建筑结构选型讲义(史上最全面)

一：结构对于建筑的意义A：结构如同建筑的骨骼，支撑着建筑物；要克服重力，形成支撑体系B：通过满足技术要求来满足建筑的使用功能；如：无柱空间的设计，中厅空间的设计C：形成特定的建筑造型；如现在的一些大跨度建筑，其独特的外观造型是进行了正确D：结构科学的进步推动着建筑的发展。一部建筑史也是一部建筑结构发展史二：几个基本结构原理介绍一些反映在力学原理中的普遍规律。1.可以提高对结构设计分析、判断的直观能力。2.可以引导和我们合理选择满足功能及力学性能的结构形式。（二）通过对建筑实践的长期考察、分析，有以下传力的普遍规律。1.在荷载作用下，结构的安全可靠性是由结构的(1)强度(2)刚度(3)稳定性这即：(1)足够的抵抗破坏的能力；砖柱与混凝土柱受压比较（取决于材料承载力）(2)抵抗变形的能力；大截面梁与小截面梁受弯性能比较（取决于截面大小）(3)维持原有平衡状态的能力。长柱与短柱受压比较（取决于其结构构件稳定系数）现代趋势：轻质高强材料满足①对其材料结构断面易导致②、③破坏，也就是结构受拉力学性能增强，受弯受压性能减弱(同时)选用以受拉传力方式为主的结构系统是一大关注点2.在荷载作用下，直接、矩捷的传力路线使结构的工作效能充分利用，减少耗材。选用最短的传力路线组结构构件是一个好的结构设计必须遵循的原则，尽可能减少弯曲分析梁、柱、拱的受力3.在荷载作用下，结构的连续性可以改进结构的工作性能。结构的连续性是指其整体性，受力范围扩大，同时还表现在结构构件交接处方向渐变的体形特征上，结构构件的交接以微曲线过渡较理想。力流顺畅同时造型优美例：壳体结构，拱结构。三、课程性质、目的和意义第一章：建筑结构基本构件1.支撑构件：梁、柱、承重砌体、楼盖、楼梯。2.覆盖构件：屋盖，填充砌体一、梁的受力特点梁主要承受垂直于梁轴线方向的荷载的作用，这在各种受力体中是最不保理的一种：不能完全发挥材料(强度)—力学性能。内力主要为弯矩和剪力；扭矩轴力。变形与约束条件有关:(1)两端约束小，变形挠度大，内力大适用：中小跨度建筑，地基较差，有不均匀沉降不适用于跨度，外力较大的情况(2)两端约束大，变形小于，内力小于当梁刚度=柱刚度时，处于两端固定与两端简支之间。(3)只有一端有约束，固定端有较大弯矩(倾覆力矩)抗倾覆安全系数，强度变形平衡方式四种，上压；下拉，左右自平衡，副跨框架两端外伸的简支梁及连续梁(4)两端外伸的简支梁及连续梁充分发挥材料力学性能特点：内力小，刚度大，抗震好。对支座变形敏感，易引起附加内力二、梁的形式及构造特点1.按材料来分古代埃及、西亚、希腊形成狭长式密柱林立的空间，如阿蒙神庙，帕提农神庙。这是因为石村抗弯性能差(抗拉低，抗压高)所以石梁高度很大，极其笨重，跨度受限制，可达8—9m干式结构木材抗腐、防蛀、防火性能差且资源有限，木结构房屋轻巧、精致，且富于装饰(细部)自重轻抗拉、抗压、截面小，跨度大，可达11m按外观还可分为直梁和月梁近年来，胶合木结构有所发展(3)钢梁，适用范围广泛，轻质高强材料强度高，所需截面小，自重相对较小，抗拉抗压均强防腐防火差，造价高，一般采用土学形式空腹钢梁跨度可达18m以上(4)砼梁，受力明确，力学性能好砼受压，纵向钢筋受拉，箍筋受剪和挠度，跨度达18m；一般梁高为1/14—1/8L，梁宽为1/3—1/2梁高。2.按截面形式分类焊接工字型钢梁，砼有等变截面梁普通砼薄腹梁6—12m，预砼梁12—18m3.按支座约束条件分类静定梁：单跨多跨柱主要承受平行于柱轴线方向的荷载作用，材料的力学性能利用充分偏心受压有弯矩和剪力1.长柱：在弯距及轴力共同作用下破坏较易破坏失稳短柱：主要是轴向力作用下发生破坏值较小，不易破坏，较稳2.轴心受压：轴向力作用破坏偏心受压：在弯矩及轴力共同作用下破坏。二、柱的形式及构造特点(1)石柱：抗压强度高，但不抗弯，截面依然要比较大(新王国)防蒙神庙柱子直径2.74m-3.57m有意制造神秘压抑的气氛古希腊柱式：多立克，爱奥尼，科林斯框柱柱头钢园锥台特征柱式爱奥尼粗壮修长柱身柱础截面较小，抗弯强度抗压强度较高中国历史仅见最粗木柱，明十三陵棱恩殿d=1.17m高23m金丝楠木柱迄今无闪失倾斜，接近1：20一般为空腹钢柱，来加大截面取得较大值，增强抗稳性能为避免构件长细比过大承载力降低过多常取lo/b=30lo/h=25，柱尺寸宜用整数2.按截面形式在整个房屋的建造中，楼盖是非常重要的是做为水平向承重结构形式承受垂直向荷载的作用一般由板、梁构成，内力主要为弯矩和剪力。相似于梁的受力，但是做为一个整体受力二、结构型式1.肋梁楼盖2.井格梁楼盖3.密肋梁楼盖4.无梁楼盖所谓肋梁是指支撑梁与板现绕在一起梁板交接处为“T”字形，梁如同肋骨支撑着整个所谓单向，双向是指单抽板、双向板，这与梁间区格形式与大小有关，长边计算跨度板-次梁-主梁-柱-基础板被认为是支承在次梁及外墙上的多跨连续梁次梁被认为支承在主梁上的多跨连续梁板-梁-柱-基础荷载向两个方向传递，短跨分配的大些梁可简化>为支承在柱及外墙上的多跨连续梁2.