大跨度建筑结构形式与建筑造型实例分析

1、建筑构造作作业大跨度建筑筑结构形形式与建建筑造型型实例分分析学号：20011005111班级：建筑筑1111建筑的三个个最基本本要素包包括强度度、适用用和美观观。适用用是指该该建筑的的实用功功能，即即建筑可可提供的的空间要要满足建建筑的使使用要求求，这是是建筑最最基本的的特性；美观是是建筑物物能使那那些接触触它的人人产生一一种美学学享受，这这种效果果可能是是由一种种或多种种原因产产生，其其中也包包括了建建筑形成成的象征征意义，形形状、花花纹和色色彩的美美学特征征；强度度是建筑筑的最基基本特征征，它关关系到建建筑物保保存的完完整性和和作为一一个物体体在自然然界的生生存能力力，满足足“强度度”所需

2、需要的建建筑物部部分是结结构，结结构是建建筑物的的基础，没没有结构构就没有有建筑物物，也不不存在适适用，更更不可能能有美观观。大跨空间结结构是目目前 HYPERLINK /fazhan/ 发展展最快的的结构类类型。为为了满足足社会生生活和居居住的需需要，人人们需要要更大的的覆盖空空间，如如大型的的集会场场、体育育馆、飞飞机库等等、跨度度要求很很大，达达几百米米或者更更大，这这是就需需要大跨跨度结构构。大跨跨度建筑筑通常指指跨度在在30米以以上的建建筑。大大跨度建建筑及作作为其核核心的空空间结构构技术的的发展状状况是代代表一个个国家建建筑科技技水平的的重要标标志之一一。而大大跨度结结构的表表现形

3、式式是多种种多样的的。对于建筑师师及工程程师们而而言，大大跨度建建筑提供供了一种种既方便便又经济济的覆盖盖大面积积空间的的方法，尤尤其在大大跨度建建筑中，结结构选型型是制约约建筑空空间形式式的造型型的重要要因素。大跨空间结构的类型和形式十分丰富多彩，习惯上分为如下这些类型：钢架、桁架结构、拱结构、壳体结构、折板结构、网架结构、网壳结构、悬索结构、张弦梁结构和索膜结构。大跨度建筑筑通常是是指跨度度在300m以上上的建筑筑，我国国现行钢钢结构规规范则规规定跨度度60mm以上结结构为大大跨度结结构。主主要用于于民用建建筑的影影剧院、体体育场馆馆、展览览馆、大大会堂、航航空港以以及其他他大型公公共建筑

4、筑。在工工业建筑筑中则主主要用于于飞机装装配车间间、飞机机库和其其他大跨跨度厂房房。大跨跨度建筑筑在古代代罗马已已经出现现，如公公元1220到1244年建成成的罗马马万神庙庙，成圆圆形平面面，穹顶顶直径达达43.5m，用用天然混混凝土浇浇筑而成成，是罗罗马穹顶顶技术的的光辉典典范。罗马万神庙庙虽然大跨度度建筑在在古代罗罗马已经经出现，但但是大跨跨度建筑筑真正得得到迅速速发展还还是在119世纪纪后半叶叶以后，特特别是第第二次世世界大战战后的最最近几十十年中。大大跨建筑筑迅速发发展的原原因一方方面是由由于社会会发展使使建筑功功能越来来越复杂杂，需要要建造高高大的建建筑空间间来满足足群众集集会、举举

5、办大型型的文艺艺体育表表演、举举办盛大大的各种种博览会会等；另另一方面面则是新新材料、新新结构、新新技术的的出现，促促进了大大跨度建建筑的进进步。一一是需要要，二是是可能，两两者相辅辅相成，相相互促进进，缺一一不可。19世纪后半叶以来，钢结构和钢筋混凝土结构在建筑上的广泛应用，使大跨建筑有了很快的发展，特别是近几十年来新品种的钢材和水泥在强度方面有了很大的提高，各种轻质高强材料、新型化学材料、高效能防水材料、高效能绝热材料的出现为建造各种新型的大跨度结构和各种造型新颖的大跨度建筑创造了更有利的物质技术条件。大跨度建筑筑常用结结构形式式；大跨跨度常用用建筑结结构根据据结构形形式，受受力构件件排列

