大跨度建筑的結(jié)構(gòu)類(lèi)型及造型

1、譚夢(mèng)琪060507012007301400大跨度建筑：跨度30M大跨度結(jié)構(gòu)（鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范）：跨度60M主要應(yīng)用：（公用）影劇院、體育場(chǎng)館、展覽會(huì)議場(chǎng)所、航空港等；（工業(yè)）裝配車(chē)間、飛機(jī)庫(kù)、大跨廠房等技術(shù)落后，巨大的斗獸場(chǎng)無(wú)法做出覆蓋，只能做成露天的雄偉廣場(chǎng)三角拱三角拱石梁石梁肋拱肋拱筒拱筒拱交叉拱交叉拱古代拱的發(fā)展古代拱的發(fā)展拱：外力作用下內(nèi)彎矩值小，主要為軸向壓力，且分布均勻兩鉸拱、無(wú)鉸拱，超兩鉸拱、無(wú)鉸拱，超靜定結(jié)構(gòu)；三鉸拱，靜定結(jié)構(gòu)；三鉸拱，靜定結(jié)構(gòu)靜定結(jié)構(gòu)材料：鑄鐵、材料：鑄鐵、鋼筋混凝土等鋼筋混凝土等材料的運(yùn)用，材料的運(yùn)用，一改古老石材一改古老石材的笨重的笨重A:充分利用抗壓材料特性，

2、比梁結(jié)構(gòu)減小結(jié)構(gòu)斷面尺寸D:支座處產(chǎn)生水平推力，必須設(shè)寬厚堅(jiān)固的拱腳支座1、拱腳支座處，設(shè)水平拉拱腳支座處，設(shè)水平拉桿，平衡推力，減小墻、桿，平衡推力，減小墻、柱斷面尺寸柱斷面尺寸2、由框架結(jié)構(gòu)抵抗水平、由框架結(jié)構(gòu)抵抗水平推力，保證框架剛度，連推力，保證框架剛度，連接牢固接牢固僅在推力不大，地質(zhì)條件較好時(shí)！僅在推力不大，地質(zhì)條件較好時(shí)！北京體育學(xué)院田徑房北京體育學(xué)院田徑房落地拱暴露出來(lái)，以強(qiáng)烈的落地拱暴露出來(lái)，以強(qiáng)烈的結(jié)構(gòu)自身韻律美化室內(nèi)環(huán)境，結(jié)構(gòu)自身韻律美化室內(nèi)環(huán)境，利用高側(cè)窗采光。利用高側(cè)窗采光。剛架：橫梁和柱整體連接，構(gòu)成一剛架：橫梁和柱整體連接，構(gòu)成一種門(mén)式結(jié)構(gòu)種門(mén)式結(jié)構(gòu)外加荷載下，結(jié)

3、構(gòu)產(chǎn)外加荷載下，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生微小形變，產(chǎn)生相生微小形變，產(chǎn)生相應(yīng)的內(nèi)應(yīng)力。應(yīng)的內(nèi)應(yīng)力。如柱對(duì)梁的約束力，如柱對(duì)梁的約束力，使梁有恢復(fù)原來(lái)形狀使梁有恢復(fù)原來(lái)形狀的趨勢(shì)，從而減小梁的趨勢(shì)，從而減小梁中彎矩。中彎矩?？筛鶕?jù)彎矩分布情況設(shè)計(jì)截面大小可根據(jù)彎矩分布情況設(shè)計(jì)截面大小彎矩彎矩大的部位截面大，可充分發(fā)揮材料潛力！大的部位截面大，可充分發(fā)揮材料潛力！該游泳館采該游泳館采用不對(duì)稱(chēng)鋼用不對(duì)稱(chēng)鋼筋混凝土剛筋混凝土剛架結(jié)構(gòu)，利架結(jié)構(gòu)，利用結(jié)構(gòu)下部用結(jié)構(gòu)下部空間布置跳空間布置跳水臺(tái)，部分水臺(tái)，部分剛架暴露，剛架暴露，部分吊頂。部分吊頂。大跨度，多跨間的大跨度，多跨間的工業(yè)廠房們，采用工業(yè)廠房們，采用門(mén)式剛架，