井格梁楼盖是由肋梁楼盖演变过来，是其一种特例，主要特点是两个方向梁的高度相等且一般等间距布置，无主次梁之分，共同工作，形式整体，依靠周边支承或四角柱支承，可以解决大跨度空间的设计要求受力特点：整体受力属于空间受力体系，采用有限元法借助电子计算机完成。型式：正交正放斜交正放四角柱支承正交斜放斜交斜放周边支承3.密肋楼盖梁间距〈1.5m时称为密肋楼盖适用于中等或较大跨度的公共建筑普通跨度可达10m，预应力跨度可达15m较大节省更复杂较小不节省肋梁节省单向密肋梁楼盖双向密肋楼盖4.无梁楼盖将板直接支承在柱子和墙上，且不设梁的楼盖结构为增大柱子的支承面积和减板跨在柱顶设柱帽和托板，柱应尽量按方形网格布置。间距6m左右较为轻济，板厚较大120mm优点：顶棚平整，室内净空大，采光、通风好，施工简单4.装配式楼盖—铺板式将预制板直接放置在承重墙或楼面梁上(1)板宽可从0.3m—整个房间开间板长为2—6m(2)梁一般为简支梁，带悬臂脊简支梁5.其他形式第四节楼梯第二章混合结构体系(砖混)一、结构构成及受力特点是梁、板，形成空间的水平面，墙或柱承受垂直的压力，梁和板承受弯曲力。墙体本身受到围隔空间的作用，同时又要承担屋顶的荷重，把围护结构和承重结构合并在一起，正因为如此，混合结构在分隔空间灵活性上有很大的局限性。二、砌体“秦砖汉瓦”青砖(炭的不完全燃烧)有金属之声故宫砖墙回音壁(天坛皇穹宇垣墙施工精良磨砖对缝烧结普通砖，非烧结硅酸盐砖。2、承重粘土空心砖早在战国时就出现了用长一米宽30—40厘米的大块空心砖砌铅的墓室。空心砖孔洞率10%—40%之间减轻自重，隔声效果好，节约资源，保温隔热，“节能”又“环保”已经得到大面积推广。抗压强度高，而久性好，给人以稳定感4、其他砌块砼砌块，砼空心砌块，加气砼砌块……我国标准砖的尺寸为240×115×53mm（三）构造要求1、墙体的局部尺寸限值2、横墙间距〈1.5建筑物宽度间距小，建筑刚性增强(抵抗变形)3、纵墙尽可能贯通4、适当加设壁柱墙厚24cm，而大梁跨度〉6m时，梁为主的的山墙应加壁柱5、墙体设置偶佰缝，沉降缝防止热胀冷缩50m(有保温间30m(无一)2—6cm防止不均匀沉降5cm_12cm随层数变化三、楼盖单向肋梁楼盖，双向肋梁楼盖双向板5×5(方)4m(矩)次梁4—6主梁5—8m2,装配式楼盖由预制板和预制梁构成预制板（1）实心板跨度范围1.2-2.4米，预应力实心板跨度也只能到2.7米。厚度为50-80毫米；宽度为500-900毫米（2）空心板跨度范围2.4-4.8米，预应力空心板跨度可达6米；厚度为120毫米；宽度为500-800（3）槽形板面板板厚大于或等于25毫米，肋高为1/17-1/22跨度；宽度为500-700毫米另外板在墙上的支撑长度大于或等于100毫米，在梁上的支撑长度大于或等于80毫米。根据承重墙布置方式和楼盖选型的不同，可分为以下四种形式一、横墙承重方式主要由横墙支承楼板，纵墙主要起维护，隔断和维持横墙的整体作用。横墙是主要承重墙，纵墙是自承重墙特点，横墙较密，房间布置灵活性差；整体刚度好，外纵墙立面处理方便适用于：宿舍，住宅等居住建筑二、纵墙承重方式（AB）A无梁纵墙承重板—纵墙—基础B有梁纵墙承重板—梁—纵墙—基础纵墙是主要承重墙，横墙为满足房屋刚度及整体性，间距可以较大。特点：刚度较差，纵墙受力集中，纵墙门窗洞口位置受限空间较大，布置灵活，墙面积小。适用：教学楼，办公楼，医院，图书馆，食堂，仓库。三、纵横墙承重方式屋面板的重量一部分传递给大梁再由大梁传到纵墙—基础，另一部分重量传递到横墙—基础特点：平面布置灵活性好，横向刚度介于12之间适用：在实际工程中应用较多四、内框架承重方案外墙为承重墙，内部为梁，柱的混合承重，方案，外墙和柱子都是主要承重构件。7荷截传递为：板—梁—外纵墙—外纵墙基础—地基板—梁—柱—柱基础—地基将内承重墙由梁，柱代替，减轻了外纵墙荷载作用。特点：内部空间任意分割，上面可安排小空间横墙少，刚度差，基础沉降不一致，结构易产生内应力适用：商住楼，图书馆五、底层框架上刚下柔不利于抗震2—3混合结构外型特点及发展趋势一、外型特点由于砖墙的承重，造成了空间分隔的不灵活，门窗洞口光小的限制，与外空间无交流的种种整封闭，整齐划一，不能灵活按功能分隔空间，不能获得宽敞，通透的室内空间。门窗洞口狭小，单洞重复，无变化。3.剖面上结构占据很多有效空间，愈到底层墙越厚整体性差，抗震能力弱二、发展趋势结构简单，材料来源方便，经济。不利于机械化施工，在相当长的时间里还将在中小型民用建筑大板建筑、箱形建筑等墙体改革将会使混合结构更适合大量建造的中小型建筑的需要。第三章框架结构一、框架结构结构组成竖直方向的柱与水平方向的梁，板二、结构特点1，把承重骨架利用来围护和分隔空间的帘幕式的墙面明确的分离开来。材料各自有自己的力学性能和特点，有的适宜做支撑物件而不宜防风避雨，有的适宜于遮蔽空间而不宜于支撑重量，利用材料各自特性，形成围护与承重分开的框架结构2，梁柱交接处为刚性连接，节点为刚节点四、框架结构的发展中国木框架传力体系——墙倒屋不塌（1）屋顶举折坡度曲线平缓（2）斗拱承托檐口梁重，过渡构件保护基础和结构，形成挑檐，出檐深远。