结构体系案例分析

底'班上塔优

XIAMENUNIVERSITYOFTECHNOLOGY

构造选型期末考核

姓名：________________________

学号：________________________

年级专业：09建筑学

所在院系：土木工程与建筑系

任课教师：________________________

提交日期：2023年12月27日

目录

一、框架构造体系................................1

二、门式刚架构造体系............................4

三、拱构造体系..................................6

四、薄壳构造体系................................8

五、膜构造体系..................................10

六、高层宾馆构造选型选择及论证..................12

七、高层宾馆构造选型设计平面图..................13

八、高层宾馆构造选型设计构造图..................19

一、框架构造体系

指整栋构造都是由梁、柱构成日勺框架来承受竖向荷载和侧向荷载的构造体系。

工程实例

南京电信局鼓楼多媒体综合楼工程

工程概况

南京电信局鼓楼多媒体综合楼位于南京市鼓楼市民广场北侧，东邻安仁街12门、北距

大钟亭路12m、西侧紧贴原有五层通信机房。基地面积2340平方米，建筑物占地面积2023

平方米，主楼地下二层、地上三十一层，层高四至六米不等，地面以上构造高度140.5m。

使用功能分布为：地下二层为设备用房，地下一层为平战结合六级人防（平时作为汽车库）；

地上一至四层为电信新产品展示超市，五层为空中花园，七至十八层为通讯机房及配套辅

助设备用房，二十一至二十九层为办公用房及计算机中心，十二、十九、三十层为全省目

前最大日勺专用电视会议室，六、十三、二十层为辅助设备及防火避难层。建筑面积约

3.6万平方米。裙楼使用功能略，主、裙楼之间设缝形成两个独立日勺构造单元，主楼采用

巨型框架构造体系、裙楼采用一般钢筋混凝土构造体系。

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构造特点

构造布置

1、构造平面布置

楼层平面为规则的长方形，尺寸为29.7mx30.2m（x枣y）；基础埋置深度14.2m（约

H/I0）,构造高宽比4.73；四角设置四个大小相似的钢筋混凝土筒体（7.6mx5.6m）,内

置电梯、疏散楼梯、卫生间及设备管井；简体之间一般楼盖为一般钢筋混凝土有梁楼盖、

桁架层楼盖为钢骨混凝土有梁楼盖（图2）o

2、构造竖向布置

沿竖向由四角筒与四道桁架层形成巨型框架构造称为主构造或一级构造，各道桁架之

间五至九层框架构造为次构造或二级构造（图3）；次构造承受各自范围楼面垂直载荷及所

在位置水平力作用，并将之传递给主构造；主构造承受所有竖向及水平作用。主、次构造

受力明确，传力途径合理、简要。

主的造构件的选型与设计

I、四角筒选用钢筋混凝土构造，轴压比控制在0。6以内，并在筒体四角内设置“十

字形”钢柱，以增长其延性。

2、桁架承受次构造传来的巨大竖向荷载，规定其腹杆布置合理、受力直接。结合楼面

交通功能规定，采用图5所示的构造形式（图中剖面详图8）：边区两根斜腹杆中，内斜腹

杆为压杆，承受次构造传来的大部分垂直荷载：外斜腹杆为拉杆与中部斜腹杆共同承受次

构造传来日勺少部分垂赢荷载，水平力作用下中部斜腹杆受力拉、压交替。计算成果表明若

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选用钢筋混凝土构造，杆件截面尺寸及配筋量均较大，边节点区构件纵筋多向立体交汇（水

