第三章大跨度建筑构造1

1、第三章 大跨度建筑及构造设计3.13.1概述概述3.23.2大跨度建筑结构类型及其造型、技术特点大跨度建筑结构类型及其造型、技术特点 3.33.3大跨度建筑屋顶构造设计大跨度建筑屋顶构造设计3.43.4中庭天窗构造中庭天窗构造3.1 3.1 概概 述述l一、大跨度建筑的特征一、大跨度建筑的特征l建筑物的跨度达到建筑物的跨度达到30米以上米以上l建筑物的跨度达到建筑物的跨度达到60米以上（我国现行钢结构规范规米以上（我国现行钢结构规范规定）定）l多为公建，人流集中，规模大，占地面积大多为公建，人流集中，规模大，占地面积大l施工条件施工条件新材料、新结构、建造技术新材料、新结构、建造技术l需要解决

2、的难题需要解决的难题由于体量增大带来的采光、通风、热舒适度等问题由于体量增大带来的采光、通风、热舒适度等问题能源消耗、环境污染问题能源消耗、环境污染问题l二、大跨度建筑的发展历程二、大跨度建筑的发展历程l古代结构体系古代结构体系l悬挂结构悬挂结构l梁柱结构梁柱结构l券洞券洞l放射形券放射形券l出挑出挑l叠涩券叠涩券l叠涩穹隆叠涩穹隆l藤条券藤条券l拱顶体系拱顶体系l筒形拱（四瓣拱）筒形拱（四瓣拱）l交叉拱、十字拱交叉拱、十字拱l穹隆顶穹隆顶拱的施工拱的施工l尖券、肋骨拱尖券、肋骨拱l骨架劵骨架劵l飞扶壁飞扶壁l尖劵、尖拱尖劵、尖拱穹窿结构帆拱（Pendentive）l使集合在一起的穹顶有一个是

3、主要的使集合在一起的穹顶有一个是主要的l加鼓座加鼓座dn公元公元120120124124年罗马万神庙，天然混凝土浇筑，穹顶直径年罗马万神庙，天然混凝土浇筑，穹顶直径43.3m43.3m，顶端高度，顶端高度43.3m43.3m，象征天宇。在现代结构出现以前，象征天宇。在现代结构出现以前，是世界上跨度最大的大空间建筑。是世界上跨度最大的大空间建筑。n18511851年伦敦水晶宫，拱顶结构，主要材料为铁和玻璃。年伦敦水晶宫，拱顶结构，主要材料为铁和玻璃。n18891889年巴黎博览会机械馆年巴黎博览会机械馆n庞大的机械馆长庞大的机械馆长420420米、高米、高4545米，由米，由2020个钢拱门支撑

4、，长达个钢拱门支撑，长达115115米的玻璃长廊格外引人瞩目。钢制三铰拱最大截面高米的玻璃长廊格外引人瞩目。钢制三铰拱最大截面高3.53.5米，宽米，宽0.750.75米。陈列馆的墙和屋面大部分是玻璃，继伦米。陈列馆的墙和屋面大部分是玻璃，继伦敦水晶宫之后又一次造出了使人惊异的建筑内部空间。敦水晶宫之后又一次造出了使人惊异的建筑内部空间。 n1912191219131913波兰布雷斯劳百年厅波兰布雷斯劳百年厅n中心部分是广阔的圆形大空间，直径高达中心部分是广阔的圆形大空间，直径高达6565米，高米，高4242米，可以容纳米，可以容纳6,0006,000多人。上方是多人。上方是2323米高，由钢

5、和玻璃构成的灯笼式圆顶。米高，由钢和玻璃构成的灯笼式圆顶。n19791979年年 美国底特律的韦恩县体育馆采用圆形平面，直径达美国底特律的韦恩县体育馆采用圆形平面，直径达266m266m，是，是目前世界上跨度最大的钢网壳结构建筑。目前世界上跨度最大的钢网壳结构建筑。 n19751975年上海体育馆年上海体育馆n主馆呈圆形，高主馆呈圆形，高3333米，屋顶钢平板网架跨度直径米，屋顶钢平板网架跨度直径110110米，可米，可容纳观众容纳观众1800018000人。人。 l三、大跨度建筑的主要结构类型三、大跨度建筑的主要结构类型结构技术是影响建筑结构技术是影响建筑空间形式及造型的重空间形式及造型的重

