大跨度建筑的结构类型及造型

大跨度(kuàdù)建筑的结构类型及造型谭梦琪060507012007301400共七十七页大跨度建筑基本(jīběn)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(gōngyòng)）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、大跨厂房等共七十七页古老(gǔlǎo)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(lùtiān)的雄伟广场共七十七页古老的穹窿(qiónɡlónɡ)结构共七十七页三角拱石梁肋拱筒拱交叉拱古代(gǔdài)拱的发展共七十七页共七十七页肋拱的极致(jízhì)运用共七十七页拱结构(jiégòu)的受力原理拱：外力作用下内弯矩值小，主要(zhǔyào)为轴向压力，且分布均匀共七十七页现代拱的形式(xíngshì)分类，运用两铰拱、无铰拱，超静定(jìnɡdìnɡ)结构；三铰拱，静定(jìnɡdìnɡ)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共七十七页Q：现代技术(jìshù)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(zhīzuò)处产生水平推力，必须设宽厚坚固的拱脚支座(zhīzuò)共七十七页Q:解决支座(zhīzuò)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，连接牢固共七十七页由基础直接承受(chéngshòu)的方式仅在推力不大，地质(dìzhì)条件较好时！！北京体育学院田径房落地拱暴露出来，以强烈的结构自身韵律美化室内环境，利用高侧窗采光。共七十七页刚架刚架：横梁和柱整体连接，构成(gòuchéng)一种门式结构外加荷载下，结构产生微小形变(xíngbiàn)，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。共七十七页简支梁与刚架的弯矩内力(nèilì)比较可根据弯矩分布情况设计截面(jiémiàn)大小——弯矩大的部位截面大，可充分发挥材料潜力！共七十七页刚架的分类(fēnlèi)形式共七十七页建筑造型实例(shílì)该游泳馆采用不对称钢筋混凝土刚架结构(jiégòu)，利用结构(jiégòu)下部空间布置跳水台，部分刚架暴露，部分吊顶。共七十七页门式刚架结构大跨度(kuàdù)，多跨间的工业厂房们，采用门式刚架，轻巧，安装方便，节约。共七十七页桁架(héngjià)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(chánɡyònɡ)木材、钢材、钢筋混凝土建造。桁架结构梁柱框架杆件间铰结钢筋混凝土现浇杆件内轴向内力，拉或压主要为弯矩应力分布均匀不均匀共七十七页桁架(héngjià)的类型上：三角形、梯形(tīxíng)、拱形、无斜腹杆拱形左：三铰拱式、三铰刚架式桁架式、排架式桁架结构共七十七页三铰刚架式(jiàshì)钢桁架1898，巴黎(bālí)世博会机械馆共七十七页北京体育馆，6000人，跨度(kuàdù)56M,桁架暴露于比赛大厅，顶部设有天窗，以利于采光和通风。共七十七页排架式(jiàshì)钢桁架敦煌市火车站——无柱风雨(fēngyǔ)棚共七十七页广州会展中心共七十七页拱、刚架、桁架同属(tónɡshǔ)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。共七十七页看看(kànkàn)这些新建筑共七十七页折板定义：由一定倾斜角度整体相连(xiānɡlián)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+横隔构件共七十七页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(kězuò)外墙。平行折板扇形折板扇形板：一端(yīduān)波长小，一端(yīduān)大，放射状，适用于梯形平面。共七十七页巴西圣保罗会堂：D=60M,扇形折板从中心向四周呈辐射状圆形；切割手法形成三角形外墙，结构与建筑造型完美统一。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(jiégòu)的韵律，空间的深度。共七十七页薄壳结构(jiégòu)受启发于自然界的种子外壳、蛋壳、贝壳……以最少的材料获得(huòdé)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。共七十七页薄壳结构(jiégòu)形式筒壳圆顶壳双曲扁壳双曲抛物面壳共七十七页双曲扁壳与双曲抛物面壳共七十七页北京火车站——双曲扁壳共七十七页薄壳结构(jiégòu)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(qiǎomiào)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。共七十七页法格勒诺布尔冰球馆：四片筒形薄壳十字(shízì)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(gùdìng)筒壳。两套壳体，巧妙“相贯”。共七十七页墨西哥花田市餐厅(cāntīng)，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。共七十七页巴黎国家(guójiā)工业与技术中心陈列馆三束锥状双曲面薄壳交汇于屋顶(wūdǐnɡ)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。共七十七页埃罗·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(shuǐpíng)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(lǐtáng)共七十七页肯尼迪机场(jīchǎng)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(zhújiàn)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。共七十七页空间网格(wǎnɡɡé)结构多根杆件以一定(yīdìng)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。共七十七页平板(píngbǎn)网架支座(zhīzuò)简支交叉桁架体系+角锥体系两向正交三向交叉共七十七页两向正交体系(tǐxì)的正放和斜放：三向交叉体系(tǐxì)可满足的平面形状：共七十七页角锥体系三角锥四角(sìjiǎo)锥六角锥共七十七页室外(shìwài)空间网架运用（网架~平板(píngbǎn)屋顶）共七十七页首都工人(gōngrén)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共七十七页南京五台山体育馆

