ComponentsofABuildingandTallBuildingsMateriaalsaandsstruccturaalfoormsarecombbineddtomakeeupthevariiousparttsoffabbuildding,,inccludiingtthelload--carrryinggfraame,skinn,flloorss,anndpaartittionss.Thhebuuildiingaalsohasmechhaniccalaandeelecttricaalsyystemms,ssuchaseelevaatorss,heeatinnganndcooolinngsyystemms,aandllighttingsysttems..Thhesuupersstrucctureeisthattparrtoffabbuilddingabovvegrroundd,anndthhesuubstrructuureaandffounddatioonissthaatpaartoofabuilldinggbellowggrounnd.Theskyyyscrrapperowwesittseexiisteenccettotwooddeveeloopmeenttsoofthee119thhccentturry:stteellsskellettoncoonsttruuctiionnanndtheeppasssenngerreelevvattor..SteeellassaacoonsstruucttionnmmateeriialdaatessffrommttheinntrooduuctiionnoffttheBeesseemeercconnverrteeriin18885..GusstaaveEiiffeel(188322-199322)iinttrodduccedstteellcconsstrructtiooniinFraancce.HiisddessignnsforrttheGaalerrieedeesMacchiinessaandthheTTowwerfoorttheePaariisEExpposiitiionoff188899exxprressseddthheligghttnesssofthhessteeelfrrameewoork..TheeEEifffellTooweer,9884ffeeet((3000mmetterss)higgh,,waastheettalllesstsstrructturrebbuiiltbyymaananddwwasnootssurrpassseeduunttil400yeearrsllatterbyyaseerieesofAmmeriicaansskyyscrrapperss.ThefirrrstellevaatoorwwassinnsttallleddbyyEElisshaaOttissinnsttallleddthhefirrsttellevvatoorinadepparrtmeenttsttorreiinNewwYYorkkiin118557.IIn18889;;EiifffelinnstaallledthheffirrstellevaatoorsonnagrranddsscalleinthheEEifffellTToweer,,whhossehhyddrauuliiceeleevattorrsccouuldtrransspoort2,,3500ppasssenngerrstothhessummmitteeverryhouur..Load-CaaarryyinngFFraame..UUntiiltheellatee119thhccentturry,thheeextteriiorrwaalllsoofabbuiildiinggweereeusseddassbbearrinngwwalllstoosuuppporttttheflloorrs..Thhisscoonsstruucttionniiseesssenttiaallyyaapoosttanndlinnteelttyppe,anndiitissttillluuseddiinffraamecoonsttruuctiionnfoorhouusees.Beeariingg-waalllcoonsstruucttionnllimiiteedttheeheeigghtoffbuuilldinngssbeecaauseeoofttheeennorrmouuswalllthiickknesssreqquiired；Foriinsttannce,,tthe166-sttorryMMonnadnnocckBBuiildiinggbuuilltiinthee11880’sinnChiicaagohaadwwallls5feeet(1..5metterrs)thhickkaatttheelooweerfflooorss.In18883,,WWillliaamLLeBarronnJennnney(118322-119077)supppoorteedflooorrsooncasst--irooncollummnstoofoormmacaage--liikecoonsttruuctiionn.SSkeelettonncoonsstruucttionn,connsiistiinggoffssteeelbeaamssanndcollummns,,wwasfiirsttuuseddiin118889.Assacoonseequuencceofskkeleetooncconnstrrucctioon,,thheenccloosinngwalllssbeecoomea“curttaainwaall”ratthherthhanseerviinggasuuppoorttinggffuncctiion..MMasoonrrywwassthhecurrtaainwaallmaaterriaaluunttilthhe119330’s,wwhhenliighttmmetaalanddgglassscurrtaainwaallsswwereeuusedd.Aftterrthheinttrooducctiionoffbuuilldinngsscoonttinuueddtooiincrreaaseraapiddlyy.AlltallllbbuiildiinggswwerrebbuiiltwiithaskeeleetonnoofssteeelunntillWWorlldWarrⅡ.Afftterthhewwarr,ttheeshhorrtaggeofstteellaandthheiimpprovveddquuallityyoofcconncreeteeleedtotaallbuuilddinngbbeiingbuuilttoofrreiinfoorccedcooncrrette.MaarinnaTowwerr(119662)innChhiccagooiisttheetaalllesttcconccreetebuuilddinngiintheeUUnitteddSttattes；Itshheigghtt—588ffeett((179mmeteerss)—iseexxceeedeedbbythee6650--fooot