6、要因素，在大跨度建要因素，在大跨度建筑中尤其如此。筑中尤其如此。 按建筑材料和建造方式分为按建筑材料和建造方式分为钢筋混凝土薄壳结构钢筋混凝土薄壳结构网架结构网架结构轻钢结构轻钢结构管桁架结构管桁架结构悬索结构悬索结构膜结构膜结构索索-膜结构膜结构混合结构混合结构3.23.2大跨度建筑结构类型及其造型、技术特点大跨度建筑结构类型及其造型、技术特点l一、一、拱结构拱结构及其建筑造型及其建筑造型l二、二、钢架结构钢架结构及其建筑造型及其建筑造型l三、三、桁架结构桁架结构及其建筑造型及其建筑造型l四、四、折板结构折板结构及其建筑造型及其建筑造型l五、五、网格结构网格结构及其建筑造型及其建筑造型l六、

7、六、薄壳结构薄壳结构及其建筑造型及其建筑造型l七、七、悬索结构悬索结构及其建筑造型及其建筑造型l八、八、膜膜结构及其建筑造型结构及其建筑造型l一、一、拱结构拱结构及其建筑造型及其建筑造型l（一）拱的受力特点、优缺点和适用范围（一）拱的受力特点、优缺点和适用范围l拱是古代大跨度建筑的主要结构形式。拱是古代大跨度建筑的主要结构形式。l受力特点：在外力作用下，产生轴向压力和侧向推受力特点：在外力作用下，产生轴向压力和侧向推力。力。l优点：轴向推力分布均匀，充分利用材料的强度，优点：轴向推力分布均匀，充分利用材料的强度，比同样跨度的梁结构断面小，能跨越较大空间。比同样跨度的梁结构断面小，能跨越较大空间

8、。l缺点：侧向推力影响结构的稳定性缺点：侧向推力影响结构的稳定性l适用范围：商场、展览馆、体育馆、散装货仓等适用范围：商场、展览馆、体育馆、散装货仓等罗马万神庙室内罗马万神庙室内弧三角拱弧三角拱哥特建筑尖拱与骨架拱哥特建筑尖拱与骨架拱文艺复兴时期公共会堂帕拉迪奥文艺复兴时期公共会堂帕拉迪奥 代表钢代表钢铁时代铁时代的埃菲的埃菲尔铁塔尔铁塔法国里昂机场高速铁路车站法国里昂机场高速铁路车站l（二）拱的形式（二）拱的形式l三铰拱三铰拱l两铰拱两铰拱l无铰拱无铰拱 三铰拱 两铰拱 无铰拱l（三）拱结构的建筑造型（三）拱结构的建筑造型l取决于矢高和平衡拱推力的方式取决于矢高和平衡拱推力的方式l矢高影响建

9、筑的外部轮廓形象。矢高影响建筑的外部轮廓形象。l通常矢高为拱跨的通常矢高为拱跨的1/71/71/51/5，最小不小于，最小不小于1/101/10。l解决水平推力的几种方式解决水平推力的几种方式l1.1.由拉杆承受拱推力由拉杆承受拱推力l2.2.由框架结构承受拱推力由框架结构承受拱推力l3.3.由基础承受拱推力由基础承受拱推力由拉杆平衡拱推力由拉杆平衡拱推力武汉体育馆武汉体育馆由框架结构承受拱推力由框架结构承受拱推力北京崇文门菜市北京崇文门菜市崇文门菜市场中间跨为售货大厅，屋顶为崇文门菜市场中间跨为售货大厅，屋顶为32m32m跨的钢筋混凝土两铰拱，两边布置三层高的跨的钢筋混凝土两铰拱，两边布置三

10、层高的钢筋混凝土框架以支承两铰拱，三层框架部钢筋混凝土框架以支承两铰拱，三层框架部分为小营业厅。拱为装配式整体结构，拱上分为小营业厅。拱为装配式整体结构，拱上铺加气混凝土屋面板，油毡屋面。根据建筑铺加气混凝土屋面板，油毡屋面。根据建筑造型要求，拱的矢高为拱跨的造型要求，拱的矢高为拱跨的1 18 8，即，即4m4m。由基础承受拱推力由基础承受拱推力北京体育学院田径房北京体育学院田径房北京体育学院田径房面积北京体育学院田径房面积6200m6200m2 2，有，有200m200m的半圆跑道，的半圆跑道，100m100m直跑道及跳跃直跑道及跳跃场地。田径房结构采用钢筋混凝土落场地。田径房结构采用钢筋混

