建筑結(jié)構(gòu)選型-緒論

1、建筑結(jié)構(gòu)選型第一章 緒論內(nèi)容提要 結(jié)構(gòu)選型的意義 結(jié)構(gòu)選型的基本原則結(jié)構(gòu)選型的意義 追求建筑和結(jié)構(gòu)的完美統(tǒng)一 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件按一定規(guī)律排列，本身具有本身具有裝飾效果和美學(xué)表現(xiàn)力美學(xué)表現(xiàn)力。但并非結(jié)構(gòu)就是美但并非結(jié)構(gòu)就是美，建筑師需自然地顯現(xiàn)和坦露結(jié)構(gòu)具有美學(xué)需自然地顯現(xiàn)和坦露結(jié)構(gòu)具有美學(xué)價值的因素價值的因素，對其進(jìn)行藝術(shù)加工對其進(jìn)行藝術(shù)加工，來達(dá)到表現(xiàn)建筑美的目的達(dá)到表現(xiàn)建筑美的目的。意大利佛羅倫薩運(yùn)動場大看臺-力學(xué)和美學(xué)的統(tǒng)一1.挑梁外形與彎矩（受力）圖的統(tǒng)一（美學(xué)和力學(xué)的統(tǒng)一）；2.利用混凝土的可塑性對外輪廓進(jìn)行藝術(shù)處理（材料和美學(xué)的統(tǒng)一）；3.挑梁根部橢圓三角挖空，減輕自重，且獲藝術(shù)效果

2、；4.直接顯現(xiàn)結(jié)構(gòu)的自然形體，摒棄貴重附貼式裝飾材料的濃裝艷抹、虛假庸俗感。結(jié)構(gòu)選型的意義 追求建筑和結(jié)構(gòu)的完美統(tǒng)一 功能決定空間，空間排列決定結(jié)構(gòu)體系，從而自然形成建筑外形。功能決定空間，空間排列決定結(jié)構(gòu)體系，從而自然形成建筑外形。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)構(gòu)圖原理并挖掘結(jié)構(gòu)的美學(xué)因素來構(gòu)造藝術(shù)形象。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)構(gòu)圖原理并挖掘結(jié)構(gòu)的美學(xué)因素來構(gòu)造藝術(shù)形象。意大利羅馬小體育宮外形-整體外觀比例協(xié)調(diào)、形象優(yōu)美、質(zhì)樸洗練。1.球頂下緣拱起，避免不利彎矩。同時可豐富輪廓，避免因視錯覺產(chǎn)生下陷感；2.球頂及其頂部小圓蓋、斜叉撐及其腰梁（“腰帶”）等各部份劃分適宜，外形比例勻稱；3.小圓蓋下的玻璃窗和球頂下的

3、帶形窗遙相呼應(yīng)，又與屋頂、附屬用房形成虛實(shí)對比；4. “腰帶”在深深的背景上浮現(xiàn)出來，即豐富了層次，又產(chǎn)生了尺度感；5.斜叉撐完全暴露在外，混凝土表面不加裝飾，顯得剛勁有力，表現(xiàn)出體育特有的技巧與力量，使建筑獲得強(qiáng)烈的個性；6.結(jié)構(gòu)接近地面處，由于高度不夠無法使用，于是將之劃在隔墻之外，清晰地顯現(xiàn)了結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，形象地表現(xiàn)了獨(dú)具風(fēng)格的藝術(shù)效果；7.穹隆的檐邊，是屋面到斜撐的過渡，起承上啟下的作用。其波浪起伏的外形，豐富優(yōu)美而自然；8.屋頂?shù)奶齑?，既滿足功能需要，又恰如其分地凸起，在外觀上起提神的作用。結(jié)構(gòu)選型的意義 追求建筑和結(jié)構(gòu)的完美統(tǒng)一 好的建筑，是建筑和結(jié)構(gòu)的統(tǒng)好的建筑，是建筑和結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一，

