大跨度建筑的结构类型及造型.ppt

大跨度建筑的结构类型及造型 谭梦琪060507012007301400 大跨度建筑基本情况 大跨度建筑 跨度 30M大跨度结构 钢结构规范 跨度 60M主要应用 公用 影剧院 体育场馆 展览会议场所 航空港等 工业 装配车间 飞机库 大跨厂房等 古老的大跨度建筑发展 技术落后 巨大的斗兽场无法做出覆盖 只能做成露天的雄伟广场 古老的穹窿结构 古代拱的发展 肋拱的极致运用 拱结构的受力原理 拱 外力作用下内弯矩值小 主要为轴向压力 且分布均匀 现代拱的形式分类 运用 两铰拱 无铰拱 超静定结构 三铰拱 静定结构 材料 铸铁 钢筋混凝土等材料的运用 一改古老石材的笨重 Q 现代技术中拱结构的优缺点 A 充分利用抗压材料特性 比梁结构减小结构断面尺寸D 支座处产生水平推力 必须设宽厚坚固的拱脚支座 Q 解决支座推力的方法 1 拱脚支座处 设水平拉杆 平衡推力 减小墙 柱断面尺寸 2 由框架结构抵抗水平推力 保证框架刚度 连接牢固 由基础直接承受的方式 仅在推力不大 地质条件较好时 刚架 刚架 横梁和柱整体连接 构成一种门式结构 外加荷载下 结构产生微小形变 产生相应的内应力 如柱对梁的约束力 使梁有恢复原来形状的趋势 从而减小梁中弯矩 简支梁与刚架的弯矩内力比较 可根据弯矩分布情况设计截面大小 弯矩大的部位截面大 可充分发挥材料潜力 刚架的分类形式 建筑造型实例 该游泳馆采用不对称钢筋混凝土刚架结构 利用结构下部空间布置跳水台 部分刚架暴露 部分吊顶 门式刚架结构 大跨度 多跨间的工业厂房们 采用门式刚架 轻巧 安装方便 节约 桁架结构 桁架 由各个杆件铰结组成的一种格构式结构 多作屋顶承重结构 材料强度充分利用 省材料 自重减轻 常用木材 钢材 钢筋混凝土建造 桁架的类型 上 三角形 梯形 拱形 无斜腹杆拱形 左 三铰拱式 三铰刚架式桁架式 排架式桁架结构 三铰刚架式钢桁架 1898 巴黎世博会机械馆 北京体育馆 6000人 跨度56M 桁架暴露于比赛大厅 顶部设有天窗 以利于采光和通风 排架式钢桁架 敦煌市火车站 无柱风雨棚 广州会展中心 拱 刚架 桁架同属平面力系 解决屋顶结构问题 但还是有很大局限性 二战后 新型大跨度建筑涌现不断 形式更加新颖 结构更加合理 让人耳目一新 如 空间网格 折板与薄壳 悬索 张拉膜等结构 看看这些新建筑 折板 定义 由一定倾斜角度整体相连的一种薄板体系 常用钢筋混凝土 钢丝网水泥建造 组成 折板 横隔构件 A 结构厚度薄 省材料 可预制装配 省模板 可做大跨度屋顶 也可作外墙 平行折板扇形折板 扇形板 一端波长小 一端大 放射状 适用于梯形平面 联合国教科文组织会议大厅 顶棚和墙壁作为折板 呈现结构的韵律 空间的深度 薄壳结构 受启发于自然界的种子外壳 蛋壳 贝壳 以最少的材料获得坚硬的外壳 A 利用混凝土可塑性 主要承受曲面内轴向力 弯矩扭矩很小 强度 刚度好 薄壳厚仅为跨度几百分之一 一般平板结构的十分之一 自重轻 省材料 外形多样 D 现浇施工 费工 费时 费模板 结构计算复杂 不易承受集中荷载 薄壳结构形式 筒壳圆顶壳双曲扁壳双曲抛物面壳 双曲扁壳与双曲抛物面壳 北京火车站 双曲扁壳 薄壳结构的建筑造型 建筑造型是以各种几何曲面图形为基本 有圆筒形 圆球形 双曲抛物面形 不简单重复上述基本形式 而是巧妙地运用交贯 切割 改变参数等方法 重新组合再创造 造型独特新颖 突出建筑个性 法格勒诺布尔冰球馆 四片筒形薄壳十字正交 花瓣形 美国 未来航空港 设计方案 两套筒壳 一是放射状的锥形筒壳 另一是呈环状的交叉固定筒壳 两套壳体 巧妙 相贯 墨西哥花田市餐厅 正方形平面 屋顶由四个双曲抛物面薄壳交叉相贯组成 交叉部位壳板增厚 但仅厚4CM 各向切割 整朵水浮莲漂浮在水面 别具匠心 巴黎国家工业与技术中心陈列馆 三束锥状双曲面薄壳交汇于屋顶中心 立面呈抛物线形 上下双层壳板组成空腔壳体 平均厚度18CM 仅为跨度的1 144 埃罗 沙里宁 1 8球面薄壳 平面为曲边三角形 边梁向上卷起 传递荷载至三个支座 地下埋设水平拉杆 平衡推力 铜板覆盖 玻璃幕墙曲面外墙 美国麻省理工学院礼堂 肯尼迪机场候机楼 四片双曲面钢砼薄壳合围成屋顶 展翅飞翔的大鸟 采光带分开四部分 边梁朝支座逐渐加宽 适应增大的内力 模型实验 艺术与结构的完美结合 没有生硬的几何图形痕迹 空间网格结构 多根杆件 以一定规律 节点连接 空间结构形式 平板网架 曲面网壳 1 多向受力结构 整体性强 稳定 