4、輕巧，門(mén)式剛架，輕巧，安裝方便，節(jié)約。安裝方便，節(jié)約。桁架：由各個(gè)桿件鉸結(jié)組成的一種桁架：由各個(gè)桿件鉸結(jié)組成的一種格構(gòu)式結(jié)構(gòu)格構(gòu)式結(jié)構(gòu), ,多作屋頂承重結(jié)構(gòu)。多作屋頂承重結(jié)構(gòu)。材料強(qiáng)度充分利用，省材料，自重材料強(qiáng)度充分利用，省材料，自重減輕，常用木材、鋼材、鋼筋混凝減輕，常用木材、鋼材、鋼筋混凝土建造。土建造。桁架結(jié)構(gòu)桁架結(jié)構(gòu) 梁柱框架梁柱框架桿件間鉸結(jié)桿件間鉸結(jié)鋼筋混凝土現(xiàn)澆鋼筋混凝土現(xiàn)澆桿件內(nèi)軸向內(nèi)力，桿件內(nèi)軸向內(nèi)力，拉或壓拉或壓主要為彎矩主要為彎矩應(yīng)力分布均勻應(yīng)力分布均勻不均勻不均勻上：三角形、梯形、拱形、上：三角形、梯形、拱形、無(wú)斜腹桿拱形無(wú)斜腹桿拱形左：三鉸拱式、三鉸剛架左：三鉸拱式

5、、三鉸剛架式桁架式、排架式桁架結(jié)式桁架式、排架式桁架結(jié)構(gòu)構(gòu)1898，巴黎世博會(huì)機(jī)械館，巴黎世博會(huì)機(jī)械館北京體育館，北京體育館，6000人，跨度人，跨度56M,桁架桁架暴露于比賽大廳，頂部設(shè)有天窗，以利暴露于比賽大廳，頂部設(shè)有天窗，以利于采光和通風(fēng)。于采光和通風(fēng)。敦煌市火車(chē)站敦煌市火車(chē)站無(wú)柱風(fēng)雨棚無(wú)柱風(fēng)雨棚拱、剛架、桁架同屬平面力系，解拱、剛架、桁架同屬平面力系，解決屋頂結(jié)構(gòu)問(wèn)題。但還是有很大局決屋頂結(jié)構(gòu)問(wèn)題。但還是有很大局限性。限性。二戰(zhàn)后，新型大跨度建筑涌現(xiàn)不斷二戰(zhàn)后，新型大跨度建筑涌現(xiàn)不斷。形式更加新穎，結(jié)構(gòu)更加合理，。形式更加新穎，結(jié)構(gòu)更加合理，讓人耳目一新。如：空間網(wǎng)格、折讓人耳目一新

6、。如：空間網(wǎng)格、折板與薄殼、懸索、張拉膜等結(jié)構(gòu)。板與薄殼、懸索、張拉膜等結(jié)構(gòu)。定義：由一定傾斜角度整體相連的一種薄板體系，常用鋼筋混凝土，鋼絲網(wǎng)水泥建造。組成：折板+橫隔構(gòu)件A A：結(jié)構(gòu)厚度薄，省材料，可預(yù)制裝：結(jié)構(gòu)厚度薄，省材料，可預(yù)制裝配，省模板，可做大跨度屋頂，也配，省模板，可做大跨度屋頂，也可作外墻?？勺魍鈮?。平行折板平行折板 扇形折板扇形折板扇形板：一扇形板：一端波長(zhǎng)小，端波長(zhǎng)小，一端大，放一端大，放射狀，適用射狀，適用于梯形平面于梯形平面。巴西圣保羅會(huì)堂：巴西圣保羅會(huì)堂：D=60M,扇形折板從扇形折板從中心向四中心向四 周呈輻射周呈輻射狀圓形；切割手法形狀圓形；切割手法形成三角形外

7、墻，結(jié)構(gòu)成三角形外墻，結(jié)構(gòu)與建筑造型完美統(tǒng)一。與建筑造型完美統(tǒng)一。受啟發(fā)于自然界的種子外殼、蛋殼、貝受啟發(fā)于自然界的種子外殼、蛋殼、貝殼殼以最少的材料獲得堅(jiān)硬的外殼！以最少的材料獲得堅(jiān)硬的外殼！A:A:利用混凝土可塑性，主要承受曲面內(nèi)利用混凝土可塑性，主要承受曲面內(nèi)軸向力，彎矩扭矩很??；強(qiáng)度、剛度好軸向力，彎矩扭矩很小；強(qiáng)度、剛度好；薄殼厚僅為跨度幾百分之一，一般平；薄殼厚僅為跨度幾百分之一，一般平板結(jié)構(gòu)的十分之一。自重輕、省材料、板結(jié)構(gòu)的十分之一。自重輕、省材料、外形多樣。外形多樣。D:D:現(xiàn)澆施工，費(fèi)工、費(fèi)時(shí)、費(fèi)模板，結(jié)現(xiàn)澆施工，費(fèi)工、費(fèi)時(shí)、費(fèi)模板，結(jié)構(gòu)計(jì)算復(fù)雜，不易承受集中荷載。構(gòu)計(jì)算復(fù)