4、同時兼顧施工和經(jīng)濟(jì)因素。一，同時兼顧施工和經(jīng)濟(jì)因素。意大利羅馬小體育宮外形與內(nèi)景-構(gòu)圖、相似、韻律、虛實(shí)對比，使內(nèi)外和諧統(tǒng)一1.球頂由預(yù)制菱形槽板拼裝，上澆混凝土面層形成整體并兼作防水，板間拱肋交錯形成精美圖案，如盛開的秋菊，素雅高潔；2.球頂邊緣支點(diǎn)很小，斜撐上部逐漸收細(xì)，顏色淺淡，在對應(yīng)懸掛于球頂上深色吊燈的對比作用下，使球頂好象懸浮在空中，獨(dú)特意境令人嘆為觀止；3.穹頂尺度從中到邊由小到大，最外邊變?yōu)槿齻€一組的大構(gòu)件，順著拱肋走向，將力集中到支點(diǎn)。此輪廓與叉撐上部形成菱形，預(yù)制槽板菱形相似，但通透輕盈。此相似形狀的有韻律的重復(fù)和虛實(shí)對比手法，使穹頂分外輕巧和諧；4.裝配整體式結(jié)構(gòu)，既省了

5、大量模板，又保證了結(jié)構(gòu)整體性，中央天窗對施工安放起重機(jī)非常理想；5.整體建筑無任何多余裝飾，經(jīng)濟(jì)效果良好。結(jié)構(gòu)選型的基本原則 滿足功能的要求 建筑物的三維尺度，體量大小和空間組合關(guān)系建筑物的三維尺度，體量大小和空間組合關(guān)系都應(yīng)根據(jù)業(yè)主對客觀空間環(huán)境的要求來確定都應(yīng)根據(jù)業(yè)主對客觀空間環(huán)境的要求來確定北京工人體育館如比賽體育場館應(yīng)根據(jù)運(yùn)動項(xiàng)目定出場地的最小尺度及高度，再根據(jù)觀眾座位、視線要求和設(shè)備布置等定出跨度、長度和高度。酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心火箭垂直總裝測試廠房工業(yè)建筑應(yīng)考慮車間的使用性質(zhì)、工藝流程、工藝設(shè)備、垂直和水平運(yùn)輸、通風(fēng)采光等要求初步定出建筑物的跨度、開間及最低高度總高93.75m、30多

6、層樓高，是亞洲目前最高的單層建筑；350余噸的大門堪稱亞洲第一大門。結(jié)構(gòu)選型的基本原則 滿足功能的要求 建筑空間包括使用空間和非使用建筑空間包括使用空間和非使用空間。為提高空間使用率、節(jié)省空間。為提高空間使用率、節(jié)省費(fèi)用，必須想法減少非使用空間。費(fèi)用，必須想法減少非使用空間。1.剖面形式應(yīng)與使用空間要求相適應(yīng)如體育場館采用懸索結(jié)構(gòu)體系屋蓋，使場地兩側(cè)看臺座位向上升高與屋蓋懸索的垂度協(xié)調(diào)一致，既符合功能要求，又經(jīng)濟(jì)利用空間，立面造型也變成輕巧新穎的形狀。北京工人體育館結(jié)構(gòu)選型的基本原則 滿足功能的要求 對于要求在建筑物中間部份有較高空間的房對于要求在建筑物中間部份有較高空間的房屋（如散粒材料庫）

7、，采用落地拱最適宜。屋（如散粒材料庫），采用落地拱最適宜。排架結(jié)構(gòu)方案排架結(jié)構(gòu)方案有3/5的空間不能利用，鹽通過皮帶運(yùn)輸機(jī)從屋頂天窗卸入倉庫時，經(jīng)常沖擊磨損屋架和支撐，對鋼支撐和屋架有不利影響。散裝鹽庫方案對比落地拱結(jié)構(gòu)方案落地拱結(jié)構(gòu)方案通過選擇合適的矢高和外形，建筑空間得到了較為充分的利用。建筑使用與結(jié)構(gòu)形式較好結(jié)合，效果良好。落地拱方案外形落地拱方案內(nèi)景結(jié)構(gòu)選型的基本原則 滿足功能的要求 鋼桁架截面高度為跨度的1/8-1/12空間平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)截面高度為跨度的1/20-1/25肋梁樓蓋梁高為跨度的1/12-1/14密肋樓蓋高度為跨度的1/19-1/222.盡可能減小結(jié)構(gòu)體系本身所占用的空間高

8、度如當(dāng)柱距為9m時，采用肋梁體系梁高約需70cm，采用密肋體系梁高僅需約47cm，每層可減少樓層高度23cm。對30層的建筑，在同樣的使用空間下，結(jié)構(gòu)總高可減少30X0.23=6.9m，相當(dāng)減少2個樓層的高度，經(jīng)濟(jì)效益明顯。結(jié)構(gòu)選型的基本原則 滿足功能的要求 天棚為平面天棚為平面時，聲源反射后分散分散，聲強(qiáng)衰減衰減，建筑物較長時，可能產(chǎn)生回聲回聲。1.建筑物聲學(xué)條件與合理幾何形體相結(jié)合結(jié)構(gòu)選型應(yīng)注意和善于利用結(jié)構(gòu)幾何體形對聲學(xué)效果的影響。現(xiàn)代大型廳堂建筑在聲學(xué)條件上要求有較好的清晰度和豐滿度，要求聲分布均勻并具有一定的混響時間，還要求在距聲源一定距離內(nèi)有足夠的聲強(qiáng)。建筑物的使用要求與結(jié)構(gòu)的合理

