1、土木工程概论课件第土木工程概论课件第6讲建筑工程讲建筑工程土木工程概论第6讲 建筑工程(2)3 建筑结构的主要形式3.1 砖混结构砖混结构选材方便、施工简单、工期短、造价低，是我国在多层建筑中使用较多的建筑形式。砖混结构的住宅承重结构是楼板和墙体。“砖”是指竖向承重的砌体，“混”是指楼板、楼梯、圈梁、阳台、挑檐采用钢筋砼构件。土木工程概论3.1 砖混结构构造柱与圈梁的连结多层砖混结构房屋的典型构造土木工程概论砖混结构幼儿园为砼构造柱留设马牙槎砖混结构办公楼砖混结构抗震性能较差，住宅一般在层以下，其它民用建筑在3层以下。3.1 砖混结构土木工程概论中国最高的砼空心小砌块住宅该试点住宅地处 3类土
2、，7度设防，建筑面积7000m2，主体14层，局部15层，建筑总高度为46m。除电梯井部分墙体采用C20砼外，其余承重墙均采用190mm厚砼配筋砌块，12层为全注芯砼砌体，3层以上为部分注芯砼砌体。是中国目前最高的砌块住宅。辽宁盘锦砼空心小砌块试点高层住宅3.1 砖混结构土木工程概论3.2 排架结构多用于单层工业厂房，主要结构构件有基础、柱子、吊车梁、屋架或屋面梁。排架结构的柱与基础为刚接，屋架与柱顶为铰接。这是典型的单层装配式钢筋砼厂房构造3 建筑结构的主要形式土木工程概论钢结构单层工业厂房柱子是厂房中的主要承重构件，屋架和吊车梁分别将屋面荷载和吊车荷载传给柱子，基础承担柱子和基础梁传来的荷
3、载，然后传至地基。钢筋砼排架结构钢筋砼排架结构3.2 排架结构土木工程概论3.2 排架结构轻钢结构强度高、用钢量少，构配件系列化、定型化，工厂制造、工地安装，基础以上无湿作业，已广泛应用于单层工业厂房的建设中。轻钢结构厂房的构造土木工程概论3.3 框架结构框架受力体系由梁、柱组成，属柔性结构，能承受较大的竖向荷载，承受水平荷载能力较差。钢筋砼框架结构高度一般不宜超过55m，钢结构框架不宜超过110m。钢筋砼框架结构的构造3 建筑结构的主要形式土木工程概论钢筋砼框架结构高层住宅武钢新办公楼办公楼、高层住宅、教学楼、宾馆、写字楼、多层厂房等中高层建筑常采用框架结构的结构型式3.3 框架结构土木工程
4、概论纽约帝国大厦高381m，共102层，全钢框架结构，1931年建成，曾雄踞世界最高建筑宝座达40年之久。在建筑史上创造了每周修建4层半、410天建成的施工纪录。3.3 框架结构土木工程概论3.4 框架剪力墙结构在框架结构中设置部份剪力墙，框架与剪力墙协同受力，剪力墙承担绝大部份水平力，框架则以承担竖向荷载为主。钢筋砼框-剪结构高度一般为80130m，钢框-剪结构一般为200260m。主楼钢筋砼剪力墙结构裙房为框架剪力墙结构3 建筑结构的主要形式框架剪力墙结构的构造土木工程概论广州中信大厦高391m，框架-剪力墙结构，1997年建成，由一幢80层的商业大楼和两幢38层的酒店式公寓组成，集写字楼
5、、公寓、商场、会所于一体的甲级综合智能型大厦。3.4 框架-剪力墙结构土木工程概论地上33层、地下 1 层，高112.4m，采用钢筋砼剪力墙结构，是我国第一座超过100m的高层建筑。3.5 剪力墙结构当房屋的层数更高时，横向水平荷载对结构设计起控制作用，采用纵横布置的剪力墙承受全部水平荷载和竖向荷载显然更趋合理。广州白云宾馆3 建筑结构的主要形式剪力墙结构因其空间分隔固定，建筑布置极不灵活，一般用于高层住宅，宾馆等建筑土木工程概论北京兆龙饭店地上22层，高度71.8m，是典型的框支剪力墙结构。3.6 框支剪力墙结构高层建筑中常遇到：底部需要大开间开设商店宜采用框架结构；上部用于住宅或写字楼又宜