（3）灵活多变的建筑形式：厅、堂、杆、亭、榭、廊（4）空廊、空门、空窗、漏窗、透空屏风格扇，轻巧淡雅、玲珑活泼8半木建筑框架露明北美殖民地式建筑柱间加斜撑由于木材便于加工，富有弹力和韧性，可做成各种形式的接榫，制做，整体性较强2.砖石框架13-15世纪在欧州风行一时的高直式建筑所采用的尖拱拱肋结构，将拱面上的荷重分别集筑物两侧设宽大的飞扶壁，形成向上的动势石材整体刚性很差,所以梁柱之间的节点不是刚节点,砖石框架不是纯粹意义上的框架结构3.砼框架是由砼梁和柱刚性连接的骨架结构，其结构特点就在于“刚节点”形成几何不变体，约束杆件转动，减少横梁正弯矩。对近现代建筑的发展起了很大的推动作用。如果说西方古典建筑的辉煌成就是建立在砖石结构立在砼或钢框架基础上。法国(生于瑞士)建筑师柯布西耶——现代建筑开创者1926年提出深刻揭示出近代框架结构给予建筑创作所开拓的新可能性。现代西方建筑打破了传统六面体空间观念的束缚，创造出“流动空间”概念，少就是多。如：密斯凡德罗。德国1929年巴塞罗那博览会德国馆八根十字形断面的铜柱。“空间”概念的树立:平面图案化不等于空间宜人对自然的约束与操纵从而妨碍了万物共生的亲切自然凡尔塞宫与江南园林之比较一、柱网尺寸柱网布置应求做到简单、规则、整齐、柱网尺寸应符合经济原则和尽量符合模数。(二)多层民用房屋的柱网尺寸二、框架布置1.横向框架——横梁为主梁、纵梁为次梁2.纵向框架——3.纵横两向布置框架4.无梁框架柱子与模板整体连接三、结构布置要点1.房屋平、立面宜用简单的体型体型突变受力复杂平面上有突出部分时，拐角处楼板应避免开洞、突出部分两侧梁、柱适当加强；立面上有局部突出应考虑其鞭端效应。2.框架带悬挑与建筑艺术的有效结合连续梁端部适当悬挑有利于减少跨中弯矩，建筑底层以上的室内空间可向周边延伸，“9底层收进”使立面上下强烈对比，同时扩大了建筑使用面积。底层楼盖悬挑成雨罩，使建筑立面高中有宽，耸而不危，多层次空间处理。悬挑外伸长度从力学结构角度来说，外伸越长，内力越大，悬臂变形(挠度)越大，四次方增长。一般说来，均布荷载作用下，外伸长度小于1/2L，大于1/4L，宜1/3L左右并且两端最好同时挑出。1.平面、布置灵活、可结合人流流线和使用要求，灵活划分厅室空间和案插各种构图要素，如门斗、楼梯、电梯、通道、轻质隔断、实墙面等打破厅室空间中规则柱网的单调感。形成流动空间，增强内外空间的交融。2.立面可利用面积窗与实墙面形成虚实对比的韵律创造风格简洁多变，活泼明快的建筑物外形二、适用范围框架房屋为柔性结构，当受水平负载时，侧向力的作用——水平位移为重要的控制因素，当层数较高时，柱、梁截面尺才会增大。到不经济、不合理的地步，例十八层、底柱9595cm，工程实践表明，框架结构的合理层数为6-15层。最经济10层左右一般高宽比约为5-7，产生了新结构物系剪4-2剪力墙结构1.是一种提高建筑抗侧力的刚度的构件，利用建筑的外墙和永久性内隔墙的位置布置砼承重力度。剪力墙在水平力用下的工作犹如悬壁深梁，其抗弯惯性矩很大，从而提高了结构的抗侧力刚度，为整个房屋提供很大的抗剪强度的刚并，因此称之为剪力墙。二、现代社会生产和生活对使用空间提出了“多”和“大”的要求，也就促使建筑物的使用空间分别向垂直方向和水平方向扩展。随着使用空间在介绍一些反映在力学原理中的普遍规律。1.可以提高对结构设计分析、判断的直观能力。2.可以引导和我们合理选择满足功能及力学性能的结构形式。通过对建筑实践的长期考察、分析，有以下传力的普遍规律。1.在荷载作用下，结构的安全可靠性是由结构的强度刚度和稳定性这三个方面决定的。即：足够的抵抗破坏的能力，抵抗变形的能力维持原有平衡状态的能力。现代趋势：轻质高强材料满足①对其材料结构断面易导致②、③破坏，也就是结构受拉力学性能增强，受弯受压性能减弱(同时)选用以受拉传力方式为主介绍一些反映在力学原理中的普遍规律。1.可以提高对结构设计分析、判断的直观能力。2.可以引导和我们合理选择满足功能及力学性能的结构形式。通过对建筑实践的长期考察、分析，有以下传力的普遍规律。1.在荷载作用下，结构的安全可靠性是由结构的强度刚度和稳定性这三个方面决定的。即：足够的抵抗破坏的能力，抵抗变形的能力维持原有平衡状态的能力。现代趋势：轻质高强材料满足①对其材料结构断面易导致②、③破坏，也就是结构受拉力学性能增强，受弯受压性能减弱(同时)选用以受拉传力方式为主升降机(载客)之后，第一个阶段：十九世纪中叶到二十世纪中时，随着新材料、新技术与电梯系统的发明，城市高层建筑不断出现在十九世纪末达到,在七十年代以前一直保持世界最高的记录。第二阶段：二十世纪中叶以后，六十年代以后，发展了一系列的结构体系，高层建筑出现新的高潮，在世界范围内普及，高度和数量不断增多造型新颖，尤其在公共建筑方面，在住宅等居住建筑方面，各国发展情况不同(与民族文化传统、经济发展水平有关)。如我国北京、米世界最高，纽约电话电报公司大楼。加拿大1963-1968年多伦多市政大厦31层、25层曲面板型，欧洲意大利米兰皮端利大厦亚洲：马来西业石油大厦双塔450米。