大跨度建筑选型影响因素

大跨度建筑结构选型中关键因素研究大跨度建筑结构选型中关键因素研究 09 建筑学 2 班 王义明 20090210215 摘要 摘要 大跨度空间结构是目前发展最快的结构类型 大跨度建筑及作为其核心 的空间结构技术的发展战况是代表一个国家建筑科技水平的重要标志之一 而 大跨度结构的表现形式是多种多样的 因此大跨度建筑结构的选型是十分重要 的 其影响因素有很多 各因素之间又不是独立的 具有一定的随机性和模糊 性 本文就大跨度建筑结构选型中的关键因素做一定的介绍 关键词 关键词 大跨度 选型 影响因素 结构体系 1 1 引言引言 大跨度建筑结构的选型设计属于概念设计范畴 方案的生成涉及诸多因素 并不是设计者根据自己的经验和想法就能简单的确定的 其结构形式是否合理 对结构的影响很大 为创造一个有效的建筑物 设计人员必须考虑多方面的因 素 进行理论的分析与研究 对设计者的要求是要将一个建筑物的多种性能组 织在一起 以满足各种功能 而且应该是最优化的集合 因此设计者要明确 1 影响大跨度建筑结构选型的关键因素 进一步研究各因素的主次及影响 2 大跨度空间结构大跨度空间结构 大跨度空间结构的 总体分类如右 3 3 什么是大跨空间结构选型什么是大跨空间结构选型 大跨空间结构选型是在建筑方案有关特征参数 如地点 位置 规模 高 度 跨度 平立面形状 功能空间的大小分布等 初步确定以后或确定过程中 在建筑结构施工图设计之前与建筑方案扩出阶段交叉进行的一项决策工作 1 结构选型是一项极其复杂的工作 它涉及多方面的因素 为了减小选型盲 目性及进行科学的选型 需在与业主 经济师 建筑师 结构师 设备师等充 分协商分析的基础上 将各方面复杂的或甚至是矛盾的直接或间接影响大跨空 间结构选型方案评价的因素进行统一归类 并转化为首先通过大跨空间结构选 型方案评价来控制 保证或起关键影响作用的最主要影响因素 即目标级影响 因素 4 4 大跨空间结构选型的目标级因素大跨空间结构选型的目标级因素 影响大跨空间结构选型方案评价的四个目标级影响因素 建筑功能因素 受力性能因素 经济性能因素 施工可行性因素 2 4 1 建筑功能因素 建筑物的功能要求是建筑物设计中应考虑的首要因素 功能要求包括使用 空间要求 使用要求以及美观要求 考虑结构选型时应满足这些功能要求 其 中使用空间要求和使用要求即为上图中的物质功能 而美观要求即为精神功能 所选择的结构形式的剖面形式应与建筑物使用空间的要求相适应 尽可能 减小结构体系本身所占的空间高度 建筑的声学条件与结构的合理几何形体相 结合 采光照明与结构的合理几何图形相结合 排水与结构的合理几何图形相 结合 不同的使用功能要求不同的建筑空间 处理好建筑功能和建筑空间的关 系 并选择合理的结构体系 自然形成建筑的外形 如建筑界公认的典型例子 意大利佛罗伦萨运动场的大看台 是一个钢筋混凝土梁板式结构 雨蓬的挑梁 伸出 17m 它的弯矩图是二次抛物线 建筑师把挑梁的外形与其弯矩图统一起 来 同时利用混凝土的可塑性 对挑梁的外轮廓进行艺术处理 在挑梁支座附 近挖了一个带有椭圆弧线的三角形孔 既减轻了结构自重 又获得良好的艺术 效果 直接将结构的自然形体进行恰如其分的艺术加工而又不做任何多余的装 饰 使结构形式与建筑空间艺术形象高度地融合起来 4 根据专家及工程经验最终总结出了建筑功能中主要的影响因素为平面空间 形体 采光及通风 保温及隔热 与环境协调美 建筑形象美 技术美等六点 4 2 受力性能 大跨结构形式很多 如拱 悬索 薄壳等等 组成结构的材料有钢 木 砖 石 混凝土以及钢筋混凝土等 结构的合理性首先表现在组成这个结构的 材料的强度能不能充分发挥作用 随着工程力学理论和建筑材料的发展 结构 形式也不断的发展 用最少的材料获得最大的效果是人们一直追求的 应该选 择能充分发挥材料性能的结构形式 合理的选用结构材料 结构形式必须做到受力合理 传力明确 并不是复杂的结构就一定是最优 的结构形式 应力求用简单的结构形式实现复杂的建筑外形 优秀的空间结构具有荷载传递路线最短 受力均匀等特点 而平面楼盖结 构 由于构件分为板 次梁和主梁等 级别 荷载传递路线长 