(1198--meeterr)PosstOffficceTTowwerinnLoonddonanndbbyothherrtooweers..Achangggeiinatttittudeeaabouutskyysccrapperrcoonsstruucttionnhhasbrrougghttareeturrntothheuuseeofftthebeeariinggwaalll.IInNewwYYorkkCCityy,theeCColuumbbiaBrroaddcaastiinggSyysttemBuuilddinng,deesiggneedbbyEerroSaaariinenniin119662,haasaapperiimeeterrwwalllcconssisstinngof5--fooot(1..5mmeteer))wiideecoonccrettecollummnssppaceed10feeet(33meeteers))ffrommccoluumnnceenttertooceentter..TThisspperiimeeterrwwalll,inefffecct,,coonsstittuttesabeaariingwaall..OOnereeasoonforrtthissttrenndisthhatsttifffneessaggainnsttthheacttioonoofwinndcannbbeeecoonommiccalllyobttaiineddbbyuusiingthhewwalllsofftheebuiilddinggaasaattube；theeWorrlddTrraddeCCennterrbbuilldiingissannottherreexammplleoofthiistubbeappprooachh.Incoontrrasst,riigiddfframmessorrvvertticcaltrrusssessarreusuualllyprroviideedttogivvelatterralsttabiiliity..Skin.Theesskinnoofaabbuilldiingcoonsiisttsoofbotthtraanssparrennteeleemenntss(wwinndowws))anndopaaquueeeleemenntss(wwallls)).Winndoowsarrettraadittioonalllyygllasss,allthoougghpplaastiicssarrebeiinggussedd,eesppeciialllyinnscchooolsswwherrebreeakkageeccreaateesaammainnteenannceeprrobblemm.Theewwallleelemmennts,,wwhicchareeuuseddttoccovverthhesstrructturreaanddarresupppoorteedbyitt,aareebuuilltoofavvarriettyofmaaterriaals::bbricck,,prreccasttcconccreete,,sstonne,,oppaqquegllasss,plaastticss,steeell,aanddallumminuum..Woooddissuuseddmmainnlyyinnhhousseconnsttrucctiion；Itiisnnottgeeneeralllyyusseddfoorcommmeerciiall,iinddusttriial,,oorppubbliccbbuilldiingbeecauuseeofftthefiirehaazarrd..Floors...Thhecconnstrrucctioonofthhefflooorssiinaabbuilldiingdeepenndssonntthebaasiccsstruuctturaalfraameethhattissuusedd.Instteellsskellettoncoonsttruuctiionn,fflooorssaareeiitheerslaabssoffcconccreetereestiinggonnssteeelbeaamssorraadeeckkcoonssisttinngoofcorrruugatteddstteeelwwitthaacconccreetetooppiingg.IInconncrreteecconsstrructtioon,thhefflooorssaareeiitheerslaabssoffcconccreeteonncoonccrettebeaamssorraaseeriiesoffcllosselyysspacceddcoonccrettebeaamss(rribbs)inntwwodirrecctioonsstoopppedwiithathiinconncrreteesslabb,givvinngttheeapppeearaancceoofawwafffleeooniitssunndeersiidee.TTheekiinddofffflooorthaatisusseddeepenndssonntthesppanbeetweeennsuuppporttinngccollumnnsorwaallssaandthheffunnctiionnofftthesppacee.Inannapparrtmeenttbuuilldinng,,foorinsstaancee,wheereewaalllsaanddcooluumnssaaresppaceedat122too118ffeeet((3..7tto5.55mmeteerss),thhemmosstppoppulaarconnsttrucctiionissasooliddcconccreetesllabwiithnoobeeamms.Thheuundderssiddeooftheesslabbsservvessassttheceeiliinggfoortheesspaccebellowwitt.Corrruugatteddstteeelddeccksarreoofttenussedinnofffiicebuuilddinngsbeecauuseethhecorrruugattioons,,wwhenneencllossedbyyannottherrssheeetofmeetall,forrmducctssfoortellepphonneanddeelecctrricaallinness.MechaniiicallaandEllecttriicallSSysttemms.Amodderrnbbuiildiinggnootonllyconntaainsstthesppaceefforwhhichhiitiisinttenndedd((offiicce,cllasssrooom,,aaparrtmmentt)buttaalsoocconttaiinsanncilllaarysppaceefformeechaaniicallaandellecttriicallssysttemmstthaathhellpttoprooviideacommfoortaablleeenvviroonmmentt.Theeseeannciillaaryysppaccesinnaskkysccraaperrooffiiceebuuilldinngmayycconsstiitutte25%%oofttheetootaalbbuiildiinggarreaa.TTheeimmpoortaancceoofheaatiing,,vventtillatiingg,eeleectrriccal,,aandpllumbbinngssysstemmsinannofffiicebuuilddinngiisshoownnbyytthefaactthhat400%ooftheecconsstrructtioonbbuddgettiisaalllocaateedttotheem..Beecaauseeoofttheeinncrreasseddusseofseealeedbuiilddinggwwithhwwinddowwstthaatccannnottbbeoopeenedd,elaaboorattemecchaaniccallsyysttemssaareprroviideedfforrveenttilaatiionanndaairrcoondditiionningg.Ducctssanndpippesscaarrryffreeshaiirffroomccenntraalfannrroommsanddaaircoondiitiioniinggmaachhineeryy.TTheeceeillingg,whiichhissssusppenndeddbbeloowtheeuuppeerflooorrcoonsstruucttionn,connceealssttheduuctwworrkaanddcoonttainnstheellighhtiingunnitss.Eleecttriccallwiiriingfoorppowweranndfforrteeleephooneecoommmuniicaatioonmayyaalsoobbelloccateedinthhisceeiliinggsppacceoormayybbebburrieddiinttheefllooorcconnstrrucctiooninpiipessoorcconnduiitss.Therehhhaveebbeennaatteempptstooinncoorpooraatethhemmecchanniccalanndeeleectrriccalsyysteemssinntoothhearcchiitecctuureoffbuuilldinngbyfrrankklyyexxprresssinngttheem；Forrexaampple,,ttheAmmeriicaanRReppublliccInnsuurannceeCoomppanyyBBuilldiing(119655)inDeesMMoiiness,Iowwa,,exxpoosessbbothhttheduuctssaandtthhefflooorsttrucctuureinnannoorgaaniizeddaandellegaanttpaattternnaanddiispeensseswiiththhessusspenndeedcceiilinng..Thhisstyypeeoffaapprroaachmaakessiitpposssibbleetoorreduuceethhecosstofthhebbuiildiingganndperrmiitsinnnovvattionns,,suuchhassiinttheesppannofftthesttrucctuure..SoilsaaandFoounddattionns..Alllbuiilddinggaaresuuppoorttedonnthhegroounnd,anndttheerefforrettheenaatuureoffthhesoiilbeccommesannexxtrremeelyyimmpoortaanttcoonssideeraatiooninthheddessignnoofaanyybuuilldinng..Thhedessiggnoofaffouundaatiiondeepenndssonnmmanyyssoillffacttorrs,suuchasstyypeeoffssoill,soiilstrrattifiicaatioon,,thhicckneesssoffssoillllaveerssanndtheeirrcoomppacttioon,anndggroounddwaaterrcconddittionns..Sooillsrrarrelyyhhaveeaasiingglecoompoosiitioon；Theeyygeeneeralllyyarremixxtuuressiinllayyerssoofvvarryinngthiickknesss..Foorevaaluuatiionn,ssoiilsarreggraadeddaaccoorddinggttopparrticcleesiizee,whhiichinncreeassesfrromsiilttoocllayytoossanddttoggraavellttorrocck.Inngeeneerall,theellarggerrpaartticllesoiilsswiilllsuuppportthheavvieerlloaadsthhanthhessmaalleeronees..Thheharrdeestroockcaanssuppporrtloaadssupptto11000toonsspeersquuarreffooot(99766.5meetriictonns//sqmeeterr),,buuttheessofteesstssilltccannsuuppporttaalooaddoffoonlyy00.255ttonpeerssquuareeffoott(22.444mmetrricctoonss/sqqmmeteer)).AAlllsooillsbbenneatththeessurffacceaareeinnaasttatteoofcommpaactiionn；thaattiss,theeyareeuundeerappreessuureethhattisseequaaltothhewweiighttoofttheesooillcooluumnabboveeiit.Maanysooilss(excceeptfoormmosstssanndsanndggavvelss)exhhibbitellastticcprropperttiees—theyydefforrmwwheenccommpreesssedunnderrlloaddaandreebouunddwhhennthheloaadisreemovvedd.TTheeellassticcittyoofsoiilssissoofteentimme--deppenndennt,,thhattiss,defforrmattioonsoffthhesoiilocccurrovverraleengtthoftiimewhhichhmmayvaaryfrrommiinuttesstooyyearrsaftterralooadissimmpoosedd.Oveerapperrioddoofttimme,abuiilddinggmmayseettlleifittimmpoosessaalooaddonntthesooilgrreatterrthhannthhenatturralcoompaacttionnwweigghttofftthesooil..CConvverrselly,,abuuilddinngmmayyheeavveiifitimmpossesslooaddsoontheessoillssmallleertthaanttheenaatuurallccomppacctioonweiighht.Thhessoiilmmayyallsoofllowwunndeerttheeweeigghtoffabuuilddinng；Thaattiss,itteendssttobbesquueeezeddoout..Duetobotththeeccomppacctioonanddfflowweeffeectts,buuilddinngsteendseettlle..Unnevvenseettllemmentts,,exxemmpliifiiedbyythheleaaniingtoowerrsinPiisaanndBBollognna,,caanhavvedammagginggeeffeectts—thebbuilldiingmaaylleaan,waallssaandpaartiitiionssmmaycrrackk,winndoowsanndddooorsmaaybbeccomeeiinopperratiivee,aandd,iintheeeextrremme,abuiilddinggmmaycoollaapsse.Unnifoormmseetttlemmenntsarrennottsoosseriiouus,allthoouggheexttremmeconndiitioonss,ssucchaasthooseeinnMMexiicooCiityy,ccannhaaveeseeriiousscconsseqquenncees.Ovverthheppasst11000yeearrs,achaanggeiintheeggrouunddwatterrleeveelttheerehaasccauuseddssomeebbuilldiingssttossetttleemmoreetthann110ffeeet((3metterrs)..BBecaaussessucchmmovvemeenttsccannocccuurddurringgaandaffterrcconsstrructtioon,caareffullannallysiisofthhebbehhaviiorroffssoillsundderrabuuilddinngiisvittall.Thegreeeatvaariaabiilittyofsooilsshhasleedttoavvarriettyofsooluttioonstoothhefouunddatiionnprrobblemm.Wheereefiirmmsooillexxisstsclloseettottheesuurffacee,theessimppleestsooluttiooniistoreestcoolummnssonnaasmmalllsslaaboofconncrretee((spreeaadffoootinng)).WWheerethhessoiiliissoffteer,ittissnneceesssaryyttossprreaddtthecoolummnloaadoveeraggreeateerareea；intthhiscaase,,aacoonttinuuouussslaaboofconncrretee(rrafttoormmatt)uundderthhewwhoolebuuilddinngiisuseed..Innccaseeswheereethhesoiilneaartheessurffacceiisunaabllettosupppoortthhewweiighttoofttheebuuilldinng,,piileesoofwoood,,stteeel,oorrcoonccretteareeddrivvenndoownntooffirmmssoill.Theconnnstrrucctioonofabuiilddinggpprocceeedsnaaturralllyfrromthheffouundaatiionupptootthesuuperrsttrucctuure..TThedeesiggnprooceess,,hhoweeveer,prroceeeddsffroomttheeroooffdoownntootthefoounddattionn((intthheddirrecttioonoofgraaviity)).Inthheppasst,thheffouundaatiionwaasnnottsuubjjecttttossysstemmatticinnvesstiigattioon.Asciienntifficcappprroacchtothheddessignnoofffouundaatiionsshhasbeeendeevelloppedinnthhe20tthcenntuury..KKarllTTerzzagghioffthheUniiteedSStaatessppionneeereddsstuddieestthaatmmaddeiitposssiibleettommakkeaacccuraateeprreddicttioonsoffthhebehhavviorroofffouundaatiionss,usiinggthhesciiennceoffsooillmeechhaniicsscoouppleddwwithheexpllorratiionnanndtesstiingprroceeduuress.Fouunddatiionnfaaillureesofthheppasst,suuchassthheclaasssicaalexaamppleoffthheleaaniingtoowerriinPPissa,haavebeecommealmmosstnnonnexiisttentt.Fouunddatiionnssstiillarreaahhidddennbuutcosstllypparrtoofmannybuiilddinggs..Althouggghttheerehaavebeeenmaanyaddvannceemenntssinnbbuilldiingcoonsttruuctiionnteechhnolloggyiingennerral,,sspecctaacullarracchiieveemeentsshhaveebbeennmmadeeiinttheedeesiignanndcconnstrrucctioonofulltraahiigh--riisebuuilddinngs..Theearrrlydeevelloppmenntofhiigh--riisebuuilddinngsbeegannwwithhsstruuctturaalsteeellfrrammingg.Reiinfforcceddcoonccretteanddsstreesssed--skkintuubesyysteemsshaaveesiinccebbeeeneecoonommiccalllyanddccomppettitiiveelyussedinnanuumbeerofsttrucctuuressfforboothreesiddenntiaalanddccommmerrciaalpurrpoosess.Theehhighh-rriseebbuilldiingssrrangginngffroom550to1110sstoorieesthaatareebbeinngbuiilttallloveertheeUUnitteddSttattesarrettheereesuultoffinnnoovattioonsanndddevveloopmmenttoofnnewwsttruuctuuraalssysstemms..Greaterrrheeigghtenntaiilssinncrreasseddcooluumnanndbbeaamssizzestoomaakeebuuilldinngssmooreeriigiidssothaatundderrwiinddlooaddthheyywiilllnootswaaybeyyonndaanacccepptabbleeliimiit.Exxcesssiivelaaterrallswwayymaaycauuseeseeriioussrrecuurrringgddamaageetoopparttittionns,,ceeillinggs,,anndothherrarrchhiteectturaaldettaiils..IInaaddditiionn,eexccesssivvesswaaymmayycaausseddisscommfoorttoothheocccuppanttsofthhebbuiildiinggbeecaauseeoofttheeirpeerceepttionnoofssucchmmottionn.Strruccturrallsyysttemssoofrreiinfoorccedcooncrrette,assweelllassssteeel,,taakeefuullladdvaantaageeoffttheinnherrenntppottenttiaalsstiiffnnesssooftheettotaalbuiilddinggaandthhereefooredoonootreqquiireadddittioonallsstifffeeninngtoliimittttheswway..Inasttteellsstruuctturee,forreexammplle,thheeecoonommycannbbeddeffineedinteermssoofttheetootaalaaveeraggequaanttityyoofssteeelpeerssquuareeffoottooffflooorarreaoffthhebuiilddingg.Theeggapbeetweeennthheuppperrboounndarryanddttheloowerrbbounndaaryreepreeseentssttheprremiiummfooralllllateeraallloaads..TThegaapbbettweeentheeuuppeerbouunddaryyaandthhellowwerboounddarryrreppressenntsthheppreemiuumforrhheigghttfoortheettraddittionnallcooluumn--annd-bbeaamffraame..SStruuctturaalengginneerrshavvedevvellopeedstrruccturrallsyysttemsswwithhaaviiewwtooeelimminnatiinggthhissprremmiumm.Systemsssinnssteeel..Taalllbuuilldinngssinnssteeeldevvellopeedasaressulltoofsevverraltyypessoofsstrructturralinnnovvattionns..Thheinnnovvatiionnshhavvebbeeenaappplieedtothhecconnstrrucctioonofboothoffficceanddaaparrtmmenttbbuilldiingss.Frameswitthriggiddbeeltttrrusssess.Inorrderrttottieethheextterriorrccoluumnnsoofaffraamesttrucctuuretoothheintterriorrvvertticcaltrrusssess,aassysttemmoffrrigiidbellttruusssesattmiid--heiighhtaanddatttthetoopooftheebbuilldiingmaaybbeuseed..AgooodexxamppleeofftthissssysttemmissttheFiirsttWWiscconnsinnBBankkBBuilldiing(119744)inMiilwaaukkee..Framedtubbe..Thhemaxximmumeffficcieencyyoofttheetootaalsstrructturreoofattalllbbuiildiingg,fforrboothhsttreengtthanddsstifffnnesss,toreesisstwinndloaadcannbbeaachhievveddonnlyyiffaallcoolummneleemeentssccanbeecoonnnectteddtooeeachhootheerinsuuchawayytthattttheenntirrebuiilddinggaactssaasaahholllowwtuubeeorrrrigiidboxxiinpproojecctiingouutooftheeggrouundd.TThiispparrticcullarsttrucctuurallssysttemmwaasproobaablyyuuseddfforthheffirrsttiimeinnthhe43--sttoryyrreinnfoorceedconncrreteeDDeWiitttChhesstnuutApaarttmenntBuiilddinggiinCChiicaggo..Thhemosstsiggniificcanntuuseeofftthissssysttemmissiinttheetwwinnsttruuctuuraalssteeeltoowerrsofthhe11100-sttorryWWorrldTrradeeCCentterrbuuilldinnginNeewYYorrk.Columndiaagoonallttrussstubbe..Thheextterriorrccoluumnnsoofabbuiildiinggcaanbesppaceedreaasoonabblyyfaarapaarttanndyettbbemmaddettoworrktoggettherraasaattubeebbycconnnecctiingthhemwiithdiiagoonaalmmemmberrsintterrsecctiingattthhecennteerllinneooftheeccoluumnnsaanddbeeamms.ThhissiimplleyetteextrremmelyyeeffiiciienttssysttemmwaasuseedforrtthefiirsttttimeeoonttheeJoohnnHaanccockkCCentterrinnCChiccaggo,ussinggaasmmucchssteeelassissnnormmalllyneeedeedforraatrradditiionnal400-sttorrybbuiildiingg.Bundledddtuubee.WWitthttheecoonttinuuinngnneeedfforrlaarggeranndttalllerrbbuilldiingss,theefframmeddtuubeeorrtthecoolummn--diaagoonallttrussstubbemayybbeuuseediinabbunndleedforrmtocrreattelarrgeerttubbeeenvveloopeeswwhiilemaainttaiininnghiggheffficcienncyy.TThee1110--stooryySeearrsRRoeebucckHeaadqquarrteersBuuilddinngiinChiicaagohaasnninnettubbes,,bbunddleedaattheebbaseeoofttheebuuilldinnginthhreeerrowss.Sommeofthheseeiindiiviiduaaltubbessteermminaateeattddiffferrentthheigghttsooftheebbuilldiing,,ddemoonsstraatiingthheuunllimiiteedaarcchitteccturrallpoosssibiiliitieesofthhislaatesststrruccturrallcooncceptt.TheeSSearrstowwerr,aatahheiighttoof114550fft(4442mm),issthheworrldd’staalllesstbuiilddingg.Stresseeed-sskiinttubbessysstemm.Theettubeesstruuctturaalsyssteemwwassdeeveeloppeddfoorimpproovinngtheerresiisttanccetolaaterrallfoorcces(wwinddooreearrthqquaake))aandthhecconntroolofdrriftt((lateerralbuuilddinngmmovvemeentt)iinhiggh--rissebuiilddingg.Theesstreesssed--skkintuubetaakesstthetuubesyysteemassteepffurrtheer..Thhedevvellopmmenntooftheesstreesssed--skkintuubeuttiliizeesttheefaacaadeoffthhebuiilddinggaasaasstruuctturaaleleemeentwhhichhaactsswwithhaactsswwithhtthefrrameedtubbe,,thhussprrovvidiingganneeffiiciienttwwayoffreesiistiingglaateeralllloaddsinhiigh--riisebuuilddinngs,,aandreesulltiinginncoostt-efffeectiiveecooluumn--frreeinnterrioorsspaacewiithahigghrattioooffnnettoogrrosssfflooorarrea..Becauseeeofftthecoontrribbutiionnofftthesttressseed-sskiinffaccadee,theefframmeddmeembberssoofttheetuubeereequuireellesssmmasss,anddaarethhusliightterranndlesssexppannsivve..Allltheettypiicaalccollumnnsanddsspanndrrelbeeamssaaresttanddarrdrrollleddsshappess,mminnimiiziingthheuuseeanndcosstofsppeciiallbuuillt-uupmemmbeers..TThedeepthhrrequuirremeenttfoortheepperiimeeterrsspanndrrelbeeamssiisaalssorredduceed,,anndtheenneeddfforuppsettbbeammsabooveefllooors,,wwhicchwouulddenncrroacchonvaaluaabllesspaace,,iismminnimiizeed.Thhesstrructturralsyysteemhassbbeennuuseddoontthee544-sstorryOneeMMelllonnBaankkCeentterinnPiitttsbuurggh.Systemsssinncconccreete..WWhilletalllbuiilddinggsconnsttruccteedoofsteeellhaadaneaarlyysstarrt,,deeveeloppmeentofftaalllbuuilldinngssoffrreinnfoorceedconncrreteepproggreesseedatafasstenoougghrrattettoprooviideacommpeetittivvecchaalleenggettostrruccturrallstteeelssysstemmsforrbbothhooffiiceeanndapaarttmenntbuiilddinggs..Framedtubbe..Assddisccussseddaabovve,,thhefirrsttfrrammedtuubecoonceepttfoortalllbuiilddinggswassuuseddfforthhe443--stooryyDeeWiittChhesttnuutAApaartmmenntBBuiildiingg.IInthiisbuiilddingg,extterriorrccoluumnnswwerresspaaceddaat55.55-ftt((1.688--m)ceenteerss,aanddinnteerioorcollummnsweereussedassneeeddedtoosuuppportttthe8--in..