現(xiàn)代建筑結構-建筑結構選型課件

中南大學丁發(fā)興副教授、博士2008年5月6日現(xiàn)代建筑結構

提綱建筑篇橋梁篇大跨度建筑超高層建筑巨型建筑簡支梁、連續(xù)梁橋剛構橋拱橋斜拉橋懸索橋國家大劇院毗鄰天安門廣場，占地面積達490,485平方英尺。它由玻璃與鈦金屬制成，看上去就像漂浮在人工湖上一樣。矗立于北京鬧市區(qū)與古代建筑群之中的國家大劇院飽受非議，北京市民認為它與北京的建筑格格不入，這些建筑包括人民紀念碑、人民大會堂以及天安門。法國設計師保羅安德烈（PaulAndreu）的建筑作品從來不缺乏爭議，例如他在1974年所設計的法國戴高樂機場一號候機廳就因其反常規(guī)的弧線而受到非議。盡管如此，戴高樂機場仍然以其開創(chuàng)性的未來主義風格而獨樹一幟。（機場二號候機廳也是安德烈的作品，它曾于2004年倒塌，四人因此遇難。）國家大劇院包括三個大廳，擁有2416個座位的歌劇廳，擁有2017個座位的音樂廳，和擁有1040個座位的劇院。國家大劇院國家大劇院國家大劇院5大特色1、規(guī)模大

國家大劇院建成后，將成為中國最大的劇院，是中國最高藝術表演中心和首都新時代的標志性建筑。

2、功能全

除了辦公區(qū)和劇場外，大劇院內部還有各類化妝間、練琴房、演員候場區(qū)、換裝間、服裝整燙間、道具間、演員休息廳等，功能齊全。

3、技術高

大劇院地下最深處達到32.5米，這一深度地下水的浮力足以讓龐大的大劇院殼體漂浮起來，為此工程地質和水文方面的專家聯(lián)合攻關，最終解決了這一難題。同時，大劇院外殼使用連續(xù)的鋼網架結構，中間沒有任何支撐，是國內同類建筑中跨度最大的。

4、聲音真

大劇院在3個表演廳演出歌劇、交響樂等時都采用自然音響，不用麥克風?！霸谖枧_中央撕張紙，坐在最后一排的觀眾都聽得見。”

5、通訊靈

大劇院的設計者克服了劇院“鋼蓋”造成的屏蔽等技術難題，使得所有觀眾無論是使用全球通、聯(lián)通還是小靈通設備，都能在劇院內實現(xiàn)無障礙通話；同時，演出期間劇場內觀眾的所有移動通信設備又將自動“失靈”。

國家游泳中心(水立方)

該方案由中國建筑工程總公司、澳大利亞PTW建筑師事務所、ARUP澳大利亞有限公司聯(lián)合設計。方案取名[H2O]3(水的立方)“水”的主題，有機地融入了內部的活動、結構的形式和建筑的外觀。

設計者從水分子和水泡的微觀結構，演繹出一種新型的剛性結構體系，表面覆蓋的ETFE透明膜又賦予了建筑冰晶狀的外貌。設計者發(fā)揮了中國傳統(tǒng)的空間觀、宇宙觀和建筑觀，將建筑形體設計為單純的“方”，同中國文化傳統(tǒng)相呼應。方案中方形的建筑輪廓和國家體育場圓形的輪廓形成了較好的呼應，又非常協(xié)調。奧運會比賽、日常體育賽事和娛樂活動的需要在方案中也得到了充分的考慮，多項水上運動設施的設計，為賽前賽后商業(yè)運營奠定了基礎。國家游泳中心(水立方)

水立方方案簡介作為2008年北京奧運會標志性建筑物之一，國家游泳中心總建筑面積65000～80000平方米，其中地下部分的建筑面積不少于15000平方米。國家游泳中心主要由五個特殊區(qū)域組成，即競賽區(qū)、運動員及隨隊官員區(qū)、競賽管理區(qū)、貴賓區(qū)、媒體區(qū)。

