大跨度建筑的结构类型及造型)课件.ppt

1、谭梦琪060507012007301400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）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、大跨厂房等技术落后，巨大的斗兽场无法做出覆盖，只能做成露天的雄伟广场三角拱三角拱石梁石梁肋拱肋拱筒拱筒拱交叉拱交叉拱古代拱的发展古代拱的发展拱：外力作用下内弯矩值小，主要为轴向压力，且分布均匀两铰拱、无铰拱，超两铰拱、无铰拱，超静定结构；三铰拱，静定结构；三铰拱，静定结构静定结构材料：铸铁、材料：铸铁、钢筋混凝土等钢筋混凝土等材料的运用，材料的运用，一改古老石材一改古老石材的笨重的笨重A:充分利用抗压材料特性，

2、比梁结构减小结构断面尺寸D:支座处产生水平推力，必须设宽厚坚固的拱脚支座1、拱脚支座处，设水平拉拱脚支座处，设水平拉杆，平衡推力，减小墙、杆，平衡推力，减小墙、柱断面尺寸柱断面尺寸2、由框架结构抵抗水平、由框架结构抵抗水平推力，保证框架刚度，连推力，保证框架刚度，连接牢固接牢固仅在推力不大，地质条件较好时！仅在推力不大，地质条件较好时！北京体育学院田径房北京体育学院田径房落地拱暴露出来，以强烈的落地拱暴露出来，以强烈的结构自身韵律美化室内环境，结构自身韵律美化室内环境，利用高侧窗采光。利用高侧窗采光。刚架：横梁和柱整体连接，构成一刚架：横梁和柱整体连接，构成一种门式结构种门式结构外加荷载下，结

3、构产外加荷载下，结构产生微小形变，产生相生微小形变，产生相应的内应力。应的内应力。如柱对梁的约束力，如柱对梁的约束力，使梁有恢复原来形状使梁有恢复原来形状的趋势，从而减小梁的趋势，从而减小梁中弯矩。中弯矩。可根据弯矩分布情况设计截面大小可根据弯矩分布情况设计截面大小弯矩弯矩大的部位截面大，可充分发挥材料潜力！大的部位截面大，可充分发挥材料潜力！该游泳馆采该游泳馆采用不对称钢用不对称钢筋混凝土刚筋混凝土刚架结构，利架结构，利用结构下部用结构下部空间布置跳空间布置跳水台，部分水台，部分刚架暴露，刚架暴露，部分吊顶。部分吊顶。大跨度，多跨间的大跨度，多跨间的工业厂房们，采用工业厂房们，采用门式刚架，

4、轻巧，门式刚架，轻巧，安装方便，节约。安装方便，节约。桁架：由各个杆件铰结组成的一种桁架：由各个杆件铰结组成的一种格构式结构格构式结构, ,多作屋顶承重结构。多作屋顶承重结构。材料强度充分利用，省材料，自重材料强度充分利用，省材料，自重减轻，常用木材、钢材、钢筋混凝减轻，常用木材、钢材、钢筋混凝土建造。土建造。桁架结构桁架结构 梁柱框架梁柱框架杆件间铰结杆件间铰结钢筋混凝土现浇钢筋混凝土现浇杆件内轴向内力，杆件内轴向内力，拉或压拉或压主要为弯矩主要为弯矩应力分布均匀应力分布均匀不均匀不均匀上：三角形、梯形、拱形、上：三角形、梯形、拱形、无斜腹杆拱形无斜腹杆拱形左：三铰拱式、三铰刚架左：三铰拱式

5、、三铰刚架式桁架式、排架式桁架结式桁架式、排架式桁架结构构1898，巴黎世博会机械馆，巴黎世博会机械馆北京体育馆，北京体育馆，6000人，跨度人，跨度56M,桁架桁架暴露于比赛大厅，顶部设有天窗，以利暴露于比赛大厅，顶部设有天窗，以利于采光和通风。于采光和通风。敦煌市火车站敦煌市火车站无柱风雨棚无柱风雨棚拱、刚架、桁架同属平面力系，解拱、刚架、桁架同属平面力系，解决屋顶结构问题。但还是有很大局决屋顶结构问题。但还是有很大局限性。限性。二战后，新型大跨度建筑涌现不断二战后，新型大跨度建筑涌现不断。形式更加新颖，结构更加合理，。形式更加新颖，结构更加合理，让人耳目一新。如：空间网格、折让人耳目一新