9、幾何形體相結(jié)合建筑物的使用要求與結(jié)構(gòu)的合理幾何形體相結(jié)合聲源停止發(fā)聲后聲音還繼續(xù)一段時間這種現(xiàn)象叫做混響，這段時間叫做混響時間曲面頂蓋曲面頂蓋可使反射聲聚焦聚焦，嚴(yán)重時會混淆混淆聽覺，曲率中心接近人體高度時，干擾干擾最嚴(yán)重。曲率半徑R2H時，反射聲線接近平行，可避免聚焦，應(yīng)盡量采用可避免聚焦，應(yīng)盡量采用。曲面頂蓋建筑曲面頂蓋建筑結(jié)構(gòu)選型的基本原則 滿足功能的要求 北京天壇回音壁1.建筑物聲學(xué)條件與合理幾何形體相結(jié)合結(jié)構(gòu)選型應(yīng)注意和善于利用結(jié)構(gòu)幾何體形對聲學(xué)效果的影響?，F(xiàn)代大型廳堂建筑在聲學(xué)條件上要求有較好的清晰度和豐滿度，要求聲分布均勻并具有一定的混響時間，還要求在距聲源一定距離內(nèi)有足夠的聲強(qiáng)

10、。建筑物的使用要求與結(jié)構(gòu)的合理幾何形體相結(jié)合建筑物的使用要求與結(jié)構(gòu)的合理幾何形體相結(jié)合聲源停止發(fā)聲后聲音還繼續(xù)一段時間這種現(xiàn)象叫做混響，這段時間叫做混響時間下垂的凹曲面屋頂下垂的凹曲面屋頂，可避免聚焦可避免聚焦圓形或橢圓形平面容易圓形或橢圓形平面容易產(chǎn)生聲場分布不均勻、產(chǎn)生聲場分布不均勻、聚焦或沿邊反射等缺點(diǎn)聚焦或沿邊反射等缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)選型的基本原則 滿足功能的要求 上凸式天窗2.采光照明與結(jié)構(gòu)的合理幾何圖形傳統(tǒng)天窗傳力路徑迂回曲折，水平構(gòu)件跨中彎矩增大。天窗、擋風(fēng)板凸出屋面使風(fēng)載作用下，屋蓋構(gòu)件、柱、基礎(chǔ)受力增大。凸出屋面的天窗重心高、剛度差、連接弱、不利于抗震。此天窗非使用空間大、天然采光照度

11、不均勻。而下沉式天窗是利用桁架上、下之間設(shè)置，在結(jié)構(gòu)受力、空間利用、采光效果方面均較傳統(tǒng)天窗優(yōu)越。建筑物的使用要求與結(jié)構(gòu)的合理幾何形體相結(jié)合建筑物的使用要求與結(jié)構(gòu)的合理幾何形體相結(jié)合下沉式天窗結(jié)構(gòu)選型的基本原則 滿足功能的要求 兩坡兩坡起拱鋼管球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架3.排水與結(jié)構(gòu)的合理幾何圖形大跨度平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一般通過起拱來解決屋面排水問題。建筑物的使用要求與結(jié)構(gòu)的合理幾何形體相結(jié)合建筑物的使用要求與結(jié)構(gòu)的合理幾何形體相結(jié)合四坡四坡起拱鋼管球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架鋼管球節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)架單元結(jié)構(gòu)選型的基本原則 滿足功能的要求 3.排水與結(jié)構(gòu)的合理幾何圖形大跨度平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一般通過起拱來解決屋面排水問題。建筑物的使用要求與結(jié)構(gòu)的