國家游泳中心位于北京奧林匹克公園內，規(guī)劃建設用地62950平方米。2008年北京奧運會三大標志性建筑物，國家體育場、國家體育館、國家游泳中心，都規(guī)劃在北京奧林匹克公園內。國家游泳中心與國家體育場分列于中軸線的兩側，北側緊鄰國家體育館，三者分列于中軸線的兩側，烘托北京城市中軸線的雄偉壯闊，體現(xiàn)深厚的文化內涵，共同形成相對完整的城市形象。國家游泳中心東側為規(guī)劃中軸線綠化廣場，南側與北頂娘娘廟之間為綠化緩沖空間。按照體育設施向社會化、產業(yè)化發(fā)展的指導思想，國家游泳中心將建成為具有國際先進水平的、集游泳、運動、健身、休閑于一體的中心，將成為奧林匹克運動留給北京的寶貴遺產和北京城市建設新亮點。2008年奧運會期間，國家游泳中心承擔游泳、跳水、花樣游泳、水球等比賽，可容納觀眾坐席17000座，其中永久觀眾坐席為6000座，奧運會期間增設臨時性座位11000個(賽后將拆除)。奧運會后，游泳中心仍可承擔重大水上比賽（如：殘奧會、世界游泳、跳水錦標賽）、各類常規(guī)賽事。國家游泳中心(水立方)

水立方項目概況1潔凈能源的合理高效利用。國家游泳中心定位于綠色建筑來設計，吸收太陽輻射和減少熱量損耗，使大部分陽光可以照入室內，作為游泳池內池水的被動熱源（被動式太陽暖房），池水加熱所需52%的能源由清潔能源供應。設計采用熱值材料的熱量儲存和隨季節(jié)變化的內遮陽方案來充分利用太陽能，白天能夠有效收集熱量，夜晚熱量被釋放到建筑物內部。同時將應用國際最先進的小規(guī)模光伏發(fā)電并網系統(tǒng)進行太陽能光電利用。

2室內環(huán)境的優(yōu)化措施充分利用了自然通風和自然采光，編制了《國家游泳中心外立面環(huán)境設計最終方案》，對游泳館內的不同區(qū)域實現(xiàn)分區(qū)溫度、濕度控制，為運動員和觀眾提供舒適的室內環(huán)境。同時，還采用了高效的防結露措施，完善的熱回收系統(tǒng)以減少能源消耗。國家游泳中心(水立方)

水立方特點3水資源的合理回收利用采用接水和水循環(huán)敏感性設計的原則，通過將水在美學和生態(tài)學方面的運用，以加強設計中“水”的概念。充分考慮雨洪利用和中水回用，地面排水系統(tǒng)和景觀綠化密切結合，最大限度地有效利用和再利用水資源，保護當?shù)厮h(huán)境。采用先進的水處理系統(tǒng)確保水質達到國家標準、國家泳聯(lián)（FINA）以及世界衛(wèi)生組織(WHO)的嚴格標準。

4新型環(huán)保節(jié)能產品的選用采用“可持續(xù)發(fā)展力評估”的SPEAR評估體系指導設計，建筑材料、裝修材料及制成品均選用節(jié)能環(huán)保型產品，符合國家相關技術指標及以《奧運工程環(huán)保指南》的要求，以盡可能減少對市內外環(huán)境的污染。國家游泳中心(水立方)

水立方特點奧林匹克公園效果圖鳥瞰

商業(yè)區(qū)入口

坐席

國家體育場

為讓北京奧運會主會場這個有著91000個座位的、可能是至今最大的環(huán)保型體育場獲得自然通風,建筑師從自然中獲得了靈感,獨創(chuàng)了一個未完全密封,但同樣能為觀眾和運動員遮風擋雨的外殼。體育場的外觀猶如一個由枝條編織而成的鳥巢;而其內部,從休息室到飯店,每一個分開的空間都是一個獨立的單元,從而使自然空氣的流通成為可能。國家體育場