6、采用剪力墙结构。这时需设置巨形的转换层将两种结构组合在一起，这种结构称之为框支剪力墙结构。框支剪力墙结构中的转换层因接近一个层高，常做成设备层，因其上部刚度大、下部刚度较弱，对抗震设防不利，在抗震设防区应慎用3 建筑结构的主要形式土木工程概论中央核心筒式尽端核心筒式外筒式3.7 筒体结构利用房屋四周墙体组成一个或多个封闭筒体作为主要抵抗水平荷载的结构，适用于超高层建筑结构。筒体结构又可分为框筒体系、筒中筒体系、桁筒体系和成束筒体系。3 建筑结构的主要形式土木工程概论上海金茂大厦高420m，地上88层、地下4层。利用钢筋砼作核心筒，外框架则为钢骨砼柱和钢柱、钢梁组合的混合结构。1998年建成，是
7、典型的框筒结构。3.7 筒体结构土木工程概论广东国际大厦高200.18m，地上63层、地下4层。外筒为31.137m的矩形平面，典型的钢筋砼筒中筒结构，6层以上楼板采用无粘结预应力平板，1990年建成。是世界上应用无粘结预应力楼板最多、高度最高的建筑。3.7 筒体结构土木工程概论美国世界贸易中心由两座方柱形塔楼组成，边长均为63.5m。北楼高417m，南楼高415m，均为地上110层、地下六层，全钢结构。是典型的筒中筒结构，1973年建成。3.7 筒体结构土木工程概论香港中银大厦平面为5252m的正方形，72层，高319m，上部结构为4个巨形三角形桁架，斜腹杆为钢结构，竖杆为钢筋砼结构，巨形桁
8、架支承在底部三层高的巨大钢筋砼框架上，由4根巨形柱将全部荷载传至基础。是典型的桁架筒结构，1990年建成。这可是著名华裔建筑师贝聿铭的设计作品3.7 筒体结构土木工程概论美国西尔斯大厦高443m，共110层，建筑面积41.38万平方米。标准层为九个23m23m成束筒结构。全钢结构，1974年建于芝加哥。3.7 筒体结构土木工程概论干煤棚（拱型网架）石拱寺美国著名天然石拱3.8 拱结构以在一个平面内受力的，由曲线（或折线）形构件组成的拱所形成的结构，来承受整个房屋的竖向荷载和水平荷载。跨度103m、长116m3 建筑结构的主要形式土木工程概论不锈钢管的落地拱名古屋的咖啡厅日本姬路市中心体育馆3.
9、8 拱结构土木工程概论球面壳园柱壳锥扇形园屋顶组成的空间结构。能以较薄的板面形成承载能力高、刚度大的承重结构。薄壳结构属空间结构体系。双曲扁壳交叉园柱壳3.9 薄壳结构由曲面形板与边缘构件（梁、拱或桁架）3 建筑结构的主要形式土木工程概论广州星海音乐厅建筑面积11296，其交响乐演奏大厅采用4848m双曲抛 物面钢筋砼薄壳结构。是亚洲最大的钢筋砼壳体工程。3.9 薄壳结构土木工程概论澳大利亚悉尼歌剧院该建筑由三组、十对壳片组成，三角形壳瓣是以Y形、T形的钢筋砼肋骨拼结而成。远看似群帆泊岸，以环境优美和建筑造型独特位列20世纪世界七大奇迹之一。由于结构计算复杂和施工困难，工期长达17年，造价超过
10、预算的十几倍。丹麦设计师的创意来自于剥去一半皮的橙子。由于与业主失和，设计师竟未能亲睹自己这旷世经典之作。3.9 薄壳结构土木工程概论3.10 网架结构由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连接而成的空间结构。具有空间受力合理、重量轻、刚度大，跨度大、抗震性能好等优点。网架可按外形分为平面网架和曲面网架。3 建筑结构的主要形式土木工程概论单曲网架外景单曲网架内景网架球形节点3.10 网架结构土木工程概论大连热带雨林馆中心环全景外环入口3.10 网架结构土木工程概论宝钢56m跨干煤棚平板网架整体吊装（跨度100m、总重500t）双曲网架内景3.10 网架结构土木工程概论3.11 网壳结构是以钢杆件
11、组成的曲面网格结构。网壳可分为单层和双层，网壳的曲面具有很大的刚度，网壳结构在大跨度屋盖的应用日益增多。大连理工大学刘长春体育馆建筑面积17300m2，屋盖采用钢网壳结构，2003年建成。网壳与网架外形相似，区别在于网壳是刚接杆件体系，网架节点是铰接的3 建筑结构的主要形式土木工程概论屋面，球壳屋面直径135m，整体建筑造型为飞碟状。四川大学体育馆建筑面积15000m2，屋盖为三个旋转曲面组合而成的四角锥网壳，东西及南北叶尖之间的投影距离分别为101.6m和96m。2000年建成。天津市体育馆采用双层网状球壳3.11 网壳结构土木工程概论北京工业大学体育馆屋盖采用预应力张弦穹顶结构，上部是一个
