第11章_尖端建筑技術(shù)與新型材料

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),#,1,第,11,章 尖端建筑技術(shù)與新型材料,2,內(nèi) 容,1,“,超超高層建筑,”,的構(gòu)想,2,大深度地下空間與新材料,3,海洋建筑物的開發(fā)與新材料,4,宇宙空間建筑的開發(fā)與新材料,3,11.1“,超超高層建筑”的構(gòu)想,將高度超過,100m,的建筑叫做超高層建筑，超超高層建筑的構(gòu)想，其高度均超過了,800m,;,具有生活、工作、購(gòu)物、休閑、科教等綜合功能的建筑體，相當(dāng)于一座小型城市。,1.1 “,超超高層建筑”的構(gòu)想,4,“,超超高層建筑,“,的構(gòu)想,5,“,空間城市,1000,“,的構(gòu)想,6,“,DIB,20

2、0,“,的構(gòu)想,由直徑約為,50m,、,50,層的圓柱形高層建筑,的單元組成，共,12,個(gè)，,200,層,總高度大,約為,800m,7,50,層的單元建筑采用圓,筒形鋼束結(jié)構(gòu)，然后用大,型梁將各單元聯(lián)結(jié)起來，,形成整體上的超級(jí)框架結(jié)構(gòu),通過風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)證明，這種結(jié),構(gòu)形式受風(fēng)荷載較小，,有利于減小建筑物的振幅,8,功能與優(yōu)點(diǎn),第一，辦公樓、旅館、住宅等使用功能可以按單元?jiǎng)澐?，在建筑物總體中分別配置在不同的位置；,第二，可以在每一個(gè)單元的上部設(shè)置空中廣場(chǎng)、屋頂庭園等開放空間；,第三，各單元明確劃分，有利于防災(zāi)，建筑物的安全性提高；,第四，與外部空間相連接的面積大，有利于建筑物的采光和居住者向外眺望；

3、,第五，利用各單元之間的圓形連接，可以分散、減輕風(fēng)力荷載，也可以減少“高層建筑風(fēng)荷載”給周邊環(huán)境帶來的不良影響。,9,“,空中波利斯,2 0 0,1,“,的構(gòu)想,10,正三角形的各個(gè)頂點(diǎn)設(shè)置圓形的柱子，單元的上下端設(shè)置大型梁，,將單元之間聯(lián)結(jié)起來，構(gòu)成超級(jí)大型的鋼骨結(jié)構(gòu),;,建筑物的基礎(chǔ)采用地下連續(xù)壁組合的形式，并進(jìn)行大深度挖掘，,以固結(jié)沙礫層作為地基支持層,采用巨大架構(gòu)形式，即將建筑物整體劃分成若干個(gè)單元，每個(gè)單元的平面為邊長(zhǎng),100m,的正三角形，高度為,80m,11,“,X-SEED4 0 0 0,“,的構(gòu)想,外圍區(qū)域,以居住設(shè)施為主，同時(shí)設(shè)置一些必要的城市功能設(shè)施,.,中央?yún)^(qū)域,以辦公

4、、商業(yè)設(shè)施為主；,在中核區(qū)域,主要設(shè)置行政機(jī)關(guān)、國(guó)際交流等設(shè)施,12,超超高層建筑必須綜合運(yùn)用,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料、施工手段、防災(zāi)設(shè)備、環(huán)境、規(guī)劃、建筑經(jīng)濟(jì)、物流、能源、信息、通訊,等各領(lǐng)域的知識(shí)和尖端技術(shù)，開發(fā)和創(chuàng)造建筑領(lǐng)域中許多前所未有的高精尖技術(shù)，才能實(shí)現(xiàn)人類向更高的生存空間邁進(jìn)的理想。,13,1.2,超超高層建筑的技術(shù)難點(diǎn),超超高層建筑的結(jié)構(gòu)形式，可以設(shè)想是由安全、牢固的、起支撐作用的,主體結(jié)構(gòu),和能夠自由組合、構(gòu)成最合適空間的,副結(jié)構(gòu),組成。,主體結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)大的承載力，保證建筑物的安全，副結(jié)構(gòu)各自相對(duì)獨(dú)立，可以根據(jù)需求隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整和改型。,14,超超高層建筑的技術(shù)難點(diǎn),1,基礎(chǔ)的可靠性,