6、组组合不同同可分平平面平面面机构体体系和空空间结构构体系两两大类，共共有八种种。它们们是：平平面结构构体系有有拱、刚刚架以及及桁架。空空间结构构体系有有网架、折折板（薄薄壳）、悬悬索、膜膜结构以以及混合合结构。拱是古代大大跨度建建筑的主主要结构构形式。由由于拱成成曲面形形状，在在外力作作用下，拱拱内的弯弯矩可以以降到最最小限度度，主要要内力变变为轴向向压力，且且应力分分布均匀匀，能充充分利用用材料的的强度，比比同样跨跨度的梁梁结构断断面小，故故拱能跨跨越较大大的空间间。但是拱结构构在承受受荷载后后将产生生横向推推力，为为了保持持结构的的稳定性性，必须须设置宽宽厚坚固固的拱脚脚支座抵抵抗横推推力

7、。常常见方式式是在拱拱的两侧侧作两道道厚墙来来支承拱拱，墙厚厚随拱跨跨增大而而加厚。很很明显，这这会使建建筑的平平面空间间组合受受到约束束。拱的内力主主要是轴轴向压力力，结构构材料应应选用抗抗压性能能好的材材料。古古代建筑筑的拱主主要采用用砖石材材料，近近代建筑筑中，多多采用钢钢筋混凝凝土拱，有有的采用用钢衍架架拱，跨跨度可达达百米以以上。拱拱结构所所形成的的巨大空空间常常常用来建建造商场场、展览览馆、体体育馆、散散装货仓仓等建筑筑。拱结构按组组成和支支座方式式不同分分为三铰铰拱，两两铰拱和和无铰拱拱三种。拱结构的造造型主要要取决于于矢高大大小和平平衡拱推推力的方方式。拱拱的矢高高对建筑筑的外

8、轮轮廓形象象影响最最大。矢矢高小的的拱，外外形起伏伏变化小小，成扁扁平状，结结构占用用的空间间小，但但水平推推力和拱拱身轴力力都偏大大。而矢矢高大的的拱，外外形起伏伏变化强强烈，产产生的水水平推力力和轴向向力都较较小，但但是拱身身材料耗耗费量多多，拱下下形成的的内部空空间大，拱拱曲面坡坡度很陡陡。因为拱是一一种有水水平推力力的结构构，因此此解决水水平推力力的方式式不同，建建筑的外外形也会会明显的的不同。因因此解决决拱产生生水平推推力的方方式在很很大程度度上决定定了拱结结构大跨跨度建筑筑的建筑筑造型。刚架是横梁梁和柱以以整体连连接方式式构成的的一种门门形结构构。由于于梁和柱柱是刚性性结点，在在竖

9、向荷荷载作用用下，柱柱对梁有有约束作作用，因因而能减减少梁的的跨中弯弯矩。同同样，在在水平荷荷载作用用下，梁梁对柱也也有约束束作用，能能减少柱柱内的弯弯矩。刚刚架结构构比屋架架和柱组组成的排排架结构构轻巧，可可以节省省钢材和和水泥。由由于大多多数刚架架的横梁梁是向上上倾斜的的，不但但受力合合理，且且结构下下部的空空间增大大，对某某些要求求高大空空间的建建筑特别别有利。同同时，倾倾斜的横横梁使建建筑的屋屋顶形成成折线形形，建筑筑外轮廓廓富于变变化。由于刚架结结构受力力合理，轻轻巧美观观，能跨跨越较大大的跨度度，制作作又很方方便，因因而应用用非常广广泛。一一般用于于体育馆馆、礼堂堂、食堂堂、菜场场

10、等大空空间的民民用建筑筑，也可可用于工工业建筑筑，但刚刚架结构构的刚度度较差，当当吊车起起重量超超过1000KNN时不宜宜采用。钢制刚架结结构的玻玻璃暖房房钢架按结构构组成和和构造方方式的不不同，分分为无铰铰钢架、两两铰钢架架和三铰铰钢架。无无铰钢架架、两铰铰钢架是是超静定定结构，结结构刚度度较大，但但当地基基条件较较差，发发生不均均匀沉降降时，结结构将产产生附加加内力。三三铰钢架架则属于于静定结结构，在在地基产产生不均均匀沉降降时，结结构不会会引起附附加内力力，但其其刚度不不如前两两者好。一一般来说说，三铰铰钢架多多用于跨跨度较小小的建筑筑，两铰铰和无铰铰钢架可可用于跨跨度较大大的建筑筑。钢

