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1、1,第11章 尖端建筑技术与新型材料,2,内 容,1“超超高层建筑”的构想2 大深度地下空间与新材料3 海洋建筑物的开发与新材料4 宇宙空间建筑的开发与新材料,3,11.1“超超高层建筑”的构想,将高度超过100m的建筑叫做超高层建筑，超超高层建筑的构想，其高度均超过了800m;具有生活、工作、购物、休闲、科教等综合功能的建筑体，相当于一座小型城市。,1.1“超超高层建筑”的构想,4,“超超高层建筑“的构想,5,“空间城市1000“的构想,6,“DIB200“的构想,由直径约为50m、50层的圆柱形高层建筑的单元组成，共12个，200层,总高度大约为800m,7,50层的单元建筑采用圆筒形钢束
2、结构，然后用大型梁将各单元联结起来，形成整体上的超级框架结构通过风洞实验证明，这种结构形式受风荷载较小，有利于减小建筑物的振幅,8,功能与优点,第一，办公楼、旅馆、住宅等使用功能可以按单元划分，在建筑物总体中分别配置在不同的位置；第二，可以在每一个单元的上部设置空中广场、屋顶庭园等开放空间；第三，各单元明确划分，有利于防灾，建筑物的安全性提高；第四，与外部空间相连接的面积大，有利于建筑物的采光和居住者向外眺望；第五，利用各单元之间的圆形连接，可以分散、减轻风力荷载，也可以减少“高层建筑风荷载”给周边环境带来的不良影响。,9,“空中波利斯2 0 0 1“的构想,10,正三角形的各个顶点设置圆形的
3、柱子，单元的上下端设置大型梁，将单元之间联结起来，构成超级大型的钢骨结构;建筑物的基础采用地下连续壁组合的形式，并进行大深度挖掘，以固结沙砾层作为地基支持层,采用巨大架构形式，即将建筑物整体划分成若干个单元，每个单元的平面为边长100m的正三角形，高度为80m,11,“X-SEED4 0 0 0“的构想,外围区域以居住设施为主，同时设置一些必要的城市功能设施.中央区域以办公、商业设施为主；在中核区域主要设置行政机关、国际交流等设施,12,超超高层建筑必须综合运用结构设计、材料、施工手段、防灾设备、环境、规划、建筑经济、物流、能源、信息、通讯等各领域的知识和尖端技术，开发和创造建筑领域中许多前所
4、未有的高精尖技术，才能实现人类向更高的生存空间迈进的理想。,13,1.2 超超高层建筑的技术难点,超超高层建筑的结构形式，可以设想是由安全、牢固的、起支撑作用的主体结构和能够自由组合、构成最合适空间的副结构组成。主体结构具有强大的承载力，保证建筑物的安全，副结构各自相对独立，可以根据需求随时进行调整和改型。,14,超超高层建筑的技术难点,1 基础的可靠性2 抗震、抗风荷载设计3 防灾设计4 建筑设计与立体交通5 高效率的施工手段6 新型建筑材料的开发,15,1基础的可靠性,美国西尔斯大厦，高度443m，总建筑面积42ha。如果将超超高层建筑的高度定位在1000m左右，总的建筑面积大约为1000
5、ha现有的建筑物自重按每平方米计算，大约为每平方米1200-1300kg，按这个数据计算，超超高层建筑的自重将达到800-1200万t以上。,16,2抗震、抗风荷载设计,随着建筑物高度的增加和体型的增大，抗震、抗风荷载设计成为难点为了提高建筑物抵抗水平荷载的能力，要导入制震装置等最新技术，以保证不发生明显的摇动，减小高空部位过大的振幅；同时，建筑物的立面形状、单元划分及单元之间的连接形式，都是需要研究的课题。,17,3防灾设计,在所用能源和交通工具方面保证不产生火种；采用新型的建筑材料，耐高温，不燃烧；通过结构设计使建筑物达到地震发生时能正常工作、严重地震时不倒塌、且日后有修复的可能等。,18
6、,4建筑设计与立体交通,要考虑建筑物内的采光、通风换气、空调系统的设计，高空层与较低层之间存在着较大的冷热寒暑差，物流、人流需要上下、纵横方向移动，能源的供给、废弃物的处理，以及与外部空间的联系等等方面的设计,19,5高效率的施工手段,超超高层建筑的施工是一项复杂、庞大的工程，工程量大，工期长，最短也要超过7年，最长的达到25年，因此开发新的施工技术和材料、提高施工速度，是实现超超高层建筑的关键。,20,6新型建筑材料的开发,超超高层建筑要求全新、性能卓越的建筑材料:轻质而高强的材料；良好的塑性和韧性；不燃性和阻燃性；具有优良的耐久性，要求超超高层建筑具有500年甚至上千年的寿命,21,为实现