建筑特點

國家體育場位于北京奧林匹克公園中心區(qū)南部，為2008年第29屆奧林匹克運動會的主體育場。工程總占地面積21公頃，建筑面積258,000平方米。場內觀眾坐席約為91000個，其中臨時坐席約11000個。將舉行奧運會、殘奧會開閉幕式、田徑比賽及足球比賽決賽。奧運會后將成為北京市民廣泛參與體育活動及享受體育娛樂的大型專業(yè)場所，并成為具有地標性的體育建筑和奧運遺產。國家體育場工程為特級體育建筑，主體結構設計使用年限100年，耐火等級為一級,抗震設防烈度8度,地下工程防水等級1級。工程主體建筑呈空間馬鞍橢圓形，南北長333米、東西寬294米的，高69米。主體鋼結構形成整體的巨型空間馬鞍形鋼桁架編織式“鳥巢”結構，鋼結構總用鋼量為4.2萬噸，混凝土看臺分為上、中、下三層，看臺混凝土結構為地下1層，地上7層的鋼筋混凝土框架-剪力墻結構體系。鋼結構與混凝土看臺上部完全脫開，互不相連，形式上呈相互圍合，基礎則坐在一個相連的基礎底板上。國家體育場屋頂鋼結構上覆蓋了雙層膜結構，即固定于鋼結構上弦之間的透明的上層ETFE膜和固定于鋼結構下弦之下及內環(huán)側壁的半透明的下層PTFE聲學吊頂。國家體育場

工程概況北京國際機場

北京首都國際機場3號航站樓位于北京市東北方，距市中心約25公里，位于1、2號航站樓的東側，總建筑面積約100萬㎡，是目前為止，世界上最大的單體航站樓。

從空中俯視猶如一條巨龍昂首臥于首都北京的東北方向，形成了充滿整體動感的建筑體量。這種完整的建筑格局無論是在室內還是室外，都將形成令人震撼的出行體驗。設計年旅客吞吐量4300萬人次，可?？慨斀袷澜缑裼煤娇瞻湛虯380在內的所有機型。3號航站樓南北向長2900米，寬790米，建筑高度45米，由T3C、T3D和T3E三部分組成。北京當代MOMA(LINKEDHYBRID)

作為全國最具流行色彩的城市，北京吸引了很多知名建筑大師成就事業(yè)。入選的北京長城腳下的公社是由１２名亞洲杰出建筑師設計建造的當代建筑藝術作品。北京當代ＭＯＭＡ的設計表明了環(huán)保創(chuàng)新技術在住宅中應用和它所代表的建筑發(fā)展新趨勢，堪稱大型可持續(xù)發(fā)展住宅建筑的典范。

北京當代MOMA(LINKEDHYBRID)

北京當代MOMA占地160萬平方英尺，其所擁有的700間公寓將滿足2500人的住房需求。作為大型可持續(xù)發(fā)展住宅的模型，當代MOMA將建成全球首屈一指的地熱溫控系統(tǒng)。當代MOMA共有八幢建筑，一個貫穿每幢建筑二十樓的環(huán)形服務區(qū)（如咖啡館、洗衣店等）將所有建筑相連接。雙向水管系統(tǒng)將地下100米出的水抽上來，并在各層間巡回流通。

這個水循環(huán)系統(tǒng)就像一個巨大的溫度調節(jié)器，不需要空調就可以實現(xiàn)夏天降溫冬天升溫的效果。同時，每間公寓都將配備污水循環(huán)系統(tǒng)，北京的許多小型建筑已經開始使用這種系統(tǒng)，即將廚房與洗滌廢水用于沖廁。

上海崇明東灘生態(tài)城(DongtanEcoCity)

崇明東灘生態(tài)城由上海工業(yè)投資集團投資開發(fā)，定于2040年竣工，其規(guī)模相當于整個曼哈頓。建成后的東灘生態(tài)城將成為全球首座能夠實現(xiàn)完全自己自足的國際都市。同曼哈頓一樣，東灘生態(tài)城也坐落于一座島嶼上，即中國第三大島嶼崇明島。長江邊的東灘將會與上海一樣繁榮。

東灘生態(tài)城的一期工程將于2010年上海世博會召開的時候竣工，屆時將有5萬人成為生態(tài)城的居民。接下去五年的目標包括以下三個方面：污水凈化系統(tǒng)、垃圾管理與能源再生。東灘生態(tài)城將建成各種交通體系與上海相接連。

廈門大學

中美城市對比

上海中央公園紐約中央公園

中國聯(lián)通黑龍江分公司樞紐大樓

結構：鋼管混凝土高度：150米建筑面積：36000平方米樓層：地下3層、地上34層建設單位：中國聯(lián)通黑龍江分公司設計單位：上海民用建筑設計院

黑龍江省郵電設計院施工單位：哈爾濱正大建筑集團

黑龍江省安裝公司

哈爾濱善桐鋼管砼結構開發(fā)公司上海世界金融中心大廈

101層高的上海環(huán)球金融中心將在高樓林立的上海浦東陸家嘴金融區(qū)拔地而起。2008年竣工時，它將成為全球最高的建筑物。

建造摩天大樓的巨大挑戰(zhàn)在于如何設計出能夠抵御高空強風的建筑結構。設計師開創(chuàng)性地在大樓頂部截出一塊矩形空心以減少風壓。同時這也造就了全球最高的戶外觀景臺——從100層樓高的地方遠眺，會不會暈倒呢。