6、。如：空间网格、折板与薄壳、悬索、张拉膜等结构。板与薄壳、悬索、张拉膜等结构。定义：由一定倾斜角度整体相连的一种薄板体系，常用钢筋混凝土，钢丝网水泥建造。组成：折板+横隔构件A A：结构厚度薄，省材料，可预制装：结构厚度薄，省材料，可预制装配，省模板，可做大跨度屋顶，也可配，省模板，可做大跨度屋顶，也可作外墙。作外墙。平行折板平行折板 扇形折板扇形折板扇形板：一扇形板：一端波长小，端波长小，一端大，放一端大，放射状，适用射状，适用于梯形平面于梯形平面。巴西圣保罗会堂：巴西圣保罗会堂：D=60M,扇形折板从扇形折板从中心向四中心向四 周呈辐射周呈辐射状圆形；切割手法形状圆形；切割手法形成三角形外

7、墙，结构成三角形外墙，结构与建筑造型完美统一。与建筑造型完美统一。受启发于自然界的种子外壳、蛋壳、贝受启发于自然界的种子外壳、蛋壳、贝壳壳以最少的材料获得坚硬的外壳！以最少的材料获得坚硬的外壳！A:A:利用混凝土可塑性，主要承受曲面内利用混凝土可塑性，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；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、板结构的十分之一。自重轻、省材料、外形多样。外形多样。D:D:现浇施工，费工、费时、费模板，结现浇施工，费工、费时、费模板，结构计算复杂，不易承受集中荷载。构计算复

8、杂，不易承受集中荷载。筒壳筒壳圆顶壳圆顶壳双曲扁壳双曲扁壳双曲抛物面壳双曲抛物面壳建筑造型是以各种几何曲面图形建筑造型是以各种几何曲面图形为基本，有圆筒形、圆球形、双为基本，有圆筒形、圆球形、双曲抛物面形。曲抛物面形。不简单重复上述基本形式，而是不简单重复上述基本形式，而是巧妙地运用交贯、切割、改变参巧妙地运用交贯、切割、改变参数等方法，重新组合再创造。造数等方法，重新组合再创造。造型独特新颖，突出建筑个性。型独特新颖，突出建筑个性。法格勒诺布尔冰球法格勒诺布尔冰球馆：四片筒形薄壳馆：四片筒形薄壳十字正交，花瓣形十字正交，花瓣形美国美国“未来航空港未来航空港”设设计方案：两套筒壳，一计方案：两

9、套筒壳，一是放射状的锥形筒壳；是放射状的锥形筒壳；另一是呈环状的交叉固另一是呈环状的交叉固定筒壳。两套壳体，巧定筒壳。两套壳体，巧妙妙“相贯相贯”。三束锥状双曲面薄壳交三束锥状双曲面薄壳交汇于屋顶中心，立面呈汇于屋顶中心，立面呈抛物线形，上下双层壳抛物线形，上下双层壳板组成空腔壳体，平均板组成空腔壳体，平均厚度厚度18CM,仅为跨度的仅为跨度的1/144。埃罗埃罗 沙里宁，沙里宁，1/81/8球面薄壳，平面为曲边三球面薄壳，平面为曲边三角形，边梁向上卷起，传递荷载至三个支座，角形，边梁向上卷起，传递荷载至三个支座，地下埋设水平拉杆，平衡推力，铜板覆盖，玻地下埋设水平拉杆，平衡推力，铜板覆盖，玻

10、璃幕墙曲面外墙。璃幕墙曲面外墙。美国麻省理工学院礼堂美国麻省理工学院礼堂四片双曲面钢砼薄壳合围成四片双曲面钢砼薄壳合围成屋顶，展翅飞翔的大鸟。采屋顶，展翅飞翔的大鸟。采光带分开四部分，边梁朝支光带分开四部分，边梁朝支座逐渐加宽，适应增大的内座逐渐加宽，适应增大的内力。模型实验，艺术与结构力。模型实验，艺术与结构的完美结合，没有生硬的几的完美结合，没有生硬的几何图形痕迹。何图形痕迹。多根杆件多根杆件以一定规律以一定规律节点连接节点连接空间结构形式空间结构形式平板网架平板网架曲面网壳曲面网壳1、多向受力结构，整体性强，稳定，、多向受力结构，整体性强，稳定，刚度大；刚度大；2、杆件主要承受轴向拉、压

11、力，符合、杆件主要承受轴向拉、压力，符合材料特性，节省；材料特性，节省；3、结构高度小，有效利用空间；、结构高度小，有效利用空间；4、杆件规格统一，易于生产。、杆件规格统一，易于生产。支座简支支座简支交叉桁架体系交叉桁架体系 + + 角锥角锥体系体系 两向正交两向正交三向交叉三向交叉三角锥三角锥四角锥四角锥六角锥六角锥（网架（网架平板屋顶）平板屋顶） 八角形平面，八角形平面，容纳一万人，主容纳一万人，主跨跨88M,钢管杆件钢管杆件球节点连结，网球节点连结，网架支撑在一圈混架支撑在一圈混凝土柱上。凝土柱上。美国加利福尼亚大学体育馆：美国加利福尼亚大学体育馆：91M122M,三角锥体系平板网架三角