平、竖向、斜.向），现场施工无法穿筋及浇捣混凝土。经分析比较，选用钢骨混凝土构件,

内置“工字形”钢骨，减少节点处理难度，以便现场施工。

3、钢骨混凝土桁架与四角简内“十字型”钢柱连接，形成钢骨混凝土巨型框架，保证

主陶造受力安全，并使其延性得以提高。

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一、门式刚架构造体系

门式刚架为一种老式的构造体系，该类构造的上部主构架包括刚架斜梁、刚架柱、

支撑、楝条、系杆、山墙骨架等。门式刚架轻型房屋钢构造具有受力简朴、传力途径

明确、构件制作快捷、便于工厂化加工、施工周期短等特点，因此广泛应用于工业、

商业及文化娱乐公共设施等工业与民用建筑中。门式刚架轻型房屋钢构造来源于美

国，经历了近百年的发展，目前已成为设计、制作与施工原则相对完善日勺一种构造体

系0

工程实例

某门式钢架构造厂房

工程概况

本工程为排架构造工业厂房制安，由金工车间和机电车间构成，总建筑面积约2。3

00M2（标书建筑面积约19975M2）,基础为桩基础、独立基础予埋螺栓日勺形式。主体构

造为门式钢构造，外围护为0.52mm镀锌压型彩板，彩板墙如下采用粘土空心砖砌筑，屋面

为0.6mm天蓝镀铝锌彩板及紧贴保温层铝箔安装不锈钢丝网，主车间地面为150厚C20混

凝土地坪。

性能特点

门式刚架除了具有老式预应力构造增强构造刚度、减少柱顶弯矩及柱脚反力的长

处外，还具有某些自身的特点：（1）较老式预应力门式刚架预应力效果更明显、

具有更大承载能力施加预应力后，不难从刚架内力图（图3）上看出，不仅钢拉索

对柱顶产生向内的拉力，同步与老式预应力构造比较撑竿还对刚架产生向上的顶力。

向上的顶力可以抵消很大一部分竖向外荷载，因此施加了预应力后的索支撑门式刚架

承受外荷载后，梁柱中最终弯矩减小甚至反号。预应力钢索和撑竿的内力伴随外荷

载的施加而变化，在起控制作用的竖向荷载作用下钢索和撑竿日勺内力有明显增长，对

整个刚架承受更大的外荷载起到很大作用。（2）较老式预应力门式刚架构造具有

更大日勺构造刚度拉索不仅仅给构造施加了预应力，并且成为刚架横梁的下弦杆，无

疑较老式采用的紧贴刚架梁下弦布置预应力索的方式具有更大的构造刚度。此外，在

竖向荷载作用下，索支承刚架的撑竿和钢拉索分别对刚架梁和柱起到弹性支撑的作

用，增强了刚架尤其是梁的刚度。（3）防止刚架梁在平面内失稳对于一般屋面坡

度较小的实腹刚架来说，刚架横梁的轴向力较小，因此设计时不需验算横梁的平面内

稳定承载力，而横梁的平面外的稳定性则靠楝条和隅撑来保证。预应力门式刚架中的

横梁面外稳定性同样靠楝条和隅撑来保证，但其面内的力学性能与一般刚架不同样。

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三、拱构造体系

拱构造比桁架构造具有更大的力学长处。在外荷作用下，拱重要产生压力，使构件挣

脱了弯曲变形。如用抗压性能很好的材料（如砖石或钢筋混凝土）去做拱，恰好发挥材料

的性能。不过拱构造支座（拱脚）会产生水平推力，跨度大时这个推力也大，要对付这个推

力仍是一桩麻烦而有花费材料的事。由于拱构造的这个缺陷，在实际工程应用上，桁架构

造还是比拱构造用的普遍。

工程实例

东京Tama艺术大学图书馆

工程概况

TamaArtUniversityLibrary在东京郊区，位于一种公园背面，略微倾斜的1斜

坡上。由于目前Tama艺术大学日勺自助餐厅是唯一一种学生和学校职工共享的场所，

ToyoIto的设计首要诉求就是考虑怎样让图书馆为所有人提供一种开放的公共空间。

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ToyoIto:TamaArtUniversityLibrary