二、构造要求1.剪力墙宽度与高度一般与整个房屋的宽，高相同宽达十几米或更大。高达建筑顶部。然减少很多应不小于1/25h及160mm。前者防止剪力墙在两层楼盖之间发生换稳破坏后者保证2.剪力墙宜房量不开洞，少开洞、开小洞。洞口位置对剪力墙抗剪强度有很大影响，洞口大小对剪力墙抗剪强度也有很大影响。三、结构布置要求1.剪力墙布置应尽量使抗侧力结构的刚度中心与水平荷荷的合力作用线接近或重合，以避免房屋在侧力作用下扭转。2.剪力墙刚度沿房屋高度不宜有突变，上下层位置应对齐贯通全高。3.应增加剪力墙承担的坚向荷载，防止使其产生大偏心受压。4.全剪结构中横向剪力墙间距一般可以不小于6-8m，相似于砖混结构中的纵横向承重方式三、框架一剪力墙结构由框架和剪力墙共同做为承重结构，克服了框架抗侧刚度小及全剪结构开间小布置不灵活的缺点，可满足常见的30层以下的高层建筑提供抗侧刚度。在侧向力作用下，框架本身形，而剪力墙如竖向悬臂梁，因此二者之间产生内力其最后变2.结构布置(剪力墙)在房屋内作为平行墙体布置还可利用山墙、电梯井、楼梯井等，同时靠近建筑端部国内15-25层高屋都为框剪结构由周边密集框架柱和窗裙梁共同形成的空腹筒结构角柱截面很大，由囚榀平面框架构成一个空间受力体系。柱距2.0-30不大于4.5m。中间布置柱以承受楼面——减少盖内力及变形。例由四周大量的钢性节点形成一个大的外筒体。美国大量的高层建筑框筒开洞率不大于50%墙面面积窗洞口尽可能与梁柱轴线网格形状相似，可利用其作为窗(5)在框一剪结构中剪力墙应布置在平面形状或刚度变化处以及靠近房屋区段的两端以有效增加整个结构侧刚度，抵抗水平荷载。4-3高屋建筑结构体系框架结构体系不大于60m(非)不大于50m(地震区)二、剪力墙结构体系(全剪力墙结构)是全部要由剪力墙承重而不没框架的结构体系。实际上相当于将砖混结构中的砖墙换成现刚度强度都比较高，有一定延性，结构传力均匀直接，整体性好，抗倒塌能力强。平面布置很多不灵活——永久固定隔墙过多，所需较大空间往往采用附加低层或顶层大空间，底层大空间处理——框支剪力墙结构。2.适用范围适用于需很多隔墙的住宅(高层)及高层旅店，房间内无梁柱外露。不宜大于40层，底层结剪力墙(部分剪力墙落地，部分剪力墙以框架代替)部分剪力墙被取消，结构刚度发生突变削弱应采取措施增强结构底部总抗侧刚度使上下刚度较为接近例：增加落地剪力墙厚度，提高其砼强度等级，将落地一布置或筒状或工字形等。控制落地框数应不小于50%，间距不大于2.5B。适用范围2.筒中筒结构实习厦筒：把电梯间，楼梯间及设备井道的墙布置成钢筋砼的墙，即由剪力墙组成薄壁筒,因其常由于建筑设计的需要置于建筑中部，故常称为核芯筒：框筒：由柱距3m以内的密柱和高的窗裙梁组成才木行架筒：由柱矩较大的柱和支撑组成的木行架筒。由中央核心筒和周边框筒组成，内筒集中布置垂直运输设备服务性。平面形状圆形、正三角形、正四边形、正六边形、矩形、轴心对称图形从材料用量、柱子轴力以及结构侧移来看，圆形最好矩形最差。内筒与外筒之间的矩离以10-16m为宜，内筒边长宜为外筒(相应)边长的1/3左右。适用筒体结构只有在细长的情况下，才能类似于箱形截面竖向悬臂构件，用于30层以下的房适用于层数高，刚度要求大，内核与外筒之间要求有广阔自由空间。3.框架核心筒外部柱距4-5m左右4.多重筒在内外筒之间增设一圈柱或剪力墙。5.束筒由框筒或实腹筒组合而成西尔期大厦五、巨型框架结构实质为二重传力系统，每隔一定层数就有设备层，布置一些强度和刚度都很大的水平构件形成水平刚性层连接建筑物四周柱子，约束周边框架及核芯筒变形(侧移)这些大梁或大型木行架与四周大型柱和大梁开筒连接——巨型框架之间部分为次框架，其竖向荷载和水平力传给巨框——地基。六、竖向桁架结构在框架梁柱之间增设斜撑或直接高为竖放桁架蓬皮杜艺术中心。七、悬挂结构体系以核芯筒，刚架等作为主要承重结构，通过悬索支撑楼盖。香港汇丰银行八、转换层彩梁、板、桁架、拱及合并柱式等作为结构层实现上下部结构类型或结构布置的转换。1.转换梁2.转换桁架3.转换拱4.转换板5.合并柱。几种高层建筑结构体系比较。外型特点及适用范围一、外形特点及选型原则1.外形雄伟高峻，常利用简单几何形体餐厅，形成鲜明艺术形象。2.常利用旋转餐厅，裙房等形成对比，丰富世界形象。二、适用城市中心区，用地紧张地带，城市滨海区办公楼、住宅、旅馆或建筑综合体。周围常辅以一城市广场或绿地等大面积非建筑用地，营造出现代城市景观。一、概念桁架是由直杆在端部相互连接而组成的格构体系，是由梁式结构发展产生的：二、结构计算假定a.组成桁架各杆为直杆，其中心线都在同一平面--中心平面上（保证为平面受力体系）。三、受力与变形0不能充分发挥其抗剪作用。因此，将中间部分挖空可减轻自重、节省材料，纵截面与横截面都可以进行这种改变，当大幅度挖空后，中间只剩几根截面很小的连杆时，形成桁架。由梁到桁架虽然其结构整体来说其内力情况与简支梁完全一致，但它已由受弯构件变为轴向压、下弦受拉，由此形成力偶来平衡外荷载产生的弯矩，剪力则由斜腹杆中的竖向分量来承担。