11、凝土落地无铰拱，由基础直接承受拱推力，地无铰拱，由基础直接承受拱推力，基底呈斜面，更有利于抵抗推力。并基底呈斜面，更有利于抵抗推力。并将落地拱暴露出来，以强烈的结构自将落地拱暴露出来，以强烈的结构自身的韵律来美化室内环境。室内利用身的韵律来美化室内环境。室内利用高侧窗采光。高侧窗采光。p二、刚架结构及其建筑造型二、刚架结构及其建筑造型p（一）受力特点、优缺点和适用范围（一）受力特点、优缺点和适用范围p刚架结构是横梁和柱以整体连接方式构成的一种刚架结构是横梁和柱以整体连接方式构成的一种门式结构。门式结构。p受力特点：梁、柱是刚性结点，在外力作用下，受力特点：梁、柱是刚性结点，在外力作用下，结构受

12、力合理。结构受力合理。p优点：结构受力合理，轻巧美观，能跨越较大空优点：结构受力合理，轻巧美观，能跨越较大空间，制作方便。间，制作方便。p缺点：刚度较差，当吊车起重量超过缺点：刚度较差，当吊车起重量超过100KN100KN时不时不宜采用。宜采用。p适用范围：体育馆、礼堂、食堂、菜场适用范围：体育馆、礼堂、食堂、菜场p（二）刚架结构的形式（二）刚架结构的形式p三铰刚架三铰刚架静定结构，刚度稍差，跨度较小静定结构，刚度稍差，跨度较小p两铰刚架两铰刚架超静定结构，刚度大，跨度较大，超静定结构，刚度大，跨度较大，不均匀沉降时产生附加内力。不均匀沉降时产生附加内力。p无铰刚架无铰刚架超静定结构，刚度大，

13、跨度较大，超静定结构，刚度大，跨度较大，不均匀沉降时产生附加内力。不均匀沉降时产生附加内力。p（三）刚架结构的建筑造型 无铰刚架无铰刚架 两铰刚架两铰刚架 三铰刚架三铰刚架 悬臂刚架悬臂刚架单跨不对称刚架单跨不对称刚架 三跨不等高刚架三跨不等高刚架 单跨悬臂刚架单跨悬臂刚架杭州黄龙洞游泳馆不对称刚架杭州黄龙洞游泳馆不对称刚架 杭州黄龙洞游泳馆采用不对称钢筋混凝土刚架结构，充分利用结杭州黄龙洞游泳馆采用不对称钢筋混凝土刚架结构，充分利用结构下部空间布置跳水台，刚架下面部分设有吊顶，部分露明，借用构下部空间布置跳水台，刚架下面部分设有吊顶，部分露明，借用结构构件作室内装饰。结构构件作室内装饰。p三

14、、桁架结构及其建筑造型三、桁架结构及其建筑造型p（一）受力特点、优缺点和适用范围（一）受力特点、优缺点和适用范围p桁架是由杆件组成的一种格构式结构体系。桁架是由杆件组成的一种格构式结构体系。p受力特点：杆件与杆件的结合假定为铰结，在外力作受力特点：杆件与杆件的结合假定为铰结，在外力作用下，杆件内力是轴向力，分布均匀，受力合理。用下，杆件内力是轴向力，分布均匀，受力合理。p优点：结构受力合理，材料强度充分利用，减少材料优点：结构受力合理，材料强度充分利用，减少材料耗量和结构自重，使结构跨度增大。耗量和结构自重，使结构跨度增大。p缺点：梁的材料强度不能充分利用缺点：梁的材料强度不能充分利用p适用范

15、围：体育馆、影剧院、展览馆、食堂、菜场、适用范围：体育馆、影剧院、展览馆、食堂、菜场、商场等公共建筑。商场等公共建筑。p（二）桁架结构的形式（二）桁架结构的形式p1.1.用材：木材、钢材、钢筋混凝土用材：木材、钢材、钢筋混凝土p2.2.形式：三角形、梯形、拱形、无斜腹杆式和三铰拱式形式：三角形、梯形、拱形、无斜腹杆式和三铰拱式p（三）桁架结构的建筑造型（三）桁架结构的建筑造型p单坡、双坡、单跨、多跨等不同外观和形状单坡、双坡、单跨、多跨等不同外观和形状三角形豪式桁架三角形豪式桁架 三角形芬克式桁架三角形芬克式桁架 梯形桁架梯形桁架拱形桁架拱形桁架 拱形无斜腹杆桁架拱形无斜腹杆桁架 三三铰铰拱桁