刚度大 2 杆件主要承受轴向拉 压力 符合材料特性 节省 3 结构高度小 有效利用空间 4 杆件规格统一 易于生产 平板网架 支座简支交叉桁架体系 角锥体系 两向正交体系的正放和斜放 三向交叉体系可满足的平面形状 角锥体系 三角锥四角锥六角锥 室外空间网架运用 网架 平板屋顶 首都工人体育馆 两向正交网架99M1x12 2M 1967 我国跨度最大的平板网架之一 南京五台山体育馆 三向交叉桁架平板网架 八角形平面 容纳一万人 主跨88M 钢管杆件球节点连结 网架支撑在一圈混凝土柱上 美国加利福尼亚大学体育馆 91M 122M 三角锥体系平板网架 曲面网壳结构 多数底部为有推力结构 制作条件复杂 但相较网架结构 外形丰富 造型多变 网壳结构VS薄壳 一改钢筋混凝土薄壳施工时需要支大量模板 湿作业劳动费时费力的劣势 采用计算机计算方式 安装方便 结构更合理 网壳 按形状分 柱面网壳 球面网壳 双曲扁网壳 单块扭网壳 四块组合型扭网壳 按层数分 单层 双层 柱面网壳 适用于矩形平面 构造简单施工方便 广泛应用 具有典型拱结构受力特征 需解决水平推力 球面网壳 适用于圆平面 整体类似穹顶 球冠型和近似整球型 1967世博会美国馆 双曲扁网壳 矢高小 空间利用率高 但支撑边梁也需做成相应弧形 带来施工难度双曲抛物面网壳 马鞍形 造型新颖奇特 素线为直线 德阳体育馆 双曲抛物面网壳 甘肃庆阳宫体育馆 曲面扁壳 弧形大拱 罗马小体育宫 D 60M1620个混凝土预制菱形构件拼合 最薄处 25mm完整秀美的天顶如一朵盛开的向日葵 美国塔科马市体育馆胶合木网壳D 160M单层网壳 二战以后 随着理论研究 抗震性能分析进一步深入 新材料 新施工工艺的运用 国外很早就采用各种材料建造网壳结构 日本名古屋体育馆 D 187 2M 1996世界上跨度最大单层网壳结构 国家大剧院 肋环形空腹双层网壳 东西跨度122M 南北144M 整个屋顶呈椭球形大穹顶 表面由具有柔和色调与光泽的仅0 44mm厚的钛金属板覆盖 前后两侧有两个类似三角形的玻璃幕墙切面 整个建筑浮于水面之上 需从一条长80M的水下通道进入演出大厅 悬索结构 受启发于悬索桥梁 20世纪50年代后 随着高强钢丝出现 悬索结构兴起 组成 索网 边缘构件 下部支承 索网非常柔软 只承受轴向拉力 无弯矩也无剪力 边缘构件锚固索网 连接底部支承 可采用梁 桁架 拱等形式 应保证足够刚度 下部支承多为受压构件 常为柱 Q 悬索结构的优缺点 A 充分发挥钢索受拉 钢砼边缘构件受压 受弯的特性 结构轻 省钢材外形与传统建筑迥异 适用于各类平面形式跨越巨大空间 中间没有支点 功能安排更灵活 在60M 150M内 优势明显 DIA 抗风荷载能力差 悬索结构形式 单层单曲面双层单曲面双曲面轮辐式双曲面鞍形 杜勒斯国际机场 单跨矩形平面 下部加稳定索 顶部加盖轻质材料 加强结构整体抗震动 抗风性能 轮辐式结构 北京工人体育馆 D 94M 轮辐式双层悬索 上下索各144根 在外环上错开半间布置 钢砼外环支撑在环形框架的48根柱上 内环为钢结构圆筒 D 26M 双曲抛物面悬索 由两组曲率相反的拉索交叉组成索网 浙江省人民体育馆 美国牲畜市场贸易馆 勒 柯布西耶 苏联苏维埃宫 以巨大的钢砼抛物线拱来悬吊屋顶 日本国家体育馆 游泳馆 钢索固定在两根混凝土柱上 金属板材覆盖屋面 伦敦千禧穹顶 泰晤士河边格林威治半岛上 占地300英亩 由RichardRogers事务所承担建筑设计 结构设计由BuroHappold完成 膜结构 以优良的柔软组织物为膜面材料 由空气压力支承 气承式 或柔性钢索 张拉式 或刚性骨架 骨架式 将膜材绷紧而形成建筑空间 A 质轻 透光 自洁性好 施工方便造型丰富 DIA 隔声效果差 耐久性不够好 膜面抵抗局部集中荷载的能力差 张拉膜结构 帐篷结构 为提高膜面的抗风能力 可将其设计成呈反向的双曲面形式 正负曲面 且对拉索施加适当的预应力 以保证无论何方向的风力作用都不会松弛 抹面材料宜选择轻质 高强 耐高温 低温 防火性好 有一定透明度的材料 蒙特利尔博览会德国馆 骨撑膜结构 常见骨架 桁架 拱 网架 网壳膜材仅为表皮使用 自身结构承载作用不能得到充分发挥 结构跨度 造型也受到支撑骨架的限制 上海八万人体育场 与它前面的老上海万人体育场 充气膜结构 利用膜材料制成气囊 充气后 总是以曲线和曲面来构成自己独特外形 薄膜结构兼有承重和维护功能 简化建筑构造 适用于各种形状平面 材料透明度高 即使跨度很大的建筑不