2、桁架结构内力与外形的关系在桁架各杆件单元中内力的分布是不均匀的。（1）平行弦桁架上下弦各节间内力随外荷载所产生的总弯矩而变化，跨中节间轴力大，支座处轴力较小。（2）三角形桁架跨中节间轴力小靠近支座处最大（3）抛物线形桁架形状与简支梁弯矩图形相似，符合受荷后的内力变化规律，内力分布均匀。（4）折线形桁架便于施工制作，将上弦各节点与弯矩图重合，在之间取直线，上下弦杆内各节间轴力基本相等。介于矩形和三角形之间有缓坡(接近矩形)与陡坡(接近三角形)之分。腹杆受力与弦杆受力情况类似，在矩形、三角形相反抛物线、折线内力为零。其间受力最为合理的为3和4。扩大了梁式结构的适用跨度；充分发挥了材料的力学性能；施工方便；体型多样。一、按材料（1）木屋架的典型型式是豪式屋架，因其适于木屋架表现在a.屋架节间均匀杆件内力突变不致太大。b.腹杆长度与杆件内力变化相一致。c.屋架结点上相交的结点不多，适于木屋架的齿联结。(2)豪式屋架可有：三角形、梯形、三角形适2、钢——木组合屋架将屋架下弦或腹杆等承受拉力较大的杆件采用钢材，提高屋架结构刚度和强度。对于三角形屋架适用跨度为12-18m，梯形为18-24m。（1）典型型式是芬克式屋架，适用于钢屋架，因其：a.杆件长度较短b.下弦受拉c.施工方便（2）形式主要有三角形、梯形、矩形。（3）主要用于大跨度建筑中，适用跨度为12-60m三角形高跨比1/6-1/4之间，梯形节间长度应与屋面板协调三角形芬克式12-18m高跨比1/6-1/4再分式24-60m高跨比1/8-1/10三角形、三角拱、梭形屋架三种轻型钢采用高强钢材质量轻、截面小。三角形相似于普通钢屋架，三角拱由两要斜梁一根拉杆组成梭形，取材方面，截面重心低空间刚度好，可不设支撑。由于腹杆不能受压，不能设置水平支撑和垂直支撑，因此侧向刚度小，适用跨度为18米以下，高5.砼屋架屋架形式多样，各项受力强度高，防腐蚀性能好。屋架适用跨度为15-24m，预应力砼屋架适用跨度为18-36m。6.砼一钢组合屋架上弦和受压腹杆为砼构件，下弦和受拉腹杆为柔性钢筋，对材料的利用颇为充分。常见有：折线型组合一、三砼两级组合屋架。桥式屋架是将屋面板与屋架合二为一的结构体系。二、按形式分木，砼坡度为1/3-1/6，适用于小别墅等中小型民用建筑。设管道和人穿行，常用于18-36m，有的可达72m，适用于影剧院舞台和观众厅屋顶。内力均匀，受力合理。可在弦杆端部加短立柱来改变屋面坡度。4.平行弦屋架杆件尺寸和节点形式划一，制作简便，适应性强，在均布荷载作用下，内力分布不均匀，不宜用于杆件内力相差大的大跨一常用作厂房吊车梁和托架。三、按受力特点截面形式：矩形、正三角形、倒三角形，是由两榀平面桁架隔一定距设连接杆件将两榀平面桁架成90度或45度的夹角。为减少连接杆件，可采用三角形截面的立体桁架正三角形适于小跨度，倒三角形适于大跨(跨度大、截面大，可分，反之不可分)。立体桁架采用钢球节点，使各杆件中心汇交于球节点中心，受力明确均匀，施工方便。由于使用或造型的要求无斜腹杆，桁架节点必须采用刚接桁架一、屋架结构的主要尺寸1.矢高：结构的高度二、屋架结构的选型2、屋架结构的跨度3、屋面防水构造4、材料耐久性及使用环境三、屋架结构的布置2.间距四、屋架结构的支撑梁柱等杆件之间为刚性连接的构件均为刚架单层刚架是直线性杆件组成的具有刚性结点的结构2.特点门架顶部可看做两端有固定端的横梁由于与柱子刚性连接、横梁弯矩比较接情况下的M减少(柱对二、影响其结构内力的因素三砼刚架，最大优点是静定结构，计算简便，不会引起附加内力，与其他刚架相比节点弯矩稍大，刚度略差的适用于2m跨度以内，或地基较差的情况。两砼刚架：超静定结构，基础无弯矩，省料省工，但地基不均匀沉降对结构内力也有影响。无砼刚架：二次超静定结构，节点弯矩小，基础有弯矩，费工费料，对温差与支沉降差很敏感。易产生附加内力。实际工程中常采用三砼刚或两砼刚架以及由它们组成的多跨结构2.梁、柱线刚度比竖向均布荷载：梁/柱很大时，刚架大约等于简支梁(内力分布)，梁/柱很小时，刚架大约等于两端固水平荷载：刚架梁无弯曲，柱无转动(柱相当于支座)，刚架梁相当于连杆大约等于排架。3.高跨比刚架高度的减小将使支座推力增大(相同跨度下)。节点构造：温度变化，支座变化(平移，转动，沉降)。三、截面形式及尺寸，构造及尺寸适用范围约束条件：三砼、两砼、无砼。一、结构材料：胶合木、钢、砼。二、截面形式：变截面、空腹式、格构化刚架。结构型体：平顶、坡顶、拱顶、单跨、多跨、施工技一、1.胶合木刚架优点：构造简单、造型美观，便于运输安装。点附近的截面。同时为避免应力集中现象，转角处做成圆弧或加腋的形式，加腋长度自柱边起为10.15-0.25π.π为梁跨变化形式可结合建筑立面要求确定立柱可以做成里直外斜或外斜里直。2、空腹式刚架①把杆件做成空心截面②在杆件上留洞3．格构化刚架三．按结构形体分四，按施工方式分一．单层刚架的截面尺寸刚架梁高可按连续梁确定一般取h=()l(l)为梁跨应≥250mm柱底截面高度h1≥300mm柱顶h2≈(2-3)h1梁柱截面宽b≥H0/20(H0为柱高且≥200mm)二、布置1、一般情况下矩形平面建筑都采用等间距．