16、架拱桁架跨度跨度1818米米跨度：跨度：18183636米，米，f/L=1/8 f/L=1/8 1/61/6跨度：跨度：15153030米，米，f/L=1/8 f/L=1/8 1/61/6跨度：跨度：18183636米，米，f/L=1/8 f/L=1/8 1/61/6拱形桁架曲面屋顶拱形桁架曲面屋顶 桁架式三铰钢架双坡屋顶桁架式三铰钢架双坡屋顶 桁架排架平屋顶桁架排架平屋顶梯形桁架单坡屋顶梯形桁架单坡屋顶 梯形桁架双坡屋顶梯形桁架双坡屋顶 三角形桁架双坡屋顶三角形桁架双坡屋顶北京体育馆北京体育馆三铰拱钢桁架三铰拱钢桁架北京体育馆：容纳北京体育馆：容纳60006000人，跨度人，跨度56m56m

17、，采用三铰拱钢桁架。桁架暴，采用三铰拱钢桁架。桁架暴露于比赛大厅，桁架顶部设有天窗，以利采光和通风。露于比赛大厅，桁架顶部设有天窗，以利采光和通风。重庆体育馆重庆体育馆拱形钢桁架拱形钢桁架北京体育馆：容纳北京体育馆：容纳60006000人，跨度人，跨度56m56m，采用三铰拱钢桁架。桁架，采用三铰拱钢桁架。桁架暴露于比赛大厅，桁架顶部设有天窗，以利采光和通风。暴露于比赛大厅，桁架顶部设有天窗，以利采光和通风。空心管桁架结构空心管桁架结构上海国际博览中心入口上海国际博览中心入口空心管桁架结构上海国际博览中心内视空心管桁架结构南京国际展览中心室内空心管桁架结构广州白云机场室内我国首个按国际枢纽机场

18、我国首个按国际枢纽机场标准进行规划设计的机场。标准进行规划设计的机场。总建筑面积总建筑面积200000m2。采。采用大跨度空间巨型钢管桁用大跨度空间巨型钢管桁架屋顶结构，桁架最大高架屋顶结构，桁架最大高度度10m，最大跨度，最大跨度180m，节点部位最多由节点部位最多由11根钢管根钢管相贯汇集，桁架两端支撑相贯汇集，桁架两端支撑在人字形斜柱上。在人字形斜柱上。空心管桁架结构新加坡国际会展中心室内跨度为跨度为99m的管桁架、扇形分布。空心管桁架结构造型美观，抗风力强，经济的管桁架、扇形分布。空心管桁架结构造型美观，抗风力强，经济性好。虽然空心管桁架结构的单位成本较高，但由于空心管桁架结构标准钢材

19、性好。虽然空心管桁架结构的单位成本较高，但由于空心管桁架结构标准钢材的屈服强度比普通结构钢要高，具有较高的强度，与网架相比，截面较大。空的屈服强度比普通结构钢要高，具有较高的强度，与网架相比，截面较大。空心管桁架结构自重轻，可以减少运输与安装费用。心管桁架结构自重轻，可以减少运输与安装费用。 张弦梁桁架结构张弦梁桁架结构张弦梁结构主要由柔性索和刚性张弦梁结构主要由柔性索和刚性梁或拱、再加上撑杆组成。梁或拱、再加上撑杆组成。张弦梁结构按受力特点可以分为平面张弦梁结构和空间张弦梁结构。张弦梁结构按受力特点可以分为平面张弦梁结构和空间张弦梁结构。上海浦东国际机场航站楼就是采用的张弦梁结构。这是我国第

20、一个采用上海浦东国际机场航站楼就是采用的张弦梁结构。这是我国第一个采用张弦梁结构的建筑。张弦梁结构的建筑。张弦梁桁架结构延安车站日本一家购物中日本一家购物中心的屋顶用的张心的屋顶用的张弦梁结构弦梁结构购物中心屋顶张弦梁结构的大样照片。可以肯定的是上弦杆为空间桁架，购物中心屋顶张弦梁结构的大样照片。可以肯定的是上弦杆为空间桁架，配以配以Y字形的撑杆，从而形成张弦梁。字形的撑杆，从而形成张弦梁。日本一家游泳馆的馆顶日本一家游泳馆的馆顶张弦梁结构张弦梁结构 p四、四、折板结构及其建筑造型折板结构及其建筑造型p（一）受力特点、优缺点和适用范围（一）受力特点、优缺点和适用范围p折板结构折板结构是以一定倾

21、斜角度整体相连的一种薄板体系。是以一定倾斜角度整体相连的一种薄板体系。p优点：结构呈空间受力优点：结构呈空间受力状态，具有良好的力学状态，具有良好的力学性能，结构厚度薄性能，结构厚度薄, ,省材省材料，可预制装配，省模料，可预制装配，省模板，构造简单。板，构造简单。p适用范围：大跨度屋顶，适用范围：大跨度屋顶，也可以用作外墙。也可以用作外墙。p（二）折板结构形式：（二）折板结构形式：p1.1.按波长数目分：单波和多波折板按波长数目分：单波和多波折板p2.2.按结构跨度的数目分：单跨、多跨按结构跨度的数目分：单跨、多跨p3.3.按断面形式分：三角形折板、梯形折板按断面形式分：三角形折板、梯形折板