8、雜，不易承受集中荷載。筒殼筒殼圓頂殼圓頂殼雙曲扁殼雙曲扁殼雙曲拋物面殼雙曲拋物面殼建筑造型是以各種幾何曲面圖形建筑造型是以各種幾何曲面圖形為基本，有圓筒形、圓球形、雙為基本，有圓筒形、圓球形、雙曲拋物面形。曲拋物面形。不簡(jiǎn)單重復(fù)上述基本形式，而是不簡(jiǎn)單重復(fù)上述基本形式，而是巧妙地運(yùn)用交貫、切割、改變參巧妙地運(yùn)用交貫、切割、改變參數(shù)等方法，重新組合再創(chuàng)造。造數(shù)等方法，重新組合再創(chuàng)造。造型獨(dú)特新穎，突出建筑個(gè)性。型獨(dú)特新穎，突出建筑個(gè)性。法格勒諾布爾冰球法格勒諾布爾冰球館：四片筒形薄殼館：四片筒形薄殼十字正交，花瓣形十字正交，花瓣形美國(guó)美國(guó)“未來(lái)航空港未來(lái)航空港”設(shè)設(shè)計(jì)方案：兩套筒殼，一計(jì)方案：兩

9、套筒殼，一是放射狀的錐形筒殼；是放射狀的錐形筒殼；另一是呈環(huán)狀的交叉固另一是呈環(huán)狀的交叉固定筒殼。兩套殼體，巧定筒殼。兩套殼體，巧妙妙“相貫相貫”。三束錐狀雙曲面薄殼交三束錐狀雙曲面薄殼交匯于屋頂中心，立面呈匯于屋頂中心，立面呈拋物線形，上下雙層殼拋物線形，上下雙層殼板組成空腔殼體，平均板組成空腔殼體，平均厚度厚度18CM,僅為跨度的僅為跨度的1/144。埃羅埃羅 沙里寧，沙里寧，1/81/8球面薄殼，平面為曲邊三球面薄殼，平面為曲邊三角形，邊梁向上卷起，傳遞荷載至三個(gè)支座，角形，邊梁向上卷起，傳遞荷載至三個(gè)支座，地下埋設(shè)水平拉桿，平衡推力，銅板覆蓋，玻地下埋設(shè)水平拉桿，平衡推力，銅板覆蓋，玻

10、璃幕墻曲面外墻。璃幕墻曲面外墻。美國(guó)麻省理工學(xué)院禮堂美國(guó)麻省理工學(xué)院禮堂四片雙曲面鋼砼薄殼合圍成四片雙曲面鋼砼薄殼合圍成屋頂，展翅飛翔的大鳥(niǎo)。采屋頂，展翅飛翔的大鳥(niǎo)。采光帶分開(kāi)四部分，邊梁朝支光帶分開(kāi)四部分，邊梁朝支座逐漸加寬，適應(yīng)增大的內(nèi)座逐漸加寬，適應(yīng)增大的內(nèi)力。模型實(shí)驗(yàn)，藝術(shù)與結(jié)構(gòu)力。模型實(shí)驗(yàn)，藝術(shù)與結(jié)構(gòu)的完美結(jié)合，沒(méi)有生硬的幾的完美結(jié)合，沒(méi)有生硬的幾何圖形痕跡。何圖形痕跡。多根桿件多根桿件以一定規(guī)律以一定規(guī)律節(jié)點(diǎn)連接節(jié)點(diǎn)連接空間結(jié)構(gòu)形式空間結(jié)構(gòu)形式平板網(wǎng)架平板網(wǎng)架曲面網(wǎng)殼曲面網(wǎng)殼1、多向受力結(jié)構(gòu)，整體性強(qiáng)，穩(wěn)定，、多向受力結(jié)構(gòu)，整體性強(qiáng)，穩(wěn)定，剛度大；剛度大；2、桿件主要承受軸向拉、壓