等跨度的结构布置间间距一般6m跨度由各项条件等确定。2、根据不同平面可呈辐射状，扇形等多种排列方式形成风格多变的建筑造型。3、在结构总体布置时，应加强结构的整体性，保证纵横两个方向的刚度，要求在建筑物两端布置水平支撑，纵向设置柱间支撑和联系梁。4、刚架可达30m，预经刚架可达40－50m钢刚架可达75m。三、选型（影响因素）例游泳馆，采用不对称刚架，体育馆采用对称刚架2、根据跨度选择3、根据防水及屋面板材料4、根据建筑物美观要求二．受力特点1．无论是木行架还是刚架从整体上来看仍相当于受弯构件，而拱结构已根本不再受弯。因此拱结构是使构件弯曲摆脱弯曲变形的一种突破性发展。为抗压性能好的材料提供了一种理想的结构形式。2．拱结构的支卒会产生水平推力。水平推力大小等于相同跨度简支梁在相同荷载作用下所产生的在相应于顶铰C截面上的弯矩Mc除以拱三．内力1．M<同跨简支梁内弯矩2．V＜同跨简支梁剪力3．轴力较大足这一条件的拱轴线为拱的合理轴线。在竖向均布荷载作用下为一抛物线在径向均布荷载作用下为一圆弧线一、按拱脚分类（水平推力平衡方式）利用地基基础直接随水平推力，不需立柱支承。例如：帐蓬或蒙古包，造型别致拱端部空间高度较小，常用于仓库或小型体育健身房基础受力简单节省材料2．拉杆拱经济合理安全可靠（2）当做为屋盖结构时支承拱式屋盖的砖墙或柱子不随拱的水平推力，整个房屋如排架结构，用料较室内有拉杆存在，内景欠佳，若设吊顶则浪费空间（3）通过刚性水平结构传递给总拉杆需要有水平刚度很大的位于拱脚处的天沟板或副跨屋盖结构作为刚性水平构件以传递拱的推力。这些水平构件可看成一根水平放置的深梁，其刚度足够大时可认为柱子不承担水平推力，柱内力较小。室内无拉杆，可充分利用室内建筑空间，效果较好。3．利用竖向承重结构来随受水平推力二．从材料1．钢结构拱可分为实腹式和格构式两种实腹式可作成弧形，格构式分段制做一般采用实腹式，I字形或矩形截面上大型预帛板还可做成折板拱，波形拱或网状简拮成为梁板合一结构节省材料，取得较好室内效果7－3选型与布置一．构造1．结构支承方式三铰拱．两铰拱．无铰拱f影响拱的外形，拱身本助与拱推力与f成反比因此对于屋盖结构f=对于三铰拱和两铰拱，自防水时坡度应油毡屋面坡度3．拱身截面实体式拱高度h=钢实体式高度h=钢格构式高度h=二．结构布置1．并列布置。等间距跨度并列布置，侧向刚度由支撑解决2．径向布置。空间刚度和稳定性都比较好例加拿大蒙特利尔市梅字纳夫公司奥林匹克体育中心赛车场沿建筑横向在各肢肋间布置双Y形肋形梁间镶丙烯酸酯玻璃，满足场内充足阳光。3．环向布置古罗马万神庙4．交叉布置构成圆形或正多边形平面例法国巴黎工业技术展览中心大厅屋顶再平方米折算厚度仅180mm厚度与跨度之比<鸡蛋壳厚／跨＝0.4mm/40mm用料省跨度大意大利都灵展览大厅，跨度m，采用波形拱由每段长4.5m的预制钢丝水泥拱段组成，波宽2.5m高1.45m，先安装在临时支架上再局部现浇或整体。第八章：薄壳结构8－1概述（结构特点）一．概述二1．空间结构特点――空间结构体系从单向板到双向板再到由板来说明空间结构受力状态的合理性受力状态的合理性一1．薄壳结构的概念当壳体结构两个曲面之间的距离远远小于壳体的最小曲率半径R时称为薄壳2．发展广泛存在于自然界中，种子，果核，蛋壳，贝壳等人类伤生帛品广泛存在于日常生活中一锅，碗，帽，灯泡，乒乓球罗马及拜占庭穹顶的干裂（P110平法国首先密排拱短筒壳1980－1970年壳体结构盛行。我国1950筒壳屋顶－1954年，北展馆1955年上展馆3．优缺点优：①材料省－经济②自重轻－大跨③曲面多样－建筑造型丰富缺：①施工复杂，费模板②保温隔热效果不好，易开裂③曲面易引起混响与反射，不适合于音响效果要求高的大会堂，影剧院等。吸声设备多用于市场．食堂．博物馆．车站．航站楼．机库．体育馆等①双向受力受薄腹轴力和薄膜剪力的作用可在较大范围内随多种分布荷载不致发生弯曲②空间整体工作性能好，内力比较均匀③屋面覆盖结构与承重结构合一传力路线简捷合理二．内力与变形理想状态下Nx,Ny,Sy=Syx（薄膜内力）中曲面内Mxy=Myx,Vx,Vy,Mx,My(弯曲内力)中曲面外薄膜内力在t<R为主要内力①壳体具有均匀连续变化的曲面②壳体上荷载均匀分布③壳体支座只产生阻止壳体曲面线线方向位移的反力变形，与壳体形状有关。1．旋转曲面一根直线或曲线绕一竖轴线旋转而得到的曲面竖直线－圆柱斜直线－圆锥弧线－球面双面线－圆锥2．平移曲面一平面曲线或直线沿另一平面直线或曲线平移而成，通常两平面为正交3．一直线沿两条固定曲线或直线移动所得曲面根据曲壳施工方法可分一．现浇二．装配式：有边肋一．圆顶是一种正高斯曲率的旋转曲面壳，空间刚度大壳体薄跨主最大可达207m用料省1．结构组成（1）壳身：平滑圆顶，肋形圆顶多面圆顶（2）支座环：圆顶保持几何不变的保证a.支座环支承在竖向承重构件上b.支承在斜柱或斜拱上c.支承在框架上d.支承在基础上2．