22、p4.4.按构成情况分：平行折板、扇形折板按构成情况分：平行折板、扇形折板p（三）折板结构的建筑造型（三）折板结构的建筑造型p矩形、方形、梯形、多边形、圆形等平面，造型新矩形、方形、梯形、多边形、圆形等平面，造型新颖，外观独特颖，外观独特折板结构的组成和形式折板结构的组成和形式折板结构巴黎联合国教科文组织会议大厅该会议大厅由惹大利著名工程师奈尔维设计，大厅为梯形平面，其屋顶沿大厅纵该会议大厅由惹大利著名工程师奈尔维设计，大厅为梯形平面，其屋顶沿大厅纵向布置成扇形折板，和同样是折板的前后山墙相交。折板为两跨，分别为向布置成扇形折板，和同样是折板的前后山墙相交。折板为两跨，分别为40m40m和和2

23、7m27m。两跨交界处用一根大梁加强折板，大梁由。两跨交界处用一根大梁加强折板，大梁由6 6根柱支托。为加强折板，在折板根柱支托。为加强折板，在折板之间加了一层与之相交的肋板，肋板随折板结构的弯矩图上下波动形成一个曲面，之间加了一层与之相交的肋板，肋板随折板结构的弯矩图上下波动形成一个曲面，使大厅顶棚呈现出结构的韵律感和空间的深度感。使大厅顶棚呈现出结构的韵律感和空间的深度感。折板结构巴西圣保罗会堂扇形折板从会堂中扇形折板从会堂中心向四周呈放射布心向四周呈放射布置成圆形置成圆形. .巧妙地运巧妙地运用切割手法形成一用切割手法形成一圈三角形的外墙，圈三角形的外墙，结构形式与建筑造结构形式与建筑造

24、型完美统一。型完美统一。p五、五、网格结构及其建筑造型网格结构及其建筑造型p（一）受力特点、优缺点和适用范围（一）受力特点、优缺点和适用范围p网格是一种由很多杆件以一定规律组成的网状结构。网格是一种由很多杆件以一定规律组成的网状结构。p优点优点p1.1.杆件之间互相支撑，形成多向受力的空间结构，杆件之间互相支撑，形成多向受力的空间结构，整体性强、稳定性好、空间刚度大，有利于抗震；整体性强、稳定性好、空间刚度大，有利于抗震；p2.2.杆件主要承受轴向力，充分发挥材料的强度，节杆件主要承受轴向力，充分发挥材料的强度，节省材料省材料p3.3.结构高度小，有效利用空间；结构高度小，有效利用空间；p4.

25、4.结构的杆件规格统一，有利于工厂化生产；结构的杆件规格统一，有利于工厂化生产；p5.5.形式多样，建筑形式丰富多彩。形式多样，建筑形式丰富多彩。p适用范围：平面形状多样的大跨度公共建筑。适用范围：平面形状多样的大跨度公共建筑。p（二）网格结构形式：（课本（二）网格结构形式：（课本P199P199）p1.1.用材：钢网架、木网架、钢筋混凝土网架用材：钢网架、木网架、钢筋混凝土网架p2.2.外形：平板网格（双层，网架）、曲面网格（外形：平板网格（双层，网架）、曲面网格（单层、双层，网壳）单层、双层，网壳）p3.3.构造：单层网格、双层网格、多层网格构造：单层网格、双层网格、多层网格p（三）网架的

26、类型与尺寸（三）网架的类型与尺寸p1.1.交叉桁架体系的平板网架交叉桁架体系的平板网架p交叉桁架体系由两向或三向相互交叉的桁交叉桁架体系由两向或三向相互交叉的桁架所构成架所构成。p2.2.角锥体系平板网架角锥体系平板网架两向交叉桁架的交角大多数为两向交叉桁架的交角大多数为90O，按网架与建筑平面的相对位置，有正放，按网架与建筑平面的相对位置，有正放和斜放两种布置方式。和斜放两种布置方式。由三个方向的桁架相互以由三个方向的桁架相互以6060。夹角组成。它比两向交叉桁架的刚度大，杆件内力夹角组成。它比两向交叉桁架的刚度大，杆件内力更均匀，能跨越更大的空间，但其节点构造复杂。更均匀，能跨越更大的空间