11、架结构常常用钢筋筋混凝土土建造，为为了节约约材料和和减轻结结构自重重，通常常将钢架架做成断断面形式式，柱梁梁相交处处弯矩最最大，断断面增大大，铰接接点处弯弯矩为零零，断面面最小，所所以钢架架的立柱柱断面呈呈上大下下小。根根据建筑筑造型需需要，立立柱可做做成里直直外斜，或或外直里里斜。钢钢架多采采用预制制装配，用用这些构构件可组组成单跨跨、多跨跨、高低低跨、悬悬挑跨等等各式各各样的建建筑外形形。屋脊脊一般在在跨度正正中间，形形成对称称式钢架架，也可可偏于一一边，构构成不对对称式钢钢架。某一钢架结结构车站站,椼架是是由杆件件组成的的一种格格构式结结构体系系。杆件件与杆件件的结合合假定为为铰结，所所

12、以在外外力作用用下杆件件内力为为轴向力力（拉力力或压力力），而而且分布布均匀，故故椼架结结构比梁梁结构受受力合理理。椼架架的杆件件内力是是轴向力力，而梁梁的内力力主要是是弯矩，且且分布不不均匀，梁梁的断面面大小常常以最大大弯矩处处的断面面尺寸为为整个梁梁的断面面大小，因因此梁的的材料强强度未得得到充分分利用。椼椼架内力力分布均均匀，材材料强度度能充分分利用，减减少材料料耗量和和结构自自重，使使结构跨跨度增大大。所以以椼架结结构式大大跨度建建筑常用用的一种种结构形形式，主主要用于于体育馆馆、影剧剧院、展展览馆、食食堂、菜菜场、商商场等公公共建筑筑。为了使椼架架的规格格统一，有有利于工工业化施施工

13、，建建筑的平平面形式式宜采用用矩形或或方形。桁桁架一般般用木材材、钢材材、钢筋筋混凝土土建造。桁桁架形式式分为三三角形、梯梯形、拱拱形、无无腹杆式式和三铰铰拱式等等各种形形式。三角形桁架架可用钢钢、木或或钢筋混混凝土制制作。当当跨度不不超过118米时时，构件件内利较较小，比比较经济济，仅适适用于跨跨度不大大于188米的建建筑。梯梯形桁架架可用钢钢或钢筋筋混凝土土制作。常常用跨度度为188到36米，桁桁架矢高高与跨度度之比一一般为11/8到到1/66。梯形形桁架的的端部增增大，降降低了结结构的稳稳定性，增增加了材材料用量量。拱形形桁架的的外形呈呈抛物线线，与上上弦的压压力线重重合，杆杆件内力力均

14、匀，比比梯形桁桁架材料料耗量少少。无腹杆桁架架的上弦弦为抛物物线形，犹犹如拱，主主要承受受轴向压压力，竖竖杆和下下弦受拉拉力，结结构用料料经济，由由于无腹腹杆，结结构造型型简洁，便便于制作作，在桁桁架之间间铺管道道和进行行检修工工作均很很方便，特特别用于于在桁架架下弦有有较多吊吊重的建建筑。桁架选型考考虑的因因素是：综合考考虑建筑筑的功能能要求、跨跨度和何何在大小小、材料料供应和和施工条条件等因因素。当当跨度在在36米以以上时，为为了减轻轻结构自自重，宜宜选择钢钢桁架；跨度在在36米以以下时，一一般可选选用钢筋筋混凝土土桁架，有有条件时时最好选选用预应应力混凝凝土桁架架；当桁桁架所处处的环境境

15、相对湿湿度大于于75%或有腐腐蚀性介介质时，不不宜选用用木桁架架和钢桁桁架，而而应选用用预应力力混凝土土桁架。桁桁架结构构在大跨跨度建筑筑中多用用做屋顶顶的承重重结构，根根据建筑筑的功能能要求、材材料供应应和经济济的合理理性，可可设计成成单坡、双双坡、单单跨、多多跨等不不同的外外观和形形状。网格是一种种由很多多杆件以以一定规规律组成成的网状状结构。它它具有下下列优点点：杆件件之间互互相起支支撑作用用，形成成多向受受力的空空间结构构，故其其整体性性强、稳稳定性好好、空间间刚度大大，有利利于抗震震；当荷荷载作用用于网架架各节点点上时，杆杆件主要要承受轴轴向力，故故能充分分发挥材材料的强强度，节节省