12、球冠顶面的单层网壳，下部用钢索撑起来，最大跨度达93m。这是世界首次使用的预应力弦支穹顶结构3.11 网壳结构土木工程概论3.12 悬索式结构悬索结构由索网、边缘构件和支承结构三部分组成。屋面荷载通过索网传递到支承柱，再由柱传递到基础。钢索用多股钢铰线或钢丝绳制成，是一种大跨度屋盖的理想结构形式。马鞍型索网（边缘为一对交叉斜拱）3 建筑结构的主要形式土木工程概论3.12 悬索式结构美国耶鲁大学溜冰馆这是典型的组合悬索结构中央大拱的跨度近100m，两片索网的承重索锚挂在钢筋砼大拱上；另一端锚挂在墙顶端的钢筋砼曲梁上，索网施加预应力后使索网形成极为美观的造型。1958年建成。土木工程概论浙江黄龙体
13、育中心体育场体育场外环梁直径244m，挑蓬外挑50m。挑蓬结构由吊塔、斜拉索、内环梁、网壳、外环梁和稳定索组成。网壳支撑于内、外环梁上，内环梁通过斜拉索悬挂在两端的58m高的吊塔上。首次将斜拉桥的结构概念运用于体育场的挑蓬结构之中3.12 悬索式结构土木工程概论北京理工大学体育馆采用双曲金属屋面，支承体系采用“提篮式”屋顶结构体系，受力钢管桁架形成双道圆弧拱，并通过六道空间桁架相连组成马鞍型，下部悬吊整个屋盖体系。提篮式屋顶结构体系又形似“鳐鱼”，动感十足3.12 悬索式结构土木工程概论4 特种结构特种结构是指具有特殊用途的工程结构（也称构筑物），包括电视塔、烟囱、水塔、贮液池、筒仓、挡土墙、
14、深基坑支护结构和纪念性构筑物等。本节介绍几种常见的特种结构。第6讲 建筑工程(2)土木工程概论4 特种结构4.1 电视塔电视塔为筒体悬臂结构或空间框架结构，一般由塔基、塔座、塔身、塔楼及桅杆5部分组成。东方明珠坐落于黄浦江畔浦东陆家嘴，塔高468m，是亚洲第二高塔、世界第四高塔。三根擎天立柱直径9m，上球体直径45m，观光层高度263m、267m处设有旋转餐厅，太空舱建在350m处。与外滩的万国建筑博览群隔江相望。土木工程概论世界最高的独立建筑多伦多国家电视塔（钢筋砼结构，553.33m）土木工程概论广州电视观光塔塔身主体454m，天线桅杆156m，总高度610m，将成为新的世界第一高塔。4.
15、1 电视塔土木工程概论电视塔的内筒为钢筋砼核心筒，外筒钢结构由24根立柱、斜撑和圆环交叉构成。钢结构外筒安装外景钢结构外筒施工安装内景“细腰”处直径仅30多米4.1 电视塔土木工程概论中央广播电视塔吉隆坡电视塔 奥克兰天空塔柏林电视塔4.1 电视塔405m 421m328m368m土木工程概论4 特种结构4.2 烟囱烟囱是将烟气排入高空的高耸结构。烟囱按建筑材料可分为砖烟囱、钢筋砼烟囱和钢烟囱三类。钢筋砼烟囱常用于50m以上的烟囱，一般由基础、灰斗平台、烟道口、筒壁、内衬、筒首和信号平台组成，按内衬布置的方式可分为单筒式、双筒式和多筒式。国内最高的钢筋砼烟囱为270m，世界最高的烟囱是368m
16、钢筋砼单筒式烟囱烟囱筒首土木工程概论钢烟囱自重小、抗震性能好，但耐腐蚀性差。钢烟囱按结构可分为拉线式（高度 50m）、自立式（高度 120m）和塔架式（高度 120m）。砖烟囱可就地取材，耐热性能好，但整体性和抗震性较差，温度应力作用下易开裂，高度不超过50m。砖烟囱塔架式拉线式钢烟囱3.2 烟囱土木工程概论圆形钢制水箱钢筋砼倒锥壳水塔4 特种结构4.3 水塔水塔是储水和配水的高耸结构，用来保持和调节给水管网中的水量和水压。水塔由水箱、塔身和基础组成。水塔主要有钢制水塔和钢筋砼水塔。水塔的外形有园柱形、倒锥壳形和球形、箱形等。园柱形球形土木工程概论科威特的标志性建筑-球形水塔阿尔及利亚2500