27、，但其节点构造复杂。角锥体系角锥体系平板网架平板网架三角锥体平板网架三角锥体平板网架：受力更均匀，是大跨度建筑中应用最广的一种网架形受力更均匀，是大跨度建筑中应用最广的一种网架形式式，适合于各种建筑平面形状。适合于各种建筑平面形状。四角锥体平板网架四角锥体平板网架：受力情况不及三角锥体网架受力情况不及三角锥体网架，多用于中小型大跨多用于中小型大跨度建筑度建筑六角锥体平板网架六角锥体平板网架：节点处聚集的杆件数目最多节点处聚集的杆件数目最多，构造复杂，施工构造复杂，施工麻烦，用钢量较大，一般宜用于麻烦，用钢量较大，一般宜用于60m60m以上跨度。以上跨度。p（四）网架杆件断面与节点连接（四）网架

28、杆件断面与节点连接l网网格格排水坡度的形成方法排水坡度的形成方法l排水坡度排水坡度：2 25 5。l坡度的形成方法有两种：坡度的形成方法有两种：l网架自身起拱，屋面板或檩条直接搁于网架节点上网架自身起拱，屋面板或檩条直接搁于网架节点上l在网架上弦节点加焊短钢管或角钢找出屋面坡度在网架上弦节点加焊短钢管或角钢找出屋面坡度p（五）网架结构的建筑造型（五）网架结构的建筑造型网架屋面桂林市体育中心国家大剧院国家大剧院p六、薄壳结构及其建筑造型六、薄壳结构及其建筑造型p（一）受力特点、优缺点和适用范围（一）受力特点、优缺点和适用范围p薄壳结构是用混凝土等刚性材料以各种曲面形式构成薄壳结构是用混凝土等刚性

29、材料以各种曲面形式构成的薄板结构。的薄板结构。p受力特点：结构呈空间受力状态，主要承受曲面内的受力特点：结构呈空间受力状态，主要承受曲面内的轴向力，弯矩和扭矩很小，刚度和强度都非常好。结轴向力，弯矩和扭矩很小，刚度和强度都非常好。结构厚度仅为跨度的几百分之一。构厚度仅为跨度的几百分之一。p优点：优点： 结构自重轻、省材料、跨度大、外形多样。结构自重轻、省材料、跨度大、外形多样。p缺点：多数薄壳结构建筑的形体较为复杂，多采用现缺点：多数薄壳结构建筑的形体较为复杂，多采用现浇施工；费工、费时、费模板，结构计算较复杂，不浇施工；费工、费时、费模板，结构计算较复杂，不宜承受集中荷载。宜承受集中荷载。p

30、（二）薄壳结构的形式（二）薄壳结构的形式p1.1.筒壳筒壳p2.2.圆顶壳圆顶壳p3.3.双曲扁壳双曲扁壳p4.4.马鞍形壳马鞍形壳p筒壳：筒壳：p由筒面、边梁、横隔构件三部分组成。由筒面、边梁、横隔构件三部分组成。p横隔构件横隔构件拱形梁、拱形桁架、拱形刚架等结拱形梁、拱形桁架、拱形刚架等结构形式。构形式。p筒壳是单曲面薄壳，形状简单、便于施工、较常筒壳是单曲面薄壳，形状简单、便于施工、较常见。见。p圆顶壳：由壳面和支承环两部分组成。圆顶壳：由壳面和支承环两部分组成。p支承环对壳面起到箍的作用，主要内力为拉力。应适当加支承环对壳面起到箍的作用，主要内力为拉力。应适当加厚。厚。p壳面径向受压，

31、环向上部受压，下部受拉或压。壳面径向受压，环向上部受压，下部受拉或压。p圆顶壳可以支承在墙上、柱上、斜拱或斜柱上。圆顶壳可以支承在墙上、柱上、斜拱或斜柱上。p适用于大型公建，如天文馆、展览馆、体育馆、会堂等。适用于大型公建，如天文馆、展览馆、体育馆、会堂等。p双曲扁壳：由双向弯曲的壳面和四边的横隔构件组成。双曲扁壳：由双向弯曲的壳面和四边的横隔构件组成。p受力特点：壳体中间区域为轴向受压，弯矩出现在边缘，受力特点：壳体中间区域为轴向受压，弯矩出现在边缘，四角有较大的拉力。四角有较大的拉力。p优点：受力合理，厚度薄，可覆盖较大空间，较经济，适优点：受力合理，厚度薄，可覆盖较大空间，较经济，适用于

