27一月2026高層建筑鋼結構設計哈爾濱工業(yè)大學土木工程學院CollegeofCivilEngineering,HIT主講教師：張文元27一月2026城市化進程加速、人口集中、地價飛漲，節(jié)約用地成為關鍵；縮短道路和管線設施長度，節(jié)約城市基礎設施總投資；改善城市面貌，體現經濟實力和技術水平，成為地標性建筑。1.1高層建筑的發(fā)展背景1概論27一月20261）高層建筑的定義聯合國教科文組織世界高層委員會1972年將9層及9層以上的建筑定義為高層建筑，并分成4類：第一類9～16層（最高50m俗稱小高層）第二類17～25層（最高75m俗稱中高層）第三類26～40層（最高100m俗稱高層）第四類40層以上（高度100m以上，稱超高層）1.2鋼結構在高層建筑中的地位高層建筑我國《高層民用建筑設計防火規(guī)范》GB50045-95規(guī)定：≥10層的居住建筑≥24m且2層以上的民用建筑27一月2026我國《鋼筋混凝土高層建筑結構設計與施工規(guī)程》JGJ3-91規(guī)定≥8層為高層。主要考慮目前登高消防車的供水高度僅為24m27一月20262）高層鋼結構的地位1990年統計世界最高的90幢高層建筑中鋼結構(S)51座56.6％鋼-砼混合結構(M)25座27.8％鋼筋砼結構(RC)14座15.6％1998年統計世界最高的28幢建筑中鋼結構(S)14座50.0％鋼-砼混合結構(M)8座28.6％鋼筋砼結構(RC)6座21.4％84.4％78.6％27一月20263）高層鋼結構的優(yōu)勢自重輕，可減少地震作用，減少運輸量，便于地基處理結構所占面積少，可增加使用面積

S較M可增加2～3％

S較RC可增加4～6％工廠化程度高，施工周期短，早投產、早受益、早回收

綜合經濟指標顯示：鋼結構最適于高層和超高層建筑27一月2026全鋼結構體系1.3高層鋼結構體系介紹

平面框架15～30層平面框架-支撐結構40～60層等效筒體結構50～65層高效筒體結構65～110層

(框筒、筒中筒、成束筒)

巨型結構65～110層以上

(巨型框架、巨型桁架、巨型懸掛、巨型分離式)27一月2026混合結構體系

鋼筋砼內筒＋外圍鋼框架鋼筋砼剪力墻＋鋼框架鋼管砼結構鋼骨砼結構27一月20261）國外的發(fā)展1.4高層鋼結構在國內外的發(fā)展

形成期西方工業(yè)革命時期，鐵鋼開始用于建筑

1872年法國巴黎Menier巧克力廠采用了鋼框架結構27一月2026發(fā)展期

20世紀初，技術進步加速，電梯技術的完善。

1931年紐約建成381m(102層)的帝國大廈，鋼框架結構，206Kg/m2,雄踞世界第一高40多年。Empirestatebuilding27一月2026繁榮期

1945年二次大戰(zhàn)后，高層在美歐等西方國家快速發(fā)展，其中以美國最具代表性芝加哥Sears大廈，109層443米，用鋼量161Kg/m2，1974年建成。SearsTower成束筒體系。Sears27一月20262）國內的發(fā)展解放前高層鋼結構建筑甚少，最高的是1934年在上海建成的上海國際飯店，22層，高82.5米。中國大陸自20世紀80年代中期起步修建高層鋼結構，先后在上海、北京、深圳、廣州、大連、廈門、沈陽、天津等地建造了數10幢高層鋼結構建筑。27一月2026國內目前最高的為上海環(huán)球金融中心主樓建筑面積：25.3萬m2?？傆娩摿浚?5000t。建筑規(guī)模：主體建筑物高492米,地上101層，地下3層。結構形式為同時采用三種體系：

a、巨型柱、巨型斜撐和帶狀桁架組成的巨型結構；

b、鋼筋混凝土的核心筒；

c、構成核心筒和巨型柱之間相互作用的伸臂桁架。投資單位：日本森海外株式會社日本森大樓公司主導興建2008年8月竣工27一月202627一月2026伸臂桁架和帶狀桁架B3~56層核心筒56~78層核心筒77~90層核心筒27一月2026國內第二高樓為上海金貿大廈，88層，高421米27一月2026國內在建或已建完的其他著名高層鋼結構詳細信息27一月20263）今后的發(fā)展趨勢單體建筑的發(fā)展趨勢：構件立體化布置周邊化結構支撐化體形圓錐化或變截面棱柱化材料高強化結構巨型化外墻蒙皮化結構智能化巨型結構的發(fā)展趨勢：分離整體式結構空中城市27一月20261）高鋼的優(yōu)缺點1.5高層鋼結構的技術經濟分析

優(yōu)點承載能力高，自重輕，結構所占面積和空間小，抗震性能好，工廠化程度高，建設周期短，鋼材可回收，對環(huán)境污染小。

缺點鋼材的抗火性能差，用鋼量稍大，造價偏高。27一月20262）高鋼的技術經濟分析關于用鋼量高鋼的用鋼量隨技術進步在降低國外1965年以前1966年以后層數Kg/m2Kg/m220~3011010331~421449743層以上163138平均13911327一月2026我國：

90年代以前建成的11棟鋼結構建筑(26~53層)，用鋼量為95～160Kg/m2，平均128Kg/m2。同期9棟鋼砼(18~62層)，用鋼量為68～120Kg/m2，平均91Kg/m2。通過采用輕質圍護材料，先進結構體系，用鋼量還會進一步下降。27一月2026關于造價工程造價工程總造價50~70%動遷費征地費30~50%工程造價結構造價30%裝修費設備費70%結構造價60~70%上部結構造價基礎造價30~40%8~15%上部結構造價工程總造價上部高層鋼結構的造價一般為高層鋼筋砼結構造價的1.5～2.0倍，因此鋼結構較鋼砼結構的差價約為工程總投資的4～8％。27一月2026這一差價可由下述4項節(jié)約來彌補：減輕結構自重鋼砼標準層自重約為1.3～1.8t/m2

鋼結構標準層自重約為1.0t/m2

可同時減少地震作用和基礎費用節(jié)約建筑物面積

建筑物面積/總面積＝故鋼結構可較鋼砼結構增加使用面積4～6％縮短施工周期鋼結構較鋼砼結構縮短周期20～50％回收效率高，成本低考慮以上4項帶來的附加效益，高層鋼結構的綜合經濟效