内力及破坏特点（1）破坏圆形－形式，圆顶下部径向裂逢－钢盘屈服－破坏（2）内力：薄内力，支座环拉力均以＝51o19''为界=51o19''薄膊内力为部受压，支座环拉力与角成正比；=51o19''薄膜内力为下部受拉，支座环拉力与角成反比；3．构造尺寸等要求（1）壳板厚度由板造确定，可取R现浇应≥40m装配应≥30m（2）壳板边缘由于支座环约束会产生径向局部弯矩，应局部加厚配双层钢（3）当上设孔洞时应在孔洞周围设圆形加强－内环梁二．筒壳1．结构组成工作特点：内力与变形1.①壳板②边梁③和横隔构件三部分组成，边梁可理解为壳体的“边框两边梁之间的距离为波长。横隔可理解为壳板和边梁的支承构件故L1为跨度L1／L2≥①简壳受力类似曲线截面梁，把整个壳体看做两端支承在横隔上的梁L1为跨度L1≤40mL2≤20m,否则边梁过高，横向从过大不经济大部分为多波形以覆盖较大空间，壳板厚一般为准0－80mm空间作用不明显（2）短筒壳L1／L2＜1横向壳板拱的作用明显受力近似于单向作用的拱内很小，一般可不计算机壳板厚与配按构L1＝6∽10m,L2＝30∽100m(适用跨度)大多为单波多跨3．筒壳的开洞①通常采用锯齿形屋盖来解决筒壳的采光通风问题优点：采光均匀、波谷汇水量小、造型优美②也可采用无窗钆的处理方式宜放于筒壳顶部洞口横向尺寸≤4．选型与布置适用跨度大，平面进深在，支承结构多样化。一般用于展览性建筑，平面布局不太变化的建筑，规则平面,有多种布置方式：单波单跨、单波多跨、多波单跨、多波多跨、形式多样、并列，垂直交叉、悬挑横向悬挑、纵向悬挑。三．双曲扁壳扁壳又称微弯平板，因其矢高小结构所占空间小建筑造型美观，结构分析简单，所以应用广泛。1．结构组成①壳板②边缘构件f/l≤为扁壳双向有曲率边缘构件可采用薄腹果，拉杆拱、拱形桁架，交援约束壳板变形，主要承受顺剪力。壳板主要承受压力，值很小可忽略，厚度按构造2．形式及构造双向曲率不是时，较大曲率／较小曲率和长边／短边≤2四．双曲抛物面扭壳是双向直纹曲面，受力合理，造型别臻应用历史短，发展快。1．结构组成壳体、边缘构件、下部支承一般按无弯矩理论计算，主要通过薄膜内力传递壳面荷载。是一系列拉学与受压拱正交组成的曲面，共同作用通过扭壳周边的顺剪力将荷载传递到侧边构件上。（2）边缘构件受力一般为直杆承受顺剪力。（3）下部支承结构可为柱、墙。可能是垂直压力也可能是斜向压力2．结构形式与特点（1）受力合理、偏定性好（2）制作简便是其他壳体无法比拟的，直纹曲直例，日本静岗议会大厅墨西哥霍奇烁科餐厅，如一朵覆地莲花。五．折板1．把若干块薄板以一定的角度连接成整体的空间结构体系，①折板结构具有筒壳结构受力性能好的优点，构造简单，②施工方便模板消耗量少，因而在工程中得到广泛应用③外形波浪起伏，建筑造型活泼而富有韵律2．结构组成①折板②边梁③横隔无边梁折板结构是由若干等厚度的平板和横隔构件组成之有足够刚度3．型式（1）壳形折板波长L2≤12m距度1.27m左右顶板宽度为（0.25-0.40）L2板宽≤3.5m，板厚≤100m折板倾角＜30o（2）预制折叠式预应力V形板一般板厚仅有35－50mm－预制装配整体式折板波宽L2一般为2m,3m，有时也采用3.5m,L16-15m21m板与水平面交角一般为30o－42o，最小26o最大45o一．选型1．功能适用2．结构合理3．造型优美4．施工方便、科学5．材料因二、布置2．扇形、梯形3．相互反向不仅用于主体屋盖，还常用在门廊雨罩或一些建筑小品上面北京西客站网架结构按外形可分为平板形网架和壳形网架-通常称为网架和网壳结构平板网架都是双层有上、下弦之分。网壳则有单层、双层、单曲、双曲等各种形状1．网架结构是由许多构件按照一定规律组成的网状结构改变了单向平面结构的受力状态，具有各向受力性能，是高次超静定空间结构。①在节点荷载作用下各杆件主要承受轴力充分发挥材料强度②空间刚度大，整体性好，稳定性好③安全度高④能利用较小规格杆件建造大跨度结构，杆件类型划一，有利于大批量预料生产，保证质量⑤平面适应性强，可用于多种建筑平面⑥造型新颖、轻巧、富有极强表现力*我采用钢结构，目前网架应用较小。一．平板网架1．是格构化的板，称之为网板，总体外形为平板者为平板网架平面桁回交叉体系角锥体系2．平板网架比网壳的优点在于（2）减少了屋面面积，充分利用建筑空间（3）构造处理，制造安装较简单三．型式是由许多平行弦桁架相互交叉边成一体的网状结构。（1）两向正交正放网架构造简单，适用于正方形、正多边形、圆形、椭圆形不适用于长宽方向相差太大的平面否则为单向桁架为保持其正方形格的几何不变性常设水平支撑当采用四点支承方式时一般向外悬挑长度在柱距左右（2）正交斜放网架适用于方形．矩形．形式美观，注意四角的锚拉（3）斜交斜放网架两个方向角度任意相交交角不宜太小30o－60o（4）三向交叉网架空间刚度大，适合于大距度建筑，三角形、多边形、圆形平面（5）单向折线形网架2．角锥体系（1）四角锥体网架正放四角锥，锥尖可上可下，还可跳格布置内加均匀，屋面板规格统一，构造简单斜放四角锥体，上弦杆与建筑平面周边夹角为45o，受力较正放合理，当为点支承时需布置封闭边桁架（2）三角锥网架杆件受力均匀刚度比其他形式网架大，适合矩、梯、六边圆形有抽空形式及蜂窝形。