——三向交叉(jiāochā)桁架平板网架

八角形平面，容纳一万人，主跨88M,钢管(gāngguǎn)杆件球节点连结，网架支撑在一圈混凝土柱上。共七十七页美国加利福尼亚大学体育馆：91M×122M,三角锥体系(tǐxì)平板网架共七十七页曲面(qūmiàn)网壳结构多数底部为有推力结构，制作条件(tiáojiàn)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。共七十七页网壳按形状(xíngzhuàn)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、双层共七十七页柱面网壳：适用于矩形平面，构造简单施工(shīgōng)方便，广泛应用；具有典型拱结构受力特征，需解决水平推力。共七十七页球面(qiúmiàn)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(měiɡuó)馆共七十七页双曲扁网壳：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(zàoxíng)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(qūmiàn)扁壳+弧形大拱共七十七页罗马小体育宫：D=60M

1620个混凝土预制菱形(línɡxínɡ)构件拼合，最薄处：25mm

完整秀美的天顶如一朵盛开的向日葵。共七十七页美国(měiɡuó)塔科马市体育馆胶合木网壳D=160M单层网壳二战以后，随着(suízhe)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。共七十七页日本(rìběn)名古屋体育馆：D=187.2M,1996

世界上跨度最大单层网壳结构共七十七页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(lèisì)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。共七十七页共七十七页共七十七页悬索结构(jiégòu)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(chéngshòu)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。共七十七页Q:悬索结构(jiégòu)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(zhōngjiān)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。共七十七页悬索结构(jiégòu)形式单层单曲面(qūmiàn)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。共七十七页轮辐(lúnfú)式结构共七十七页北京工人体育馆D=94M，轮辐式双层悬索，上下(shàngxià)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。共七十七页双曲抛物面悬索由两组曲率相反(xiāngfǎn)的拉索交叉组成索网。共七十七页浙江省人民(rénmín)体育馆

美国(měiɡuó)牲畜市场贸易馆共七十七页勒·柯布西耶，苏联苏维埃宫，以巨大(jùdà)的钢砼抛物线拱来悬吊屋顶。共七十七页日本(rìběn)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(fùgài)屋面。共七十七页伦敦千禧穹顶：泰晤士河边格林威治半岛上，占地300英亩，由RichardRogers事务所承担(chéngdān)建筑设计，结构设计由BuroHappold完成。共七十七页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(júbù)集中荷载的能力差共七十七页张拉膜结构（帐篷(zhàngpeng)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(zuòyòng)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。共七十七页蒙特利尔(ménɡtèlìěr)博览会

德国馆共七十七页骨撑膜结构常见(chánɡjiàn)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(qiánmian)