5、2,抗震、抗風(fēng)荷載設(shè)計(jì),3,防災(zāi)設(shè)計(jì),4,建筑設(shè)計(jì)與立體交通,5,高效率的施工手段,6,新型建筑材料的開發(fā),15,1,基礎(chǔ)的可靠性,美國(guó)西爾斯大廈，高度,443m,，總建筑面積,42ha,。如果將超超高層建筑的高度定位在,1000m,左右，總的建筑面積大約為,1000ha,現(xiàn)有的建筑物自重按每平方米計(jì)算，大約為每平方米,1200-1300kg,，按這個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)算，超超高層建筑的自重將達(dá)到,800-1200,萬(wàn),t,以上。,16,2,抗震、抗風(fēng)荷載設(shè)計(jì),隨著建筑物高度的增加和體型的增大，,抗震、抗風(fēng)荷載設(shè)計(jì),成為難點(diǎn),為了提高建筑物抵抗水平荷載的能力，要導(dǎo)入,制震裝置等,最新技術(shù)，以保證不發(fā)生明顯

6、的搖動(dòng)，減小高空部位過大的振幅；,同時(shí)，建筑物的立面形狀、單元?jiǎng)澐旨皢卧g的連接形式，都是需要研究的課題。,17,3,防災(zāi)設(shè)計(jì),在所用能源和交通工具方面保證不產(chǎn)生火種；,采用新型的建筑材料，耐高溫，不燃燒；,通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使建筑物達(dá)到地震發(fā)生時(shí)能正常工作、嚴(yán)重地震時(shí)不倒塌、且日后有修復(fù)的可能等。,18,4,建筑設(shè)計(jì)與立體交通,要考慮建筑物內(nèi)的,采光、通風(fēng)換氣、空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì),，,高空層與較低層之間存在著較大的冷熱寒暑差,，,物流、人流需要上下、縱橫方向移動(dòng)，,能源的供給、廢棄物的處理，以及與外部空間的聯(lián)系等等方面的設(shè)計(jì),19,5,高效率的施工手段,超超高層建筑的施工是一項(xiàng)復(fù)雜、龐大的工程，工程

7、量大，工期長(zhǎng)，最短也要超過,7,年，最長(zhǎng)的達(dá)到,25,年，因此開發(fā)新的施工技術(shù)和材料、提高施工速度，是實(shí)現(xiàn)超超高層建筑的關(guān)鍵。,20,6,新型建筑材料的開發(fā),超超高層建筑要求全新、性能卓越的建筑材料,:,輕質(zhì)而高強(qiáng),的材料；,良好的塑性和韌性,；,不燃性和阻燃性,；,具有優(yōu)良的耐久性,，要求超超高層建筑具有,500,年甚至上千年的壽命,21,為實(shí)現(xiàn)超超高層建筑材料領(lǐng)域所需要研究的課題,22,為實(shí)現(xiàn)超超高層建筑材料領(lǐng)域所需要研究的課題,23,11.2,大深度地下空間與新材料,地下空間具有保溫、隔熱、防風(fēng)等特點(diǎn)，可以節(jié)省建筑能耗,現(xiàn)代化城市的地下建筑物多數(shù)設(shè)置在地表以下到,30m,左右，有的甚至開

8、發(fā)密度已經(jīng)很大,而更深層的地下空間,(,深度,50m,以上,),還屬于未開發(fā)的領(lǐng)域,24,大深度地下空間的建設(shè)所要解決的問題,1,土地所有權(quán)或使用權(quán)問題,2,防災(zāi)問題更加嚴(yán)重,3,環(huán)境與居住性,4,地下水脈的變更、地基沉降等問題,5,新型材料的開發(fā),25,適用于大深度地下空間建設(shè)的新材料,26,11,3,海洋建筑物的開發(fā)與新材料,海洋空間的開發(fā)和利用更具有現(xiàn)實(shí)性,27,上海洋山港,吹沙填海生成的陸地,28,1994,年建成的,24,小時(shí)開放的海上空港,人工島的面積為,511ha,，護(hù)岸長(zhǎng)度,11.5km,，用土方量,1,億,7800,萬(wàn),m,3,。,29,美國(guó)的海洋空間的開發(fā)情況,為了開采海上

9、石油、天然氣等能源，建設(shè)軍事基地以及擴(kuò)大城市用地等目的，進(jìn)行了大量海洋空間的開發(fā)利用,30,3.1,未來的海洋建筑種類,指以居住為目的或人類從事某種活動(dòng)的海洋設(shè)施：,1,工業(yè)生產(chǎn)設(shè)施,2,能源生產(chǎn)與儲(chǔ)存設(shè)施,3,交通運(yùn)輸設(shè)施,4,生活、城市功能設(shè)施,31,日本提出的修建海上都市的構(gòu)想，利用海岸的,天然地理?xiàng)l件，建造豐富多彩的生活和娛樂設(shè),施，使人們的生活更富有情趣。,32,3,2,海洋空間的利用方式及其對(duì)環(huán)境的影響,利用形態(tài)分為,沿岸形式,是沿原海岸線進(jìn)行建設(shè)，或進(jìn)行填埋工程,人工島方式,是在離開海岸一定距離的海水中建造人工島，然后在島上修建各種海洋建筑。,33,3.3,為實(shí)現(xiàn)海洋建筑需要開發(fā)