17、m3预应力球形水塔这可是中国人设计的水塔现在流行的是不锈钢水箱4.3 水塔土木工程概论4.4 水池水池多建造在地面和地下，主要包括净水厂、污水处理厂的各类水工构筑物；民用水池主要是地下储水池和游泳池等。过滤池游泳池清水池施工4 特种结构土木工程概论4.5 筒仓是贮存粒状或粉状物体的立式容器。可分为砖筒仓、钢筋砼筒仓、钢筒仓。筒仓有园形、方形、多边形，筒仓往往成组布置。散装水泥筒仓钢板原粮仓4 特种结构土木工程概论4.5 筒仓储煤筒仓水泥库北良港60万吨散粮仓炼油厂油罐土木工程概论其它构筑物电厂凉水塔灯塔机场信号指挥塔污蛋水形处消理化厂池的跳伞塔景观挡土墙4 特种结构土木工程概论5 建筑工程的未
18、来展望随着社会和科技的发展，建筑物的规模、功能、造型越来越大型化、复杂化和多样化。新材料、新设备和新的结构技术日新月异，节能技术、信息控制技术、生态技术等日益与建筑相结合。建筑业和建筑物本身正成为新技术的复合载体，超高层和超大跨度建筑、特大跨度桥梁及现代结构技术成为代表一个国家建筑科学技术发展水平的重要标志。把握土木工程学科的发展趋势，就能在知识经济时代开创土木工程学科的新纪元。进一步发展高层、大跨度结构：随着新材料、新结构、新工艺、新施工方法的出现，建筑规模更大、高度最高、跨度更大的纪录将不断被刷新，从事土木工程的人们将为改造世界做出新的贡献，取得新的突破。第6讲 建筑工程(2)土木工程概论
19、 高性能材料的发展：钢材将朝着高强、良好的塑性、韧性和可焊性方向发展。预应力砼将使用大直径、大截面的高强钢铰线和碳纤维加劲塑料，体外预应力和空间预应力结构体系将得到推广。高性能砼及其他复合材料也将向着轻质、高强、良好的韧性和工作性方面发展。防震抗风与减灾：风荷载和地震荷载已成为超高层、大跨度结构等复杂结构的控制因素，“以柔克刚”的抗震思想在结构振动控制技术中将进一步得到体现，现代振动控制将向自适应控制、智能控制、吸震减震技术研究方向发展；建筑结构健康监测、灾害结构响应控制等基础性的研究将会进一步加强。5 建筑工程的未来展望雷暴现象土木工程概论 城市地下空间的开发和利用：我国地下空间开发将进入立
20、体、分层开发的高峰期。地下一层3m5m布设公共事业管网，地下2 层深度6m10m布置地下步行商业街、停车场、地铁车站、地下文化娱乐厅等，地下3 层10m30m配置地下铁道区间隧道、地下河(排水沟渠)、立型地下停车场等。地下垃圾收集站、加工厂、放射性和有毒的固体垃圾，将存放在更深的地层中。大力发展绿色建筑：绿色建筑以生态系统的良性循环为基本原则，把绿色生命赋予建筑。一是有效利用能源，用新型能源取代传统能源的节能建筑；二是与周围环境协同发展，利用可再生资源或减少不可再生资源消耗，具备可持续性的生态建筑；三是最大限度少占地表面积，使绿化面积少损失或不损失的节地建筑。5 建筑工程的未来展望土木工程概论
21、6 世界著名建筑掠影台北101大楼原名台北国际金融中心,楼高509m（楼顶高度449.2m），地上101层，地下5层，是保持目前世界最高建筑物、世界最高使用楼层及世界最高屋顶高度三项纪录的摩天大楼。2004年建成。大楼在88至92楼设置了“调质阻尼器”，来减缓建筑物在高空强风作用下的晃动幅度。这是全球最大的阻尼器第6讲 建筑工程(2)土木工程概论大厦封顶大堂内景6 世界著名建筑掠影土木工程概论吉隆坡石油双塔大厦世界最高的钢筋砼建筑双塔外部为底部直径46.2m的1钢筋砼外筒，中心部位是23m见方的钢筋砼内筒，地上88层，高390m，连同桅杆总高452m，整个建筑高宽比为8.64，属于细长型建筑。
22、是世界最高的钢筋砼建筑。距地面170m高的空中天桥像一座登天门，因其外形像两个巨大的玉米，故又名双峰大厦。6 世界著名建筑掠影土木工程概论吉隆坡石油双塔大厦世界最高的钢筋砼建筑土木工程概论上海环球金融中心地上101层、地下3层，建筑高度492.5m。94至101层为观光层，设计了面积为700m2的观光大厅和世界最高观光厅观光天阁（距地面472m）。大厦顶部的风洞原设计是一个直径50m的圆形