12、合理幾何形體相結(jié)合建筑物的使用要求與結(jié)構(gòu)的合理幾何形體相結(jié)合角鋼板節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架宜采用兩坡坡起拱角鋼板節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)選型的基本原則 滿足功能的要求 3.排水與結(jié)構(gòu)的合理幾何圖形大跨度平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一般通過起拱來解決屋面排水問題。建筑物的使用要求與結(jié)構(gòu)的合理幾何形體相結(jié)合建筑物的使用要求與結(jié)構(gòu)的合理幾何形體相結(jié)合正方形平面周邊支承兩向正交斜放交叉桁架型網(wǎng)架適于四坡起拱兩向正交正放交叉桁架型網(wǎng)架只適于兩坡起拱結(jié)構(gòu)選型的基本原則 滿足功能的要求 3.排水與結(jié)構(gòu)的合理幾何圖形大跨度平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一般通過起拱來解決屋面排水問題。建筑物的使用要求與結(jié)構(gòu)的合理幾何形體相結(jié)合建筑物的使用要求與結(jié)構(gòu)的合理幾何形體相結(jié)合正交正放

13、抽空四角錐網(wǎng)架起拱較方便正交斜放抽空四角錐網(wǎng)架起拱較困難結(jié)構(gòu)選型的基本原則 符合力學(xué)原理 1.選擇能充分發(fā)揮材料性能的結(jié)構(gòu)型式選擇能充分發(fā)揮材料性能的結(jié)構(gòu)型式軸向受力構(gòu)件，截面受力均勻，可充分發(fā)揮材料的強(qiáng)度受彎構(gòu)件，截面受力不均，不能充分發(fā)揮材料的強(qiáng)度矩形梁截面中部材料強(qiáng)度未能充分發(fā)揮將矩形梁改為工字梁，減少截面中部未能充分發(fā)揮材料強(qiáng)度的面積和自重。性能有所改善。將梁改成桁架，由受彎變?yōu)檩S向受力構(gòu)件。性能進(jìn)一步改善。根據(jù)彎矩圖中間大、兩端小的特點(diǎn)改成拱形桁架，性能更進(jìn)一步改善。結(jié)構(gòu)選型的基本原則 符合力學(xué)原理 1.選擇能充分發(fā)揮材料性能的結(jié)構(gòu)型式選擇能充分發(fā)揮材料性能的結(jié)構(gòu)型式當(dāng)拱的形狀合適時

14、，拱截面只受壓力，能充分發(fā)揮材料性能，因而可用磚、石等抗壓強(qiáng)度較好的材料建造跨度較大的結(jié)構(gòu)。但拱受力時會產(chǎn)生支座推力，因而需設(shè)拉桿或抗推支座結(jié)構(gòu)選型的基本原則 符合力學(xué)原理 1.選擇能充分發(fā)揮材料性能的結(jié)構(gòu)型式選擇能充分發(fā)揮材料性能的結(jié)構(gòu)型式懸索結(jié)構(gòu)是軸拉構(gòu)件，所建成的懸索橋是目前可達(dá)到最大跨度的橋梁形成薄壁空間結(jié)構(gòu)主要也是受壓，幾十米的大跨度屋蓋，薄殼厚度可做到只有幾厘米。 懸索橋薄壁空間屋蓋結(jié)構(gòu)選型的基本原則 符合力學(xué)原理 1.選擇能充分發(fā)揮材料性能的結(jié)構(gòu)型式選擇能充分發(fā)揮材料性能的結(jié)構(gòu)型式簡支梁的跨中彎矩較大伸臂梁可減小跨中彎矩，并使材料正、負(fù)彎矩相當(dāng)，構(gòu)件受力趨于均勻剛架亦可達(dá)到與伸臂

15、梁相似的目的伸臂橋結(jié)構(gòu)選型的基本原則 符合力學(xué)原理 2.合理地選擇結(jié)構(gòu)材料合理地選擇結(jié)構(gòu)材料木結(jié)構(gòu)自重輕、強(qiáng)度好、易加工，但防腐防火性能差。磚石結(jié)構(gòu)抗壓、防火防腐性能良好，但抗拉、抗震性能差，自重大。鋼結(jié)構(gòu)承載能力大，延性、抗震性能良好，但防火、防銹、保溫、隔熱需特別注意。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)承載、防腐、防火性能、可塑性好，但自重大。結(jié)構(gòu)選型的基本原則 符合力學(xué)原理 2.合理地選擇結(jié)構(gòu)材料合理地選擇結(jié)構(gòu)材料高強(qiáng)混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土可減輕自重、抗裂、抗形變性能良好，但高強(qiáng)混凝土脆性較大，預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)復(fù)雜、價格較高。輕骨料混凝土具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐火耐腐、保溫隔熱好等優(yōu)點(diǎn)，但拉、剪強(qiáng)度較低。鋼管混凝土承