（3）六角锥网架杆件多、构造复杂、较少采用一．支承方式1．周边支承网架周边设柱、节点对应边柱，也可设联系梁、灵活分割优：受力均匀、空间刚度大，可不设边桁架2．三边支承网架可在自由边设托梁或边桁架也可适当增强开口处网架刚度适干：飞机、轮船修配车间及有扩建可能的建筑中3．两边支承两边为自由边4．点支承网架支承点对称布置并在周边设悬挑、平衡跨中M适于体育馆、展览厅等大跨公建5．周边支承与点支承结合缩短网架跨度减小内力适于：大柱网工业厂房、仓库、展厅二．几何尺寸1．网架的网格尺寸主要指上弦杆网格的几何尺寸2．网架的高度网架结构的高度与支承方式有关3．网架弦杆层数4．腹杆体系腹杆与上下弦平面夹角宜45o对节点构造有力一般应将腹杆布置成受拉杆5．悬臂长度四点及多点支承悬襞长度宜为单跨网架取，多跨网架取，表6－5－3三．构造1．杆件截面：圆形截面钢管形式最合理＜5mm厚。2．节点：钢板节点，空心球节点，螺栓球节点3．支座：压力支座、拉力支座4．柱帽5．屋面：上弦节点上加立柱找坡网架变高度找坡支承变高度找坡第十章：网壳结构一1．是格构化的壳体，外形为壳，构成为网格状壳体结构很大一部分材料用来承受自重少部分承担小荷①主要承受轴力，内力分布均心，峰值小②外观造型自由灵活、丰富、易与与环境的谐调③可利用薄壳结构分析结果进行定性分析④杆件直杆、折面、便于帛造及施工兼有薄壳和平板网架结构的优点3．分类按杆件布置方式：单层网壳、双层网壳。凡是薄壳结构的形式，均可做成网壳，前景较薄壳广阔一．筒网壳又称柱面网壳，由两向或三向交叉杆系与端部组成的壳形网架长筒网壳不如短网壳经济可做悬挑()须妥善解决支卒的抗推力问题。二．球网壳由环向和径向（或斜向）交叉曲线杆与组成的球形网壳建筑平面为圆形或正多边形，底部设环梁球网壳的关键在于球面的规则划分，基本要求有：①杆件规格尽可能少，以便制作和装配②必须是几何不变体，网格的形状以三角形为好当跨度大于40m时从经济及结构角度考虑宜采用双层球网壳受力状态与前过圆顶受力相似三．扭网壳结构1.①为直纹曲面，施工简便，②为负高斯网壳，避免声场聚焦现象，③造型轻巧活泼、适应性强2．北京石景山体育馆一．几何尺寸1．网格尺寸，对用钢量影响较大2．矢高：影响建筑体型及结构内力矢跨比大，网壳表面积大，材料用量多，室内空间大，侧推力小柱面网壳矢高／跨度一般取单层柱面网壳的矢跨比宜大于球面网壳的矢跨比一般取，淡避免空间浪费过大，无特殊要求时宜取第十一章：悬索结构一．应用最早用在桥梁，很多现存的年代久远的桥是铁李桥1937年美国加州金门大桥主跨1280m，桥下承高68m用在房屋中如蒙古包、帐蓬，现代大跨发展于十九世纪末从1961年开始用于体育包的建设特别多。主要用于跨度在60－100m左右的体育馆、展览馆、机场目前悬索结构的跨度已达160m跨度在100－150m范围内悬索结构是比非常经济的。二．受力特点1．索网是一个轴心受拉构件，既无M也无V，抗弯刚变为O，当仅有自重作用时处于自然悬挂状态，受集中力作用时，自动形成悬吊折线形。索的支座仅仅存在着向外的拉力和向上的拉力找出合理的重度处理好水平力的传递和平衡结构是设计中解决的重要问题，首要问题均布，抛物线，集中，折线3．边缘构件承受拉力、较大，所以构件断面尺寸也较大。4．下部支承构件受压5．柔性悬索只能单向受力，当荷载和垂度方向相反时会发生失稳单曲面：单典单层单曲双层双曲面：双曲单层双曲双层双曲交叉三．优缺点1．充分利用钢材的强度，大大减少材料用量，减轻结构自重2．便子建筑造型，适应各种建筑平面，能较自由的满足各种建筑功能和艺术处理的要求钢索线条柔和，便子协调，造型新颖而胃动感尤其适宜体育馆、航站楼等建筑的采用3．施工方便，附加费用较低4．可以创造具有良好物理性能的空间，双曲下凹碟形悬索屋盖具有良好的音响效果，室内采光也极易1．稳定性较差，单根悬索是一种几何可变结构，平衡形式随荷载分布方式而变，常需附加其他结构以①适应荷载变化能力差，②抗风吸力风振能力差措施①增加悬索结构上的荷载屋盖自重超过最大风吸力的1.1-1.3倍，但影响经济效果②形成预应力索一壳结构整个屋面如同壳体一样工作，索和共同抵抗列荷载③形成索一梁或索一桁架组合结构④增设相反曲率的稳定索2．悬索结构的边缘构件和下部支承必须具有一定的刚度和合理的形式以承受端巨大拉力，用钢量往往超过钢索部分，跨度小时尤为不经济。一．单面悬索结构1．单层平地索行由许多平行的单根拉索构成，表面成反向圆筒形凹面。优：构造简单．传力明确，缺：稳定性差，抗风能力小常采用重层盖或施加预应力以弥补此不足拉索水平拉力的传递至关重要一般有以下三种方式（1）通过竖向承重结构传至基础，斜柱看台框架（2）通过拉锚传至基础，在柱顶改变方向，通过（3）通过刚性水平构件集中传至抗侧力墙2．双层拉索体系（双层平行索系）似斜腹杆，拉索重度对上索可取L的下索取。吉村水上运动中心滑冰馆二．双曲面悬索结构1．单层（单层辐射索系）不设中柱－碟形，设中柱－伞形碟形音响效果好，伞形排水效果好，稳定性均较差，拉索，外环梁，支承结构2．双曲