11、力，符合、桿件主要承受軸向拉、壓力，符合材料特性，節(jié)省；材料特性，節(jié)?。?、結(jié)構(gòu)高度小，有效利用空間；、結(jié)構(gòu)高度小，有效利用空間；4、桿件規(guī)格統(tǒng)一，易于生產(chǎn)。、桿件規(guī)格統(tǒng)一，易于生產(chǎn)。支座簡(jiǎn)支支座簡(jiǎn)支交叉桁架體系交叉桁架體系 + + 角錐角錐體系體系 兩向正交兩向正交三向交叉三向交叉三角錐三角錐四角錐四角錐六角錐六角錐（網(wǎng)架（網(wǎng)架平板屋頂）平板屋頂） 八角形平面，八角形平面，容納一萬(wàn)人，主容納一萬(wàn)人，主跨跨88M,鋼管桿件鋼管桿件球節(jié)點(diǎn)連結(jié)，網(wǎng)球節(jié)點(diǎn)連結(jié)，網(wǎng)架支撐在一圈混架支撐在一圈混凝土柱上。凝土柱上。美國(guó)加利福尼亞大學(xué)體育館：美國(guó)加利福尼亞大學(xué)體育館：91M122M,三角錐體系平板網(wǎng)架三角

12、錐體系平板網(wǎng)架多數(shù)底部為有推力結(jié)構(gòu)，制作條件復(fù)雜；但相較網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，外形豐富，造型多變。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)VS薄殼：一改鋼筋混凝土薄殼施工時(shí)需要支大量模板，濕作業(yè)勞動(dòng)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的劣勢(shì)，采用計(jì)算機(jī)計(jì)算方式，安裝方便，結(jié)構(gòu)更合理。按形狀分：柱面網(wǎng)殼、球面網(wǎng)殼、按形狀分：柱面網(wǎng)殼、球面網(wǎng)殼、雙曲扁網(wǎng)殼、單塊扭網(wǎng)殼、四塊組雙曲扁網(wǎng)殼、單塊扭網(wǎng)殼、四塊組合型扭網(wǎng)殼合型扭網(wǎng)殼按層數(shù)分：?jiǎn)螌?、雙層按層數(shù)分：?jiǎn)螌印㈦p層柱面網(wǎng)殼柱面網(wǎng)殼：適用于矩形平面，構(gòu)造簡(jiǎn)：適用于矩形平面，構(gòu)造簡(jiǎn)單施工方便，廣泛應(yīng)用；具有典型拱單施工方便，廣泛應(yīng)用；具有典型拱結(jié)構(gòu)受力特征，需解決水平推力。結(jié)構(gòu)受力特征，需解決水平推力。球面網(wǎng)殼球面網(wǎng)殼：適

13、用于圓平面，整體類(lèi)似穹頂。球冠型和近似整球型。1967世博會(huì)美國(guó)館雙曲扁網(wǎng)殼雙曲扁網(wǎng)殼：矢高小，空間利用率高；但支撐邊梁也需做成相應(yīng)弧形，帶來(lái)施工難度雙曲拋物面網(wǎng)殼雙曲拋物面網(wǎng)殼：(馬鞍形)造型新穎奇特，素線為直線。德陽(yáng)體育館德陽(yáng)體育館雙曲拋物面網(wǎng)殼雙曲拋物面網(wǎng)殼甘肅慶陽(yáng)甘肅慶陽(yáng)宮體育宮體育館館曲曲面扁殼面扁殼+弧形大拱弧形大拱美國(guó)塔科馬市體育館美國(guó)塔科馬市體育館膠合木膠合木網(wǎng)殼網(wǎng)殼D=160M單層網(wǎng)殼單層網(wǎng)殼二戰(zhàn)以后，隨二戰(zhàn)以后，隨著理論研究、著理論研究、抗震性能分析抗震性能分析進(jìn)一步深入，進(jìn)一步深入，新材料、新施新材料、新施工工藝的運(yùn)用，工工藝的運(yùn)用，國(guó)外很早就采國(guó)外很早就采用各種材料建用