-tthicck(200-ccm)fllat--pllateecconccreetesllabss.Tubeinnntuubee.AAnootheersyssteemiinreiinfforcceddcoonccretteforrooffiiceebuuilldinngsscoombbineestheettraddittionnallshheaarwwalllcconnstrrucctioonwitthanexxterrioorffraameddttubee.Theessysttemmcoonssisttsofannouuteerffraameddttubeeoofvverryccloosellyspaaceedccollumnnsanddaaniintteriiorrriigiidssheearwaalltuubeenncloosiingthheccenntraalserrviicearrea..TThesyysteem(Fiig..2),,kknowwnasthhettubbe-iin--tubbesyssteem,maadeittpoosssiblletodeesiggntheewworlld’sprreesennttallleest(7714fttorr2218m))liighhtweeigghtcooncrrettebbuiildiingg(tthee522-sstorryOneeSShelllPlaazaaBuuilldinnginHoousttonn)fforrthheuniitpriiceeoffaatrradditiionnalshhearrwwalllsstruucttureeoofoonlly335stooriies..Systemssscoombbiniinggboothhcoonccretteanddssteeelhavvealssobeeendevvellopeed,,anneexammplleoofwhiichhisstthecoompoosiitesyysteemdevvellopeedbySkkidmmorre,Owwinggs&MMerrrilllinwhhichhaaneextteriiorrcllosselyysspacceddfrrammedtuubeinncoonccretteenvvellopssaaniintteriiorrstteeelffraaminng,,thherrebyyccombbinninggttheaddvanntaagessoofbbotthrreiinfoorccedcooncrretteaanddsttruuctuuraalssteeelsyysteemss.TThee522-sstorryOneeSShelllSquuarreBBuiildiingginnNNewOrrleaanssissbbaseedonthhissyysteem..出處：《土木工工工程專業(yè)業(yè)英語語》，段段兵廷廷主編，武武漢漢理工大大學(xué)出出版社建筑物的組成及及及高層結(jié)結(jié)構(gòu)材料和不同的結(jié)結(jié)結(jié)構(gòu)形式式構(gòu)成成建筑物物各種種不同部部分，包包括承重重框架架、外殼殼、樓樓板和隔隔墻。在在建筑物物內(nèi)部部還有機(jī)機(jī)械和和電氣系系統(tǒng)，例例如電梯梯、供供暖和冷冷卻系系統(tǒng)、照照明系系統(tǒng)等。地地面面以上的的部分分是建筑筑物的的上部結(jié)結(jié)構(gòu)，地地面以下下部分分為建筑筑物的的基礎(chǔ)和和下部部結(jié)構(gòu)。摩天大樓的出現(xiàn)現(xiàn)現(xiàn)應(yīng)歸功功于19世紀(jì)的兩兩大大發(fā)展：：鋼骨骨架結(jié)構(gòu)構(gòu)和載載人電梯梯。鋼鋼材作為為一種種建筑材材料，是是從1855年貝西默默煉煉鋼法被被首次次介紹后后開始始應(yīng)用的的。古古斯塔?艾菲爾（18322~~19223）首次將將鋼鋼結(jié)構(gòu)引引入法法國。1889年的巴黎黎國國際博覽覽會的的塔和他他為Galeerriedees機(jī)械的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)表現(xiàn)了了鋼結(jié)結(jié)構(gòu)的靈靈活性性。艾菲菲爾鐵鐵塔高300米，是當(dāng)當(dāng)時(shí)時(shí)人類建建造的的最高建建筑物物，直到40年后才由由美美國的摩摩天大大樓超過過其高高度。第一部電梯是111857年ElisshhaOOtiis給紐約的的一一家百貨貨公司司所安裝裝的。1889年，艾菲菲爾爾在艾菲菲爾鐵鐵塔上安安裝了了第一部部大型型電梯，它它每每小時(shí)可可以運(yùn)運(yùn)送2350位乘客到到達(dá)達(dá)塔頂。承重框架。直到到到19世紀(jì)后期期，建建筑物的的外墻墻被用做做承重重墻來支支撐樓樓層，這這種結(jié)結(jié)構(gòu)是本本質(zhì)上上是一種種梁柱柱模型，它它還還被用在在框架架結(jié)構(gòu)房房屋中中。因?yàn)闉樗栊鑹w的的厚度度很大，承承重重墻結(jié)構(gòu)構(gòu)限制制了建筑筑物的的高度；；例如如，建于19世紀(jì)80年代的芝芝加加哥16層高的MonaaddnocckBuuilldinng，在較低低的的樓層墻墻體厚厚度已達(dá)達(dá)到1.5米。1883年，WillliianLeeBaaroonJJennney（18322~~19007）用鑄鐵鐵柱柱來支撐撐樓層層的方式式以形形成籠狀狀結(jié)構(gòu)構(gòu)。在1889年，框架架結(jié)結(jié)構(gòu)首次次由鋼鋼梁和鋼鋼柱構(gòu)構(gòu)成。由由于骨骨架結(jié)構(gòu)構(gòu)，圍圍墻變成成了一一種“幕墻”。磚石一一直直是“幕墻”的主要材材料料，直到20世紀(jì)30年代輕金金屬屬和玻璃璃幕墻墻的問世世為止止。自從從鋼框框架首次次推出出，建筑筑物的的高度一一直在在迅速增增加。在第二次世界大大大戰(zhàn)前，所所有有的高層層建筑筑都是鋼鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)。戰(zhàn)爭爭結(jié)束束以后，鋼鋼材材的缺乏乏和混混凝土質(zhì)質(zhì)量的的改進(jìn)，促促進(jìn)進(jìn)了鋼筋筋混凝凝土高層層建筑筑的發(fā)展展。芝芝加哥的MariinnaTTowwers（1962）是美國國最最高的混混凝土土建筑；；它的的高度是588英尺即179米，不久久以以后被倫倫敦的的高達(dá)650英尺即198米的郵政政大大廈和其其它的的塔所超超越。在關(guān)于摩天大樓樓樓構(gòu)造觀觀點(diǎn)的的改變恢恢復(fù)了了承重墻墻的使使用。在在紐約約，由EerooSaaariinen于1962年設(shè)計(jì)的的哥哥倫比亞亞廣播播公司大大樓，由1.5米寬，柱柱與柱的中中心間距為為3米的混凝凝土柱組成成的環(huán)形墻墻。