16、材料料；网架架结构高高度小，可可以有效效的利用用空间；结构的的杆件规规格统一一，有利利于工厂厂化生产产；网架架形式多多样，可可创造丰丰富多彩彩的建筑筑形式。网网架结构构主要用用来建造造大跨度度公共建建筑的屋屋顶，适适用于多多种平面面形状，如如圆形、方方形、三三角形、多多边形等等各种平平面建筑筑。网格结构,网格结结构按其其外形分分为平板板网格结结构和曲曲面网格格结构两两类，前前者称为为网架，后后者称为为网壳，通通常采用用金属材材料制作作。网架架一般都都是双层层的，也也可做成成多层的的；网壳壳可以是是单层的的，也可可以是双双层的。网网架自身身不产生生推力，支支座为简简支，构构造比较较简单，可可以适

17、用用于各种种形状的的建筑平平面，所所以应用用广泛。网网壳多数数是有推推力的结结构，支支座条件件较复杂杂，但外外形丰富富，建筑筑造型多多变。网架结构网架和网壳壳结构的的建筑造造型：网网格结构构的建筑筑造型主主要受两两个因素素的影响响：一是是结构的的形式，二二是结构构的支撑撑方式。平平面网架架的屋顶顶一般是是平屋顶顶，但是是建筑的的平面形形式可以以多样化化。网壳壳的外形形多变，如如拱形网网架的建建筑外形形呈拱曲曲面，但但平面形形式往往往比较单单一，多多为矩形形平面，穹穹形网壳壳的外形形呈半球球形或抛抛物面形形等，平平面则为为圆形或或其它形形状。网架及网壳壳的支承承方式对对建筑造造型是一一个很重重要

18、的影影响因素素。网架架和网壳壳的下部部支承或或为墙、或或为柱、或或悬挑、或或封闭、或或开敞。应应根据建建筑的功功能要求求、跨度度大小、受受力情况况、艺术术构思等等因素确确定。当当跨度不不大时，网网架可支支承在四四周圈梁梁上，圈圈梁则由由墙或柱柱支承。这这种支承承方式对对网架尺尺寸的划划分比较较自由，网网架手里里均匀，门门窗开设设位置不不受限制制，建筑筑立面不不受限制制，建筑筑立面处处理灵活活。当跨度大时时，网架架宜直接接支承与与四周的的立柱上上。这种种支承方方式传力力直接，受受力均匀匀，但柱柱网柱网网尺寸要要与网架架的网格格尺寸相相一致，使使网架节节点正好好处于柱柱顶位置置。穹形网壳结结构国家

19、大大剧院折板结构由由折板和和横隔构构件组成成，在波波长方向向，折板板犹如一一块折叠叠起伏的的钢筋混混凝土连连续板，折折板如同同一钢筋筋混凝土土梁，其其强度随随折板的的矢高（f）而增加。横隔构件的作用是将折板在支座处牢固地结合在一起，如果没有它，折板会坍塌而破坏。横隔构件可根据建筑造型需要来设计，如钢筋混凝土横隔板、横隔梁等。折板的波长不宜太大，否则板太厚，不经济，一般不应大于12M。折板结构按按波长数数目的多多少分为为单波和和多波折折板；按按结构跨跨度的数数目有单单跨和多多跨之分分；若按按结构断断面形式式分为三三角形折折板和梯梯形折板板；若依依折板的的构成情情况，又又可分为为平行折折板和扇扇形

20、折板板。平行行折板构构造简单单，最常常用。扇扇形折板板一端的的波长较较小，另另一端的的波长较较大，成成放射状状，多用用于梯形形平面的的建筑。由于折板结结构构造造简单，又又可预制制装配施施工，故故被广泛泛用于工工业与民民用建筑筑，可用用于矩形形、方形形、梯形形、多边边形，圆圆形等平平面。由由折板结结构建造造的房屋屋，造型型新颖，具具有独特特的外观观。巴黎联合国国教科文文组织会会议大厅厅薄壳结构是是用混凝凝土等刚刚性材料料以各种种曲面形形式构成成的薄板板结构，呈呈空间受受力状态态，主要要承受曲曲面内的的轴内力力，而弯弯矩和扭扭矩很小小，所以以混凝土土强度能能得到充充分利用用。由于于是空间间结构，强