12、锥体系平板网架多数底部为有推力结构，制作条件复杂；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。按形状分：柱面网壳、球面网壳、按形状分：柱面网壳、球面网壳、双曲扁网壳、单块扭网壳、四块组双曲扁网壳、单块扭网壳、四块组合型扭网壳合型扭网壳按层数分：单层、双层按层数分：单层、双层柱面网壳柱面网壳：适用于矩形平面，构造简：适用于矩形平面，构造简单施工方便，广泛应用；具有典型拱单施工方便，广泛应用；具有典型拱结构受力特征，需解决水平推力。结构受力特征，需解决水平推力。球面网壳球面网壳：适

13、用于圆平面，整体类似穹顶。球冠型和近似整球型。1967世博会美国馆双曲扁网壳双曲扁网壳：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双曲抛物面网壳：(马鞍形)造型新颖奇特，素线为直线。德阳体育馆德阳体育馆双曲抛物面网壳双曲抛物面网壳甘肃庆阳甘肃庆阳宫体育宫体育馆馆曲曲面扁壳面扁壳+弧形大拱弧形大拱美国塔科马市体育馆美国塔科马市体育馆胶合木胶合木网壳网壳D=160M单层网壳单层网壳二战以后，随二战以后，随着理论研究、着理论研究、抗震性能分析抗震性能分析进一步深入，进一步深入，新材料、新施新材料、新施工工艺的运用，工工艺的运用，国外很早就采国外很早就采用各种材料建用

14、各种材料建造网壳结构。造网壳结构。肋环形空腹双层网壳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。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。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

15、，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，中间没有支点，功能安排更灵活； 在60M150M内，优势明显。DIA:抗风荷载能力差。单层单曲面双层单曲面双曲面轮辐式双曲面鞍形杜勒斯国际机场：单跨矩杜勒斯国际机场：单跨矩形平面，下部加稳定索，形平面，下部加稳定索，顶部加盖轻质材料，加强顶部加盖轻质材料，加强结构整体抗震动、抗风性结构整体抗震动、抗风性能。能。D=94M ，轮辐式双层悬索，轮辐式双层悬索，上下索各上下索各144根，在外环上根，在外环上错开半间布置；钢砼外环支错开半间布置；钢砼外环支撑在环形框架的撑在环形框架的48根柱上；根柱上；内环为钢结构圆筒，内环为钢结构圆筒，

16、D=26M。由两组曲率相反的拉索交叉组成索网。由两组曲率相反的拉索交叉组成索网。钢索固定在两根混凝土柱上，钢索固定在两根混凝土柱上，金属板材覆盖屋面。金属板材覆盖屋面。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、膜面抵抗局部集中荷载的能力差 为提高膜面的抗风能力，可将其设计成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呈反向的双曲面形式正负曲面。且对拉正负曲面。且对拉索施加适当的预应力，以保证无论何方向的索施加适当的预应力，以保证无

17、论何方向的风力作用都不会松弛。风力作用都不会松弛。 抹面材料宜选择轻质、高抹面材料宜选择轻质、高强、耐高温、低温、防火性好，强、耐高温、低温、防火性好，有一定透明度的材料。有一定透明度的材料。常见骨架：桁架、拱、网架、网壳常见骨架：桁架、拱、网架、网壳膜材仅为表皮使用，自身结构承载作膜材仅为表皮使用，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型也受到支撑骨架的限制利用膜材料制成气囊，充气后，总是以曲线和曲面来构成自己独特外形。薄膜结构兼有承重和维护功能，简化建筑构造。适用于各种形状平面，材料透明度高，即使跨度很大的建筑不设天窗也可。原理：通过张拉下弦高强拉索，使得撑杆原理：通过张拉下弦高强拉索，使得撑杆产生向上分力，导致上弦构件产生向上的产生向上分力，导致上弦构件产生向上的内力和形变趋势，从而抵消部分向下的外内力和形变趋势，从而抵消部分向下的外加荷载影响，达到降低上弦构件的内力，加荷载影响，达到降低上弦构件的内力，减小形变的效果。减小形变的效果。穹顶、拱刚架桁架空间网格（平板网架、曲面网壳）薄板（折板、薄壳）悬索膜结构新型：张悬梁