性能特点

拱形用钢构造和混凝土做成，这些拱形构造互相交汇，这样可以让拱形的底部非

常苗条，而顶部可以撑住二层的重量，这些拱形的跨度从1.8米到16米不等，但厚

度是统一的200nlm。这样设计的好处是不仅可以使拱形构造看上去愈加轻巧纤细，并

且混凝土所特有的质地更能体现出结实的感觉，同步加上钢构造的强度特点，可以很

好的承受二层的重量，既轻巧又稳固，并且可以增大室内空间的使用效率。建筑整体

所有构造都是由大小不一的拱形构造作为建筑的骨架，暴露的拱洞与混凝土拱特殊的

质感成为建筑的外立面风格，大片通透的玻璃形成通透的视觉感受，而混凝土给人敦

厚结实的感受，不过拱形构造的特殊处理，又使构造看上去轻盈通透，这与设计者想

发明一种开放的空间的初衷一致，整体中既有对比又有统一。

拱式构造可以根据平面的需要交叉布置，构成圆形平面或者其他正多边形平面。

拱为平面受压或压弯构造，因此必须设置横向支撑并通过楝条或大型屋面板体系来保

证拱在轴线平面外的受压稳定性。为了增强构造的纵向刚度，应设置纵向支撑与横向

支撑形成整体。拱支撑系统的布置原则与单层刚架构造类似。

四、薄壳构造体系

壳体构造一般是指由两个几何曲面构成日勺空间薄壁构造。

工程实例

美国麻省理工学院礼堂

工程概况

麻省理工学院(MassachusettsInstituteofTechnology,常缩写为MIT)是美国一所

综合性私立大学，它位于麻萨诸塞州的J剑桥(cambridge)小镇的查尔斯河(charlesRiver),

蔓延约一英里。查尔斯河(CharlesRivet)将其与波士顿日勺后湾区(BackBay)隔开。

屋顶为球面薄壳，三角落地。薄壳曲面由1/8球面构成，从球面上切割出来的，

平面形状为曲面三角形。薄壳的三个边为向上卷起的边梁，并通过它讲壳面荷载传至

三个支座。支座为钱接。

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性能特点

壳体构造具有十分良好的承载性能，能以很小日勺厚度承受相称大的荷载。壳体构造的

强度和刚度重要是运用了其几何形状的合理性，以材料直接受压来替代弯曲内力，从而充

足发挥材料的潜力。因此壳体构造是一种强度高、刚度大、材料省日勺即经济又合理日勺构造

形式。

除以上几种空间构造外，尚有组合网架构造、预应力网格构造、管桁构造、张弦梁构

造、点连接玻璃幕墙支承构造、索穹顶构造等几种常用空间构造，均有自身的特点和实用

范围。例如点连接式玻璃幕墙支承构造能运用玻璃的透明特性追求建筑物内外空间的沟通

和融合，人们可以透过玻璃清晰地看到支承玻璃面板的整个构造系统，使这种构造系统不

仅起到支承作用，并且具有很强的构造体现功能；索穹顶构造则完全体现了FULLER有关

“压杆的孤岛存在于拉杆的海洋中”的思想，是由持续的拉索和不持续的压杆构成的一各

受力合理、构造效率极高的构造体系。

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五、膜构造体系

膜构造(Membrane)是20世纪中期发展起来的一种新型建筑构造形式，是由多种高强薄

膜材料(PVC或Teflon)及加强构件(钢架、钢柱或钢索)通过一定方式使其内部产生一定

的预张应力以形成某种空间形状，作为覆盖构造，并能承受一定的外荷载作用日勺一种空间

构造形式。膜构造可分为充气膜构造和张拉膜构造两大类。充气膜构造是靠室内不停充气,

使室内外产生一定压力差(一般在10mm〜30mm水柱之间)，室内外日勺压力差使屋盖膜布受

到一定的向上日勺浮力，从而实现较大的跨度。张拉摸构造则通过柱及钢架支承或钢索张拉