浪费材料 自 然界也有许许多多令人惊叹的空间结构 如蛋壳 海螺等是薄壳结构 蜂窝是 空间网格结构 肥皂泡是充气膜结构 蜘蛛网是索网结构 棕榈树叶是折板结 构等等 因此 从某种意义上来说 空间结构是一种仿生结构 它们比平面结 构更美观 经济和高效 衡量大跨度空间结构优劣的五个指标 如何衡量一个大跨度空间结构 1 60m 的优劣 王教授曾提出以下五个指标 1 材料强度充分发挥 2 基础 推 拉 力 H 合理处理 3 施丁安装费小 4 跨度大 5 结构的艺术作用 5 对大跨度结构来说 材料用量多 不仅是一个浪费 对结构的抗震 特别是竖 向抗震极为不利 充分考虑结构的受力性能才能使材料强度得到充分发挥 基 础受力合理 4 3 经济性能 任何国家的工程建设实践都必须考虑提高投资的经济效益 我国长期以来 确定的建设方针即 适用 经济 安全 美观 把经济放在重要的地位 因此 在结构选型时进行经济比较是十分重要的 衡量结构方案的经济性的手段是进 行综合经济分析 所谓综合经济分析就是要综合的从以下几个方面考虑问题 3 第一 不但要考虑某个结构方案付诸实施时的一次投资费用 还要考虑其 全寿命期费用 第二 除了以货币指标核算结构的建造成本外 还要从节省材料消耗和节 约劳动力等各项指标来衡量 此外 从可持续发展的角度来考虑 还要特别考 虑资源的节约 第三 某些生产性建筑若能早日投产交付使用 可以较快地回收投资资 金 更能得到较好的经济效益 因此在结构方案比较时还应综合考虑一次性开 发初始投资和建设速度之间的关系 4 4 施工可行性 施工水平对大跨结构型式的影响表现在以下三个方面 4 4 1 先进施工技术是实现先进结构型式的前提 1 如果没有先进的施工技术 想要完成各种先进的结构形式是不可能的 例 如 薄壳结构是一种薄壁空间结构 主要承受面内的薄膜内力作用 所以材料 强度能得到充分的利用 同时由于它的空间作用 多以具有很高的轻度和很大 的刚度 因此可以采用很薄的结构厚度来建造大跨度结构 自重轻 材料省 但在施工方面 如采用现浇的施工方法来实现薄壳结构有很大的局限性 最大 的困难在于曲面模板耗费的工料多 施工速度慢 为了解决此问题 曾一度使 用工具式移动模板来进行现浇薄壳施工 但此种施工方法只适用结构形式及断 面尺寸不变的筒壳结构 有很大局限性 而装配式薄壳结构发展扫平了道路 例如法国 Marigane 飞机库由六波薄壳组成屋盖 每波的波宽 9 76m 跨度 101 5m 矢高 12 19m 重达 4200t 用顶升法施工升到 19 29m 标高 可见需要 高超的施工技术来完成各种先进的结构形式 4 4 2 建筑结构方案要密切与施工条件相结合 一方面 施工技术条件不具备或选用的结构方案不适应现有施工技术能力 将给工程建设带来困难 另一方面 选择结构型式时要结合施工工艺因素考虑 工程的具体施工条件 同一种结构型式可以对应不同的施工工艺 而不同的施 工工艺不仅影响材料消耗 劳动力 工期 施工工期的影响已经在经济因素中分 析 及造价等技术经济指标而且会影响到结构 的受力状态 抗震性能 计算分 析及构造措施所以 在高层建筑结构选型中应对施工工艺连同其它因素加以全 面综合权衡考虑 4 4 3 对于某些结构应充分考虑受力状况在施工阶段和使用阶段有很大出入 例如 升板结构在使用阶段类似于现浇无梁楼盖结构 柱与板刚接 而施 工提升阶段柱板节点只能视为铰接 显然 选型时对此类结构应考虑这些因素 的影响 5 5 结语结语 大跨度建筑结构选型不单纯是结构问题 而是一个综合性的科学问题 一 个优秀的建筑物 建筑与结构必然是有机结合的统一体 影响选型的因素有很 大的模糊性和随机性 部分因素之间有耦联 各因素间形成了一个复杂的网络 体系 影响大跨度空间结构选型的四个目标级因素为建筑功能 受力性能 经 济性能 施工可行性 一个好的结构必然是综合考虑了以上各种因素并结合实 际的工程经验选择合理的型式 进行大量的研究与分析 这是一个复杂的过程 也是一个在不断的完善的过程 体现的更多的是一种科学性 参考文献 参考文献 1 叶献国 建筑结构选型概论 M 武汉 武汉理工出版社 2003 2 王力 张世海 吕大刚等 大跨空间结构选型的因