21、强度和刚刚度都非非常好。薄薄壳厚度度仅为其其跨度的的几百分分之一。而而一般的的平板结结构厚度度至少是是跨度的的几十分分之一。所所以薄壳壳结构具具有自重重轻、省省材料、跨跨度大、外外形多样样的优点点，可用用来覆盖盖各种平平面形状状的建筑筑物屋顶顶。但大大多数薄薄壳结构构的形体体较复杂杂，多采采用现浇浇施工，费费工、费费时、费费模板，且且结构计计算较复复杂，不不宜承受受集中荷荷载，这这些缺点点在一定定程度上上影响了了它的推推广作用用。薄壳结构形形式很多多，常用用的有筒筒壳、圆圆顶壳、双双曲扁壳壳，鞍形形壳等四四种。每每种形式式的受力力特点和和产生的的空间各各有特点点，应根根据实际际来设计计。薄壳结

22、构的的建筑造造型以各各种几何何曲面图图形为基基本特征征，基本本形式为为圆筒形形、圆球球形、双双曲抛物物面形。它它与梁、板板、架一一类结构构相比，在在造型上上独具特特色，容容易给人人以新奇奇感，突突出建筑筑的个性性。悬索用高强强钢丝做做拉索，加加上高强强的边缘缘构件以以及下部部的支承承构件，使使结构自自重极大大地减小小，而跨跨度大大大增加。除除稳定性性相对较较差外，是是比较理理想的大大跨屋盖盖结构形形式。拉拉索显示示出柔韧韧的状态态，使得得结构形形式轻巧巧且具有有动感。柔性的悬索索在自然然状态下下不仅没没有刚度度，其形形状也是是不确定定的。必必须采用用敷设重重屋面或或施加预预应力等等措施，才才能

23、赋予予一定的的形状，成成为在外外荷作用用下具有必要要刚度和和形状稳稳定性的的结构。因因此也称称其为张张力结构构。悬索结构按按其外形形和索网网的布置置方式分分为单曲曲面曲面面悬索和和双曲面面悬索，单单层悬索索和双层层悬索等等形式。悬索结构的的造型与与薄壳结结构一样样是以几几何曲面面图形为为特征，但但也有其其自身的的特点。主主要表现现在两个个方面：一是悬悬索只能能受拉不不能受压压，外形形大多呈呈凹曲面面；二是是悬索结结构由两两种不同同材料的的构件组组成，即即钢索网网和钢筋筋混凝土土边缘构构件，索索网的曲曲面形式式多样，边边缘构件件形式各各异，只只要改变变其中一一种，就就能创造造出与基基本形式式截然

24、不不同的造造型。膜结构是建建筑结构构中最新新发展起起来的一一种形式式，它以以性能优优良的织织物为材材料，或或是向膜膜内充气气，由空空气压力力支撑膜膜面，或或是利用用柔性钢钢索或刚刚性支撑撑结构将将面绷紧紧，从而而形成具具有一定定刚度、能能够覆盖盖大跨度度空间的的结构体体系。自自从上世世纪700年代以以来，膜膜结构在在国外已已逐渐应应用于体体育建筑筑、商场场、展览览中心、交交通服务务设施等等大跨度度建筑中中。膜结结构已成成为大跨跨度建筑筑造型的的一个重重要手段段。膜结构按其其支撑方方式通常常可以分分为张拉拉式膜结结构、骨骨架式膜膜结构，空空气支承承式膜结结构三类类。膜结结构重量量轻、跨跨度大、施

25、施工方便便，透光光性和自自洁性好好，建筑筑造型丰丰富。但但其隔声声效果较较差，耐耐久性不不好。膜结构的空空间研究究大楼除了上述常常用的结结构外，大大跨度结结构还有有组合网网架结构构、预应应力网格格结构、管管桁结构构，张弦弦梁结构构等。实例分析：日本代代代木体体育馆代代木体育育馆是日日本建筑筑大师丹丹下健三三的作品品。它是是60年代代的技术术进步的的象征，它它脱离了了传统的的结构和和造型，被被誉为划划时代的的作品。代代代木国国立室内内综合体体育馆的的整体构构成、内内部空间间以及结结构形式式，展示示出丹下下健三杰杰出的创创造力、想想象力和和对日本本文化的的独到理理解。它采用了高高张力缆缆索为主主体的悬悬索屋顶顶结构，创创造出带带有紧张张感、力力动感的的大型内内部