成型，其造型非常优美灵活。膜构造体系由膜面、边索和脊索、谷索、支承构造、锚固

系统，以及各部分之间的连接节点等构成。

工程实例

上海八万人体育场看台罩棚张拉膜构造工程

工程概况

上海体育场占地面积19万平方米，建筑面积17万平方米，配套绿化面积7.7万

平方米，整个建筑呈直径300米圆型，总标高70余米。体育场中央是一种105X68

米、南北向的原则足球场，铺设从美国引进优良品种的四季常绿草坪；围绕球场的是

意大利蒙多企业制造日勺9根塑胶跑道；场地上配置多种大型体育比赛所用日勺门类齐全

的运动器材。在三层环形看台之间，设置了103套豪华包厢，包厢的正立面为落地玻

璃，门外有20座专席。设施先进，并设有近1600个停车泊位。场内设有符合国际原

则的、四季常绿的足球场和塑胶田径比赛场地。并配置了多功能草坪保护板供举行不

同样规模的大型文艺演出和商业推广活动使用。上海体育场拥有具有500个座位的

主席台、300个座位的记者席和100套豪华包厢，可容纳5.6万名观众观看体育比赛

以及4.3万名观众观看大型文艺演出。

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性能特点

用于膜构造中的高强度柔韧薄膜称膜材，它是一种耐久用、高强度日勺涂层织物，

由织物和涂层复合而成，具有质地柔韧、厚度小、重量轻、透光性好的特点。对自然

光吸取和透射能力、阻燃，具有良好的耐久、防火、气密等特性；表面通过氟素处理

或二氧化钛处理的膜材料抗老化性能好，具有较高日勺自清洁性能。

建筑造型优美

膜构造建筑是二十一世纪最具代表性与充斥前途的建筑形式。它打破了纯直线建

筑风格的模式，以其独有的优美曲面造型，简洁、明快、刚与柔、力与美的完美组合,

展现给人以耳目一新日勺感觉，同步给建筑设计师提供了更大的想象和发明空间。

具有良好日勺环境保护性、透光性、自清洁性，膜材表面采用PVDF（聚偏二氟乙烯）

涂层、或二氧化钛涂层，具有很好日勺隔热效果，对太阳热能可反射掉70%,膜材自身

吸取了17%,传热13%,而透光率却在20%以上，通过23年的太阳光直接照射，其辉

度仍能保留70%。

适合覆盖大跨度空间

膜构造中所使用日勺膜材料每平方壹公斤左右，由于自重轻，加上钢索、钢构造高

强度材料的采用，与受力体系简洁合理一一力大部分以轴力传递，故使膜构造适合跨

越大空间而形成开阔日勺无柱大跨度构造体系。

防火性与抗震性

膜构造建筑所采用的膜材具有卓越的阻燃性和耐高温性，故能很好的满足防火规

定。由于构造自重轻，又为柔性构造且有较大变形能力，故抗震性能好。

工期短：膜材裁剪。拼合成型及骨架的钢构造、钢索均在工厂加工制作，现场只

需组装，施工简便，故施工周期比老式建筑短。

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六、高层宾馆构造选型选择及论证

构造型式日勺选择

现代建筑中，多层及高层建筑常用日勺构造体系大体划分有：混合构造，框架构造，

剪力墙构造（包括框-剪构造、全剪构造和简式构造）等三种。在本任务中，选择框-剪

构造。

构造选型的论证

一种好的构造型式日勺选择，不仅要考虑建筑上的作用功能，构造上日勺安全合理,

施工上的也许条件，也要考虑造价上日勺经济价值和艺术上的造型美观。在当今世界上,

从技术观点看，几乎任何构造都是也许建造起来，但从构造效益角度看，重要的问题

“应不应当这样造？”，而不是“可不也许这样造？”。从材料和劳动力价格比值的

影响上来考虑，选择框-剪构造符合目前国情，追求经济效益。

当房屋层数更多或高宽比更大时，骨架式框架构造的梁、柱截面将增大到不经

济甚至不合理的地步，这时，水平荷载对