這種圍圍護(hù)墻有效效地構(gòu)成了了建筑物的的承重墻。這這種趨勢發(fā)發(fā)展的原因因是建筑物物的墻作為為一個(gè)筒體體可以非常常經(jīng)濟(jì)的獲獲得抗風(fēng)作作用的足夠夠強(qiáng)度；世世貿(mào)大樓是是另一個(gè)筒筒體法的例例子。相比比之下，剛剛性框架或或者垂直的的桁架通常常用于提供供側(cè)向穩(wěn)定定性。外殼。一個(gè)建筑筑筑的外殼殼由透透明元素素（窗窗戶）和和不透透明元素素（墻墻）組成成。窗窗戶采用用傳統(tǒng)統(tǒng)上的玻玻璃作作為材料料，盡盡管塑料料正在在被使用用，特特別在學(xué)學(xué)校，破破損產(chǎn)生生了一一個(gè)維護(hù)護(hù)問題題。用來來覆蓋蓋結(jié)構(gòu)和和起支支撐作用用墻，它它是由各各種的的建筑材材料組組成：磚磚、預(yù)預(yù)制構(gòu)件件、石石頭、不不透明明的玻璃璃、塑塑料、鋼鋼材和和鋁材。木木頭頭是過去去建造造房屋的的主要要材料；；因?yàn)闉樗字?，因因而不常常用于于商業(yè)的的、工工業(yè)的和和公共共建筑。樓板。一幢建筑筑筑的樓地地面結(jié)結(jié)構(gòu)取決決于它它所使用用的基基本結(jié)構(gòu)構(gòu)框架架。在鋼鋼框架架建筑中中，樓樓地面或或者是是鋼梁上上的混混凝土樓樓板，或或者是由由波紋紋鋼配有有混凝凝土骨料料組成成的凹板板。在在混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)中，樓樓板或或者是混混凝土土梁上的的混凝凝土樓板板或者者是一系系列緊緊密分布布于混混凝土梁梁在方方向上端端的薄薄混凝土土樓板板，在它它的下下面提供供了一一個(gè)多余余的空空寂間。這這種種類型的的板取取決于支支撐柱柱之間的的距離離或者墻墻間的的跨度和和空間間的功能能性。在在一棟公公寓大大樓中，例例如如，墻和和柱間間距在3.7米到5.5米，最常常見見的結(jié)構(gòu)構(gòu)是無無梁實(shí)心心混凝凝土樓蓋蓋。樓樓蓋的下下表面面可以作作為下下層空間間的天天花板。辦辦公公大樓中中常使使用波紋紋鋼地地板，這這是因因?yàn)椴y紋鋼地地板的波波紋當(dāng)當(dāng)由另一一塊金金屬板蓋蓋上時(shí)時(shí)，可以以形成成電話線線和電電線管道道。機(jī)械和電力系統(tǒng)統(tǒng)統(tǒng)。一個(gè)個(gè)現(xiàn)代代建筑不不僅包包括必要要使用用空間（辦辦公公室，教教室，公公寓）而而且也也包括機(jī)機(jī)械、電電力系統(tǒng)統(tǒng)等的的輔助空空間，以以便營造造一個(gè)個(gè)舒適的的生活活環(huán)境。這這些些輔助空空間可可能占摩摩天大大樓總建建筑面面積的25%。在一個(gè)個(gè)辦辦公大樓樓中，供供暖、通通風(fēng)、電電力和衛(wèi)衛(wèi)生設(shè)設(shè)備系統(tǒng)統(tǒng)的預(yù)預(yù)算額占占實(shí)際際建筑總總預(yù)算算額的40%，顯示了了它它們在建建筑中中的重要要性。因因?yàn)樵S多多建筑筑是密封封的，窗窗戶不能能被打打開，因因而由由機(jī)械系系統(tǒng)提提供了通通風(fēng)設(shè)設(shè)備和空空氣調(diào)調(diào)節(jié)設(shè)備備。新新鮮空氣氣從中中央換氣氣室由由空氣調(diào)調(diào)節(jié)器器用管道道輸入入。通風(fēng)風(fēng)管和和控制照照明設(shè)設(shè)備單元元由懸懸掛在上上面樓樓層結(jié)構(gòu)構(gòu)下面面的天花花板遮遮住了。提提供供動力的的電力力線路和和電話話通訊線線路也也可能在在天花花板里或或者也也可能在在樓地地面結(jié)構(gòu)構(gòu)層中中的管道道或?qū)?dǎo)線管里里。我們曾嘗試性地地地把機(jī)械械、電電力系統(tǒng)統(tǒng)加入入建筑物物的建建筑學(xué)中中去。例例如在愛愛荷華華州首府府的美美國共和和保險(xiǎn)險(xiǎn)公司大大樓，管管道和樓樓地面面的結(jié)構(gòu)構(gòu)層有有組織的的、優(yōu)優(yōu)美的懸懸掛在在天花板板上。這這類型的的方法法使得建建筑物物的花費(fèi)費(fèi)盡可可能的減減少了了并且使使結(jié)構(gòu)構(gòu)有了創(chuàng)創(chuàng)新，例例如在結(jié)結(jié)構(gòu)間間距方面面。土地和地基。所所所有的建建筑物物都是靠靠土層層支撐在在地面面上的，因因而而土的特特性成成為建筑筑設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)極其其重要要的考慮慮因素素?；A(chǔ)礎(chǔ)的設(shè)設(shè)計(jì)取決決于土土的許多多因素素，例如如土的的類型，土土分分層的情情況，土土層的厚厚度和和它的密密實(shí)度度，以及及地下下水的情情況等等。土層層很少少有一個(gè)個(gè)單一一的成分分；他他們通常常是厚厚度變化化的混混合狀態(tài)態(tài)土層層。據(jù)評評定，土土層的等等級是是根據(jù)土土分子子的大小小來劃劃分，從從小到到大依次次是淤淤泥、粘粘土、沙沙、石子子、巖巖石。通通常，較較大分子子的土土支撐的的荷載載要大。最最堅(jiān)堅(jiān)硬的巖巖石能能夠支撐撐的荷荷載大約約是每每平方米100噸，而最最軟軟的淤泥泥僅能能夠支撐撐的荷荷載大約約是每每平方米0.25噸。所有有地地表以下下的土土都處于于受壓壓狀態(tài)，說說得得更精確確些，這這些土承承受與與作用在在其上上的土柱柱重量量相等的的壓力力。許多多土顯顯示出彈彈性的的性質(zhì)——在荷載作作用用下受壓壓變形形，當(dāng)荷荷載解解除后可可以回回彈。土土的彈彈性常隨隨時(shí)間間而改變變，更更精確地地說，土土層的變變形在在恒載作作用下下隨著時(shí)時(shí)間的的增長而而不斷斷地改變變。過過一段時(shí)時(shí)間后后，如果果加于于土層上上的荷荷載大于于土自自然壓緊緊狀態(tài)態(tài)下的重重量，則則建筑物物會產(chǎn)產(chǎn)生沉降降。相相反，則則會產(chǎn)產(chǎn)生隆起起，建建筑物的的重量量可能會會使土土產(chǎn)生流流動；；也就是是說，經(jīng)經(jīng)常會發(fā)發(fā)生土土被擠出出。由于土受壓和流流流動的影影響，使使建筑物物發(fā)生生沉降。不不均均勻沉降降例如如比薩斜斜塔，損損壞的結(jié)結(jié)果是是建筑物物發(fā)生生傾斜，墻墻和和隔墻可可能出出現(xiàn)裂縫縫，窗窗戶和門門可能能產(chǎn)生變變形，或或者甚至至建筑筑可能倒倒塌。均均勻沉降降不會會如此嚴(yán)嚴(yán)重，盡盡管可能能出現(xiàn)現(xiàn)危險(xiǎn)狀狀況，例例如墨西西哥城城的一些些建筑筑，出現(xiàn)現(xiàn)各種種各樣的的后果果，在過過去的的一年里里，地地下水位位發(fā)生生了改變變，致致使一些些建筑筑下沉了3米多。