14、各種材料建造網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。造網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。肋環(huán)形空腹雙層網(wǎng)殼肋環(huán)形空腹雙層網(wǎng)殼，東西跨度122M, 南北144M。整個(gè)屋頂呈橢球形大穹頂，表面由具有柔和色調(diào)與光澤的僅0.44mm厚的鈦金屬板覆蓋。前后兩側(cè)有兩個(gè)類(lèi)似三角形的玻璃幕墻切面，整個(gè)建筑浮于水面之上，需從一條長(zhǎng)80M的水下通道進(jìn)入演出大廳。受啟發(fā)于懸索橋梁，20世紀(jì)50年代后，隨著高強(qiáng)鋼絲出現(xiàn)，懸索結(jié)構(gòu)興起。組成：索網(wǎng)、邊緣構(gòu)件、下部支承。索網(wǎng)非常柔軟，只承受軸向拉力，無(wú)彎矩也無(wú)剪力；邊緣構(gòu)件錨固索網(wǎng)，連接底部支承，可采用梁、桁架、拱等形式，應(yīng)保證足夠剛度；下部支承多為受壓構(gòu)件，常為柱。A：充分發(fā)揮鋼索受拉，鋼砼邊緣構(gòu)件受壓、受彎的特性，結(jié)構(gòu)輕

15、，省鋼材 外形與傳統(tǒng)建筑迥異，適用于各類(lèi)平面形式 跨越巨大空間，中間沒(méi)有支點(diǎn)，功能安排更靈活； 在60M150M內(nèi)，優(yōu)勢(shì)明顯。DIA:抗風(fēng)荷載能力差。單層單曲面雙層單曲面雙曲面輪輻式雙曲面鞍形杜勒斯國(guó)際機(jī)場(chǎng)：?jiǎn)慰缇囟爬账箛?guó)際機(jī)場(chǎng)：?jiǎn)慰缇匦纹矫妫虏考臃€(wěn)定索，形平面，下部加穩(wěn)定索，頂部加蓋輕質(zhì)材料，加強(qiáng)頂部加蓋輕質(zhì)材料，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體抗震動(dòng)、抗風(fēng)性結(jié)構(gòu)整體抗震動(dòng)、抗風(fēng)性能。能。D=94M ，輪輻式雙層懸索，輪輻式雙層懸索，上下索各上下索各144根，在外環(huán)上根，在外環(huán)上錯(cuò)開(kāi)半間布置；鋼砼外環(huán)支錯(cuò)開(kāi)半間布置；鋼砼外環(huán)支撐在環(huán)形框架的撐在環(huán)形框架的48根柱上；根柱上；內(nèi)環(huán)為鋼結(jié)構(gòu)圓筒，內(nèi)環(huán)為鋼結(jié)構(gòu)圓筒，

16、D=26M。由兩組曲率相反的拉索交叉組成索網(wǎng)。由兩組曲率相反的拉索交叉組成索網(wǎng)。鋼索固定在兩根混凝土柱上，鋼索固定在兩根混凝土柱上，金屬板材覆蓋屋面。金屬板材覆蓋屋面。以?xún)?yōu)良的柔軟組織物為膜面材料，由空氣壓力支承（氣承式）、或柔性鋼索（張拉式）或剛性骨架（骨架式）將膜材繃緊而形成建筑空間。A:質(zhì)輕，透光、自潔性好；施工方便造型豐富。DIA:隔聲效果差、耐久性不夠好、膜面抵抗局部集中荷載的能力差 為提高膜面的抗風(fēng)能力，可將其設(shè)計(jì)成為提高膜面的抗風(fēng)能力，可將其設(shè)計(jì)成呈反向的雙曲面形式呈反向的雙曲面形式正負(fù)曲面。且對(duì)拉正負(fù)曲面。且對(duì)拉索施加適當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力，以保證無(wú)論何方向的索施加適當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力，以保證無(wú)論何方向的風(fēng)力作用都不會(huì)松弛。風(fēng)力作用都不會(huì)松弛。 抹面材料宜選擇輕質(zhì)、高抹面材料宜選擇輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐高溫、低溫、防火性好，強(qiáng)、耐高溫、低溫、防火性好，有一定透明度的材料。有一定透明度的材料。常見(jiàn)骨架：桁架、拱、網(wǎng)架、網(wǎng)殼常見(jiàn)骨架：桁架、拱、網(wǎng)架、網(wǎng)殼膜材僅為表皮使用，自身結(jié)構(gòu)承載作膜材僅為表皮使用，自身結(jié)構(gòu)承載作用不能得到充分發(fā)揮，結(jié)構(gòu)跨度、造用不能得到充分發(fā)揮，結(jié)構(gòu)跨度、造型也受到支撐骨架的限制型也受到支撐骨架的限制利用膜材料制成氣囊，充氣后，總是以曲線和曲面來(lái)構(gòu)