10、的新型材料,海洋建筑物可分為固定式和浮游式兩大類,海水中的鹽分、氯離子、硫酸根等侵蝕性物質(zhì)含量很高,海水波浪沖擊、磨耗和疲勞荷載作用；,受到臺(tái)風(fēng)、海嘯等嚴(yán)酷的氣候條件；,建筑在海灘、近海等軟弱地基上的建筑物，其沉降現(xiàn)象也很明顯。,要求材料具有很高的強(qiáng)度、耐沖擊性、耐疲勞性、耐磨耗等力學(xué)性能，同時(shí)還要求具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。,34,為實(shí)現(xiàn)海洋建筑需要開發(fā)的新型材料,1,涂膜金屬板材,2,耐腐蝕金屬,3,水泥基復(fù)合材料,4,地基強(qiáng)化材料,35,11.4,宇宙空間建筑的開發(fā)與新材料,在距離地球表面,400,500km,的地球周圍軌道上建設(shè)大型結(jié)構(gòu)物，即宇宙空間站,宇宙空間建筑的材料必須具有高強(qiáng)度、高

11、耐久性和溫度適應(yīng)性。,目前有可能達(dá)到這種優(yōu)良性能要求的材料有鈦合金、鋁合金以及碳纖維增強(qiáng)塑料等復(fù)合材料,36,月球的居住性,1969,年，人類首次登上了月球,有利因素：,首先月球上有很,豐富的礦物質(zhì)資源,，尤其是月球的巖石中含有大量的氧元素，如果將這些,氧元素,釋放出來，不僅為月球提供居住可能性，而且還可以為人類進(jìn)行其他的宇宙空間活動(dòng)提供氧氣源。,第二，,月球重力,僅僅是地球力的,1/6,，同樣結(jié)構(gòu)物的自重和荷載相應(yīng)地也只有地球上的,1/6,，因此可以減輕結(jié)構(gòu)物的自重。,第三，月球上沒有水分，金屬類的材料不會(huì)受到腐蝕，這些都是開發(fā)利用月球建筑的有利因素。,37,不利因素,第一，月球表面沒有空氣

12、，處于超真空狀態(tài)，而適合人居住的室內(nèi)應(yīng)保持在,1,個(gè)大氣壓，所以結(jié)構(gòu)物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)受到來自于室內(nèi)的壓力；,第二，月球表面溫度變化激烈，以,14,天白天、,14,天黑夜為一循環(huán)，溫度差在,(-190,+137),之間變化，所以要求所用的材料必須能承受如此劇烈的溫度變化的狀態(tài)；,第三，月球表面要承受來自于宇宙光線、太陽(yáng)風(fēng)等強(qiáng)烈放射線的作用，還要承受大小不一的隕石的降落沖擊。,38,月球上建筑材料的獲得,月球上的巖石含有豐富的,氧化鈣、氧化硅、氧化鋁、氧化鐵等物質(zhì),，直接用來煅燒可生產(chǎn)與目前地球上的高鋁水泥化學(xué)成分十分相近的膠凝材料。,利用,月球上的巖石可加工碎石和碎砂,，如果,能夠解決水的問題，可大

13、量地生產(chǎn)月球混凝土,但是，由于月球表面處于超真空狀態(tài)，能否進(jìn)行混凝土的澆注和振實(shí)也是一個(gè)問題。如果人為地施加壓力，預(yù)制成混凝土構(gòu)件，則可獲得很高強(qiáng)度的混凝土。,39,人類提出開發(fā)高層空間、大深度地下、海洋乃至宇宙等新的設(shè)想，已在一些領(lǐng)域開始進(jìn)行了嘗試，并取得初步成果。,但是，要完全實(shí)現(xiàn)人類的設(shè)想，還需要進(jìn)行相當(dāng)大量的研究工作，而所有領(lǐng)域都離不開新型材料的開發(fā)。,謝謝！,40,邊看邊思考,建造摩天大樓纖細(xì)大樓的挑戰(zhàn)在哪里？規(guī)模、尋址、地震、原材料供應(yīng)、電梯如何快速上下樓、框架的施工方式,其他摩天樓的設(shè)計(jì)、施工出現(xiàn)的失誤，又是如何解決的？,高樓振蕩問題如何研究并做何處理？,未來海上城市的建造方式及選用的材料？,直布羅陀大橋的設(shè)計(jì)及遇到的困難又將如何解決？,