16、載能力大、韌性塑性好，但同樣面臨防火防銹等問題。鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)承載、抗裂、延性好，但一次性投資高、施工工藝特殊。結(jié)構(gòu)選型的基本原則 便于施工 紐約環(huán)球航空公司候機(jī)廳薄殼結(jié)構(gòu)紐約環(huán)球航空公司候機(jī)廳薄殼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖僅130幅，但模板圖與支柱圖卻高達(dá)200張。在設(shè)計(jì)時未預(yù)想到施工的棘手問題。曾一度使用工具式移動模板來施工，但仍有很大局限性，因此法僅適用于截面形狀、尺寸不變的筒殼結(jié)構(gòu)美國西雅圖金郡體育館美國西雅圖金郡體育館采用十字形金屬旋轉(zhuǎn)胎模現(xiàn)澆而成，但此法僅適用于旋轉(zhuǎn)薄殼，也有很大的局限性。1.施工技術(shù)是實(shí)現(xiàn)先進(jìn)結(jié)構(gòu)形式的保障施工技術(shù)是實(shí)現(xiàn)先進(jìn)結(jié)構(gòu)形式的保障結(jié)構(gòu)選型的基本原則 便于施工 法國法國M

17、arigane飛機(jī)庫飛機(jī)庫其屋蓋由六波薄殼組成，采用裝配式薄殼施工方法薄殼結(jié)構(gòu)主要受無矩的薄膜內(nèi)力，材料強(qiáng)度可得到充分發(fā)揮，強(qiáng)度高、剛度大，在大跨薄殼結(jié)構(gòu)主要受無矩的薄膜內(nèi)力，材料強(qiáng)度可得到充分發(fā)揮，強(qiáng)度高、剛度大，在大跨度結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用，但度結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用，但需要高超的施工技術(shù)需要高超的施工技術(shù)?，F(xiàn)澆的施工方法，因耗模多、速度?，F(xiàn)澆的施工方法，因耗模多、速度慢而具有很大的局限性。常用方法有慢而具有很大的局限性。常用方法有工具式移動模板現(xiàn)澆法工具式移動模板現(xiàn)澆法、十字形金屬旋轉(zhuǎn)胎?，F(xiàn)澆十字形金屬旋轉(zhuǎn)胎?，F(xiàn)澆法、裝配式薄殼施工法法、裝配式薄殼施工法等。第一種方法等。第一種方法適用于筒

18、殼結(jié)構(gòu)適用于筒殼結(jié)構(gòu)，第二種方法適用于，第二種方法適用于旋轉(zhuǎn)薄殼旋轉(zhuǎn)薄殼，第三種方法第三種方法為薄殼結(jié)構(gòu)發(fā)展掃平了道路為薄殼結(jié)構(gòu)發(fā)展掃平了道路。1.施工技術(shù)是實(shí)現(xiàn)先進(jìn)結(jié)構(gòu)形式的保障施工技術(shù)是實(shí)現(xiàn)先進(jìn)結(jié)構(gòu)形式的保障結(jié)構(gòu)選型的基本原則 便于施工 某廠房施工方案某廠房施工方案原設(shè)計(jì) 選用18m裝配式預(yù)應(yīng)力薄腹梁，其質(zhì)量加上吊具總共超過10t，需采用75t輪胎式起重機(jī)。此種起重機(jī)在當(dāng)?shù)刂挥袃膳_，難以及時租用，且起重機(jī)自重大，在軟弱地面上開行也將造成因難。后改用18m普通鋼筋混凝土折線形屋架，質(zhì)量僅5t多，當(dāng)時已在現(xiàn)場使用的3-8t塔式起重機(jī)即可滿足 需要。2.結(jié)構(gòu)選型要考慮實(shí)際施工條件結(jié)構(gòu)選型要考慮實(shí)際施工條件結(jié)構(gòu)選型的基本原則 考慮經(jīng)濟(jì) 高強(qiáng)混凝土高強(qiáng)混凝土用強(qiáng)度為60MPa的混凝土代替強(qiáng)度為30-40MPa的混凝土，可節(jié)約混凝土用量40，鋼 材39左右預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)應(yīng)力混凝土如果 用強(qiáng)度為100MPa的混凝土制成預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，其自重將減輕到相當(dāng)于鋼結(jié)構(gòu)的自重。如把混凝土強(qiáng)度提高到l20MPa并結(jié)合預(yù)應(yīng)力技術(shù)，可使混凝土結(jié)構(gòu)代替