32、工业与民用建筑的各种大厅或车间。用于工业与民用建筑的各种大厅或车间。p双曲抛物面壳（马鞍形壳）双曲抛物面壳（马鞍形壳）: :由壳面和边缘构件组成，外形象由壳面和边缘构件组成，外形象马鞍。马鞍。p受力特点：倒悬的曲面如同受拉的索网，向上拱起的曲面受力特点：倒悬的曲面如同受拉的索网，向上拱起的曲面如同拱结构，拉压相互作用，提高了壳体的稳定性和刚度，如同拱结构，拉压相互作用，提高了壳体的稳定性和刚度，使壳面可以做的很薄。使壳面可以做的很薄。p（三）薄壳结构的建筑造型（三）薄壳结构的建筑造型p圆筒形、圆球形、双曲抛物面形等圆筒形、圆球形、双曲抛物面形等p造型新颖，外观独特、新奇造型新颖，外观独特、新奇

33、马鞍形网壳马鞍形网壳旅专体育馆旅专体育馆法国思恩中心新水塔：上部为一容量达法国思恩中心新水塔：上部为一容量达3000m3000m3 3的水塔，下部为一的水塔，下部为一2500m2500m2 2的市场。的市场。水塔由一圈向内凹进的筒壳围成圆锥形，塔身支承在一根中心柱上，壳的外水塔由一圈向内凹进的筒壳围成圆锥形，塔身支承在一根中心柱上，壳的外围由向外凸的肋箍住，承受环向张力。这组建筑在造型上的创新主要体现在围由向外凸的肋箍住，承受环向张力。这组建筑在造型上的创新主要体现在把壳体看作竖向跨越的元件，并收缩成一锥形。把壳体看作竖向跨越的元件，并收缩成一锥形。美国加拉哈西多功能大厅：该厅屋顶由一钢筋混凝

34、土拱悬吊两组筒壳组成，竖美国加拉哈西多功能大厅：该厅屋顶由一钢筋混凝土拱悬吊两组筒壳组成，竖向的拱与横向的筒壳形成对比，而且拱使筒壳跨度缩短一半。筒壳的波长外大向的拱与横向的筒壳形成对比，而且拱使筒壳跨度缩短一半。筒壳的波长外大里小，构成扇形效果。鲜明的个性表现在拱与壳两种结构形式的巧妙组合和筒里小，构成扇形效果。鲜明的个性表现在拱与壳两种结构形式的巧妙组合和筒壳的波长变化上。壳的波长变化上。法国格勒诺布尔冰球馆：该馆屋顶以四片筒形薄壳呈十字形正交覆盖法国格勒诺布尔冰球馆：该馆屋顶以四片筒形薄壳呈十字形正交覆盖于一方形平面上空，四片筒壳的外沿切割成尖叶形。壳体相交的谷像于一方形平面上空，四片筒

35、壳的外沿切割成尖叶形。壳体相交的谷像加劲肋一样增强了壳体强度，整个壳顶支承在四个柱墩上。加劲肋一样增强了壳体强度，整个壳顶支承在四个柱墩上。美国未来航空港设计方案：该航空港的屋顶由两套筒壳组成，一套是呈放射状美国未来航空港设计方案：该航空港的屋顶由两套筒壳组成，一套是呈放射状布置的锥形筒壳，另一套是呈环状的筒壳与锥形筒壳相交布置的锥形筒壳，另一套是呈环状的筒壳与锥形筒壳相交. .共同组成屋顶结构体共同组成屋顶结构体系。其结构刚度主要来自两套相交的谷。建筑造型上的鲜明特征表现在两套壳系。其结构刚度主要来自两套相交的谷。建筑造型上的鲜明特征表现在两套壳体的巧妙体的巧妙“相贯相贯”上。上。巴黎国家工

36、业与技术中心陈列馆陈列馆平面为三角形，壳顶高出地面48米；屋顶是当时世界上跨度最大的壳体。总建筑面积达90000平方米。上层壳体内表面用水泥木丝板作为隔热层。壳体采用分段预制是双层双曲薄壳，双曲薄壳之间用预应力钢筋混凝土联结。两层壳体总厚度只有12厘米。美国麻省理工学院礼堂墨西哥霍奇米洛科餐厅美国纽约TWA环球航空公司候机楼新加坡滨海艺术中心新加坡滨海艺术中心新加坡滨海艺术中心p七、七、悬索结构及其建筑造型悬索结构及其建筑造型p（一（一) )悬索结构的受力特点、优缺点和适用范围悬索结构的受力特点、优缺点和适用范围p悬索结构由索网、边缘构件和下部支承结构三部分组悬索结构由索网、边缘构件和下部支承