新央視大樓

新央視大樓

CCTV新大樓的設計顛覆了摩天大樓的概念。它打破了北京的建筑規(guī)范，所以需要專家審議小組的批準。CCTV新大樓不符合建筑力學的標準，它由兩座傾斜的塔樓構成，上下兩個端部呈90度彎曲并相互連接成一個環(huán)。工程師的解決方法是建造一個斜向支撐的建筑管道。這一不規(guī)則的斜肋構架體系反映了管道表面的受力分布狀況。這座由Rem

Koolhaas和OleScheeren

設計，OveArup負責建造的大樓重新定義了摩天大樓的概念。

巨型結構的特點和應用

巨型結構是由大型構件(巨型梁、巨型柱和巨型支撐)組成的主結構與常規(guī)結構構件組成的次結構共同工作的一種新型結構體系。從平面整體看：滿足盡量開展的原則，發(fā)揮材料性能從結構角度看：具有巨大抗側剛度及整體工作性能，合理的高聳結構形式從建筑角度看：巨型結構滿足具有特殊形態(tài)和使用功能的建筑平立面要求按主要受力體系形式劃分巨型桁架結構巨型框架結構巨型懸掛結構巨型分離式結構按材料分巨型鋼筋混凝土結構巨型鋼-混凝土結構巨型鋼-鋼筋混凝土混合結構巨型鋼結構巨型結構的優(yōu)點傳力明確滿足建筑功能整體性能好可將多種結構形式及不同材料進行組合施工速度快節(jié)約材料降低造價巨型桁架體系香港中國銀行大廈由貝聿銘建筑師事務所設計，1990年完工；總建筑面積12.9萬平方米，地上70層，總高369米；結構采用4角12層高的巨形鋼柱支撐，室內無一根柱子。典型工程實例巨型框架-支撐結構體系北京電視中心綜合業(yè)務大樓北京電視中心綜合業(yè)務樓工程于2002年12月12日奠基開工，2005年7月18日封頂。建筑高236.4米，地上41層，為國內首座純鋼結構超高層建筑。典型工程實例巨型鋼框架結構體系－上海證券大廈上海證券大廈是一座集建筑美學與現(xiàn)代科學為一體的智能型建筑，大廈由加拿大WZMH建筑設計事務所設計，采用敞開式巨門的造型，在西端建筑之間凌空橫跨63米大型天橋。立面外罩銀白色鋁合金板的米字型網，顯露出全鋼結構的穩(wěn)重與堅固，整個建筑極富時代感?！俺壗鹱炙比毡緰|京是地球上人口密度最大的城市之一，為了解決未來人口居住問題，斯坦福大學的意大利建筑師丹特·比尼打算在日本東京海灣建一座史無前例的“超級金字塔”——它將有2004米高，總占地面積約8平方公里，將是埃及的吉薩金字塔的12倍。“金字塔”高2004米，是埃及金字塔12倍大將建造在東京海灣，其外觀呈金字塔形狀，但高度卻達到驚人的2004米，總占地面積約8平方公里，基底周長為2800米。矗立在東京海灣上，完全不占用寶貴的土地資源。

“超級金字塔”總共為8層，1至4層商住兩用，5至8層設有娛樂和公共設施，每層高度為250.5米，合計正好2004米。在金字塔中總建筑面積達到50平方公里，將建造24萬套公寓、商業(yè)中心、廣場、學校和醫(yī)院，堪稱一座名副其實的“金字塔城”。

36根巨柱當?shù)鼗?，?5個“小金字塔”堆成每個塔內都建摩天樓，將密布138公里管道中空管道充當街道，24小時通高速地鐵塔內可住75萬人，能源能自給自足用碳納米材料建造，計劃由機器人施工老式鐵路簡支梁