7、超超高层建筑材料领域所需要研究的课题,22,为实现超超高层建筑材料领域所需要研究的课题,23,11.2 大深度地下空间与新材料,地下空间具有保温、隔热、防风等特点，可以节省建筑能耗现代化城市的地下建筑物多数设置在地表以下到30m左右，有的甚至开发密度已经很大而更深层的地下空间(深度50m以上)还属于未开发的领域,24,大深度地下空间的建设所要解决的问题,1 土地所有权或使用权问题2 防灾问题更加严重3 环境与居住性4 地下水脉的变更、地基沉降等问题5 新型材料的开发,25,适用于大深度地下空间建设的新材料,26,113 海洋建筑物的开发与新材料,海洋空间的开发和利用更具有现实性,27,上海洋山
8、港,吹沙填海生成的陆地,28,1994年建成的24小时开放的海上空港,人工岛的面积为511ha，护岸长度11.5km，用土方量1亿7800万m3。,29,美国的海洋空间的开发情况,为了开采海上石油、天然气等能源，建设军事基地以及扩大城市用地等目的，进行了大量海洋空间的开发利用,30,3.1 未来的海洋建筑种类,指以居住为目的或人类从事某种活动的海洋设施：1工业生产设施2能源生产与储存设施 3交通运输设施4生活、城市功能设施,31,日本提出的修建海上都市的构想，利用海岸的天然地理条件，建造丰富多彩的生活和娱乐设施，使人们的生活更富有情趣。,32,32 海洋空间的利用方式及其对环境的影响,利用形态
9、分为沿岸形式是沿原海岸线进行建设，或进行填埋工程人工岛方式是在离开海岸一定距离的海水中建造人工岛，然后在岛上修建各种海洋建筑。,33,3.3 为实现海洋建筑需要开发的新型材料,海洋建筑物可分为固定式和浮游式两大类海水中的盐分、氯离子、硫酸根等侵蚀性物质含量很高海水波浪冲击、磨耗和疲劳荷载作用；受到台风、海啸等严酷的气候条件；建筑在海滩、近海等软弱地基上的建筑物，其沉降现象也很明显。要求材料具有很高的强度、耐冲击性、耐疲劳性、耐磨耗等力学性能，同时还要求具有优良的耐腐蚀性能。,34,为实现海洋建筑需要开发的新型材料,1 涂膜金属板材2 耐腐蚀金属3 水泥基复合材料4 地基强化材料,35,11.4
10、 宇宙空间建筑的开发与新材料,在距离地球表面400500km的地球周围轨道上建设大型结构物，即宇宙空间站宇宙空间建筑的材料必须具有高强度、高耐久性和温度适应性。目前有可能达到这种优良性能要求的材料有钛合金、铝合金以及碳纤维增强塑料等复合材料,36,月球的居住性,1969年，人类首次登上了月球有利因素：首先月球上有很丰富的矿物质资源，尤其是月球的岩石中含有大量的氧元素，如果将这些氧元素释放出来，不仅为月球提供居住可能性，而且还可以为人类进行其他的宇宙空间活动提供氧气源。第二，月球重力仅仅是地球力的1/6，同样结构物的自重和荷载相应地也只有地球上的1/6，因此可以减轻结构物的自重。第三，月球上没有
11、水分，金属类的材料不会受到腐蚀，这些都是开发利用月球建筑的有利因素。,37,不利因素,第一，月球表面没有空气，处于超真空状态，而适合人居住的室内应保持在1个大气压，所以结构物的围护结构受到来自于室内的压力；第二，月球表面温度变化激烈，以14天白天、14天黑夜为一循环，温度差在(-190+137)之间变化，所以要求所用的材料必须能承受如此剧烈的温度变化的状态；第三，月球表面要承受来自于宇宙光线、太阳风等强烈放射线的作用，还要承受大小不一的陨石的降落冲击。,38,月球上建筑材料的获得,月球上的岩石含有丰富的氧化钙、氧化硅、氧化铝、氧化铁等物质，直接用来煅烧可生产与目前地球上的高铝水泥化学成分十分相
12、近的胶凝材料。利用月球上的岩石可加工碎石和碎砂，如果能够解决水的问题，可大量地生产月球混凝土但是，由于月球表面处于超真空状态，能否进行混凝土的浇注和振实也是一个问题。如果人为地施加压力，预制成混凝土构件，则可获得很高强度的混凝土。,39,人类提出开发高层空间、大深度地下、海洋乃至宇宙等新的设想，已在一些领域开始进行了尝试，并取得初步成果。但是，要完全实现人类的设想，还需要进行相当大量的研究工作，而所有领域都离不开新型材料的开发。谢谢！,40,边看边思考,建造摩天大楼纤细大楼的挑战在哪里？规模、寻址、地震、原材料供应、电梯如何快速上下楼、框架的施工方式其他摩天楼的设计、施工出现的失误，又是如何解决的？高楼振荡问题如何研究并做何处理？未来海上城市的建造方式及选用的材料？直布罗陀大桥的设计及遇到的困难又将如何解决？,
