡胶密封料。
密封衬垫主要隔离，用合成橡胶等黏结性不大而延伸性好的材料。
2、单元式玻璃幕墙构造（型材加工、镶装玻璃、嵌条密封等工序都在工厂进行） 幕墙定型单元
幕墙板的安装与固定 幕墙板之间的接缝构造
3、无框式玻璃幕墙（全玻璃幕墙）构造（钢化玻璃和夹层玻璃） 肋玻璃和面玻璃交接方式
玻璃的固定方式（上部悬挂式——4m；下部支承式）
4、点支承玻璃幕墙（玻璃面板、点支承装置、支承结构） 点支承玻璃幕墙示意 支承结构示意图 二、铝板幕墙
按铝板种类分为：蜂窝铝板幕墙、单层铝板幕墙、铝塑复合板幕墙
4.4 高层建筑的楼梯、电梯和防火要求
一、楼梯
为什么在高层建筑中仍然需要设置楼梯？
作用：①方便下层用户和层间用户短距离交通联系；
②正常情况下辅助垂直交通设施，紧急情况下，作为主要安全疏散通道。 要求：①符合《高层民用建筑设计防火规范》的要求； ②接近电梯厅； ③有双向疏散出口；
④疏散楼梯在竖向及各层位置不变，能上能下，底层要有疏散的出入口。 楼梯设计要点：
①为保证高层民用建筑在正常情况下和非正常情况下的使用要求，每个防火分区的安全出口不应少于两个；
②安全出口之间的距离不应小于5m。
疏散楼梯
定义：指具有足够防火能力并作为竖向疏散通道的室内或室外楼梯。 类型：
①封闭楼梯间：用耐火构件分隔，能防止烟和热气进入的楼梯间，设能防止烟气进入的防火
弹簧门。
②防烟楼梯间：在封闭楼梯间的基础上设前室或阳台及防、排烟设施等。 ③室外疏散楼梯：用耐火结构与建筑物分隔，设在墙外的楼梯。
④开敞楼梯间：建筑内墙体（至少有一面外墙）等围护构件构成的无封闭防烟功能，且与其
他使用空间相通的楼梯间。
防烟楼梯间
设置条件：一类建筑和建筑高度超过32m的二楼高层建筑以及超过11层的通廊式住宅、超
过18层的单元式住宅、高层塔式住宅
设置要求：
①楼梯间入口处应设前室或阳台、凹廊等； ②前室面积公共建筑不应小于6㎡，居住建筑不应小于4.5㎡，若与消防电梯合用前室则不应小于10㎡（公共建筑）和6㎡（居住建筑）。 ③楼梯间的前室应设防烟、排烟设施。
④通向前室和楼梯间的门均应设乙级防火门，并应向疏散方向开启。 封闭楼梯间
设置条件：高层建筑裙房以及建筑高度不超过32m的二类高层建筑；12～18层的单元式住
宅；11层及11层以下的通廊式住宅。
设置要求：①封闭楼梯间应靠外墙，并能天然采光和自然通风，以利排烟； ②不能直接天然采光和自然通风时，应按防烟楼梯间规定设置； ③楼梯间应设乙级防火门，并向疏散方向开启。 二、电梯 类型：
按使用性质分：客梯、货梯、消防电梯 按行驶速度分：
高速电梯（消防电梯，大于2.5s） 中速电梯（货梯，小于2.5s）
低速电梯（运送食物的电梯，小于1.5s） 电梯布置原则：
①适当集中，以使对各层和层间的服务半径均等； ②分层分区，各电梯有其规定的服务层，使服务均等。超高层建筑中，要将电梯分为高、中、低层运行组。
③主要通道要与电梯厅分隔开，以免相互干扰。
④电梯的设置首先要考虑安全可靠，方便用户，其次才是经济。 电梯厅的位置：
在建筑物平面中心；在建筑平面的一侧或两侧；在建筑物平面基本体量以外。 消防电梯
特性：①具备完善的消防功能
②双路电源
③具有紧急控制功能 ④轿厢顶部设有紧急出口
设置条件：一类公共建筑、塔式住宅、12层及12层以上的单元式住宅和通廊式住宅、高度
超过32m的其他二类公共建筑。
设置要求：
①根据每层建筑面积大小设置消防电梯数量，不大于1500㎡时设一台，大于1500㎡时设两台，大于4500㎡时设三台。
②消防电梯应设前室，其面积居住建筑不小于4.5㎡；公共建筑不小于6㎡，若与防烟楼梯合用时居住建筑不小于6㎡；公共建筑不小于10㎡。
③消防电梯井、机房与相邻电梯进、机房之间均应采用耐火极限不低于2h的墙隔开，如果在隔墙上开门，应设甲级防火门。
④前室应采用乙级防火门或具有停滞功能的防火卷帘。 ⑤井底应设排水设施。
⑥消防电梯的行驶速度，应按从首层到顶层的运行时间不超过60s计算确定。 ⑦轿厢内应设专用电话，并应在首层设供消防员专用的操作按钮。 三、高层建筑的防火设施
基本要求：要有消、防结合的防火系统，以“防”为主，以“消”为辅，在火灾发生前，积
极预防，火灾发生后要有防止火势蔓延和便于扑救的有效措施。
防火设施：
1、自动报警系统：通过烟感器或温感器自动喷洒和气体消防系统的报警信号，以及自动报
警的信号输入中央控制室。
2、设置避难层：
设置要求：①高度超过100m的公共建筑，应设置避难层（间）。
②首层到第一个避难层或两个避难层之间，不宜超过15层。 ③避难层净面积按5人/㎡计算。 ④避难层可兼做设备层。
⑤避难层应设消防电梯出口，并设消防专用电话。
3、直升飞机停机坪
设置要求：①高度超过100m，且标准层面积超过1000㎡的公共建筑，应设置屋顶直升飞机
停机坪。
②必须避开高出屋顶的设备机房、电梯机房、水箱间、共用天线等突出物，并保证与其距离不小于5m。
③停机坪为圆形时，其直径应为D+10m，D为飞机旋翼直径，如为矩形，则短边宽度应不小于机身长度。
④停机坪周围设800～1000mm高的安全护栏。
⑤通向停机坪的出口应不少于2个，每个宽度不小于0.9m。 ⑥停机坪的适当部位应设消火栓。
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