新式鐵路簡支梁

簡支梁橋

連續(xù)梁橋

秦沈客運專線跨305國道組合梁橋

秦沈客運專線跨102國道組合梁橋

鹽城橋趙州橋

趙州橋

趙州橋原名安濟橋，俗稱大石橋，建于隋煬帝大業(yè)年間(595~605年)，至今已有1400年的歷史，是當今世界上最古老的石拱橋。石拱橋是用石塊拼砌成彎曲的拱作為橋身，上面修成平坦的橋面，以行車走人。而趙州橋的特點是“敞肩式”，即在大拱的兩肩上再辟小拱，是石拱橋結構中最先進的一種。她是世界上現(xiàn)存年代最久、單孔跨度最大、保存最完整的一座敞肩型石拱橋，被世人公認為“天下第一橋”。趙州橋正名安濟橋，俗稱大石橋。其設計者是隋朝匠師李春。趙州橋是正常的交通運輸橋，它的橋身弧線優(yōu)美，遠眺猶如蒼龍飛駕，又似長虹飲澗。尤其具有藝術特色的是欄板以及望栓上的浮雕。充分顯示了隋代矯健、俊逸、渾厚、嚴整的石雕風貌。整個大橋堪稱一件精美的藝術珍品，稱得上是隋唐時代石雕藝術的精品。

張家界觀音橋

大橋全長488m，橋寬20m，通航孔為4×52m輕型石砌板肋拱橋。拱上構造采用造型美觀的43×5m的連續(xù)腹拱，其連拱總長度為國內之最。

張家界鷺鷥?yōu)冲⑺髽?/p>

大橋全長380.8m，橋寬21m，主拱為6×48m輕型石砌板肋拱橋。大橋完成了國內最大直徑（φ500cm）無承臺挖孔樁墩和人行道3m大懸臂，使傳統(tǒng)石拱橋實現(xiàn)了結構輕型化。

黃虎港橋

大橋建成于1959年12月，主跨60m。是新中國建成的第一座大跨徑空腹式石拱橋。設計荷載汽－13，拖－60湘西烏巢河大橋

大橋為空腹式雙肋石拱橋，主跨120米，橋長131米，橋面寬8米，橋高42米，該橋于1990年完成，設計荷載汽車－15，掛－80。深圳彩虹（北站）大橋

位于廣東省深圳市，全長1.2公里，寬23.5米。主跨為150米下承式鋼管混凝土系桿拱橋，跨越火車北站29股道。該工程的成功之處在于結構體系創(chuàng)新。主拱、橋墩、橋面均采用組合結構，是首座鋼-混凝土全組合結構大跨橋梁；預應力鋼-混凝土空心板橋面設計，具有獨創(chuàng)性；實現(xiàn)了橋梁建設"輕型大跨、預制裝配、施工快速、關注環(huán)境"的目標。它是大跨度橋梁和高層建筑中一種經濟的結構形式，特別適合我國國民經濟可持續(xù)發(fā)展的國情。

四川旺蒼縣東河橋采用CFST拱橋L=115m

貴州北盤江鐵路橋

貴州劍河橋

貴州江界河大橋武漢江漢三橋丫髻沙大橋夜景鴛鴦江大橋上海盧浦大橋

長沙黑石鋪大橋

大橋全長3068米，其中主橋長1815米，橋面寬29米至34米，設計雙向6車道，通行時速100公里。大橋橋型為三跨中承式鋼管拱橋。大橋形如彩虹，造型優(yōu)美。蘇通大橋世界第一跨徑斜拉橋!世界最大群樁基礎!世界最長斜拉索!世界最高索塔!

蘇通大橋蘇通大橋蘇通大橋由跨江大橋和南北引線組成，全長32.42km，其中跨江大橋長8146m，北岸接線長約15.1km，南岸接線長約9.18km。跨江大橋包括主橋、輔橋和南北引橋。其中主橋為2088m，主跨為1088m的雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋，輔橋為主跨268m的預應力混凝土剛構橋，引橋為跨徑30m、50m、75m的預應力混凝土連續(xù)箱梁橋。

蘇通大橋

蘇通大橋連接南通與蘇州兩市，全長32.4公里，總投資約85億元，由跨江大橋工程和南、北岸接線工程三部分組成，大橋主跨1088米，為世界最大跨徑斜拉橋，創(chuàng)造了最深橋