37、结构三部分组成。成。p优点优点：节省材料，减轻结构自重；建筑造型适合于不节省材料，减轻结构自重；建筑造型适合于不同的平面形式；跨越巨大的空间而不需要在中间加支同的平面形式；跨越巨大的空间而不需要在中间加支点；施工更方便更快速。点；施工更方便更快速。p缺点缺点：在强风吸引力的作用下容易丧失稳定而破坏。在强风吸引力的作用下容易丧失稳定而破坏。p适用范围：适用范围：体育馆、大会堂、展览馆体育馆、大会堂、展览馆p（二）（二）悬索结构形式悬索结构形式p1 1、单层单曲面悬索结构单层单曲面悬索结构p2 2、双层单曲面悬索结构双层单曲面悬索结构p3 3、双曲面轮辐式悬索结构双曲面轮辐式悬索结构p4 4、双曲

38、面鞍形悬索结构双曲面鞍形悬索结构p（三）（三）悬索结构的建筑造型悬索结构的建筑造型p悬索只能受拉不能受压，外形大多呈凹曲面悬索只能受拉不能受压，外形大多呈凹曲面p构件组成构件组成p钢索网钢索网p钢筋混凝土边缘构件钢筋混凝土边缘构件北京工人体育馆：该馆为圆形平面，比赛厅直径北京工人体育馆：该馆为圆形平面，比赛厅直径94m，容纳观众，容纳观众1.5万人，外围万人，外围为环形框架。大厅屋顶采用轮辐式悬索结构。悬索沿径向辐射状布置。上索承为环形框架。大厅屋顶采用轮辐式悬索结构。悬索沿径向辐射状布置。上索承受屋面荷载并起稳定作用。下索为整个屋顶的承重索。上下索各受屋面荷载并起稳定作用。下索为整个屋顶的承

39、重索。上下索各144根，索的两根，索的两端分别与内外环相连，为了便于在外环上锚固和尽量减少对外环断面的削弱，端分别与内外环相连，为了便于在外环上锚固和尽量减少对外环断面的削弱，上下索在平面内各错开半个间隔。钢筋混凝土外环支承在环形框架的上下索在平面内各错开半个间隔。钢筋混凝土外环支承在环形框架的48根柱上，根柱上，外环承受悬索的拉力后产生环向压力。内环为钢结构圆筒，直径外环承受悬索的拉力后产生环向压力。内环为钢结构圆筒，直径16m，内环主，内环主要受环向拉力。要受环向拉力。美国汉美国汉普普敦体育馆：该馆为多功能用途，可容纳敦体育馆：该馆为多功能用途，可容纳1.11.1万观众。圆形平面，直径万观

40、众。圆形平面，直径98m98m，馆高馆高30m30m。该馆为两层预制框架结构，看台下沿周边有。该馆为两层预制框架结构，看台下沿周边有4848根矩形断面柱，看台以上为根矩形断面柱，看台以上为4848根折板柱，上部用根折板柱，上部用175cm175cm75cm75cm现浇钢筋混凝土圈梁连接起来。外立面构件之间嵌现浇钢筋混凝土圈梁连接起来。外立面构件之间嵌镶古铜色玻璃。屋顶为轮辐式悬索结构，它与北京工人体育馆不同之处是承重索与镶古铜色玻璃。屋顶为轮辐式悬索结构，它与北京工人体育馆不同之处是承重索与稳定索在外环上左右上下交叉相错布置，减少了内外环高差，缩小了大厅体积。建稳定索在外环上左右上下交叉相错布

41、置，减少了内外环高差，缩小了大厅体积。建筑造型的特征表现在外环改用折板，索网改成上下左右交叉布置。筑造型的特征表现在外环改用折板，索网改成上下左右交叉布置。l八、八、膜结构及其建筑造型膜结构及其建筑造型l（一）膜（一）膜结构的受力特点、优缺点和适用范围结构的受力特点、优缺点和适用范围l膜结构是以性能优良的柔软织物为膜面材料，由空气压力支膜结构是以性能优良的柔软织物为膜面材料，由空气压力支承膜面、或用柔性钢索或刚性骨架网索将膜材绷紧形成建筑承膜面、或用柔性钢索或刚性骨架网索将膜材绷紧形成建筑空间的一种结构。空间的一种结构。l优点优点：重量轻、跨度大、施工方便、透光性和自沽性较好、重量轻、跨度大、施工方便、透光性和自沽性较好、建筑造型自由丰富建筑造型自由丰富l缺点缺点：隔声效果较差、耐久性不够好隔声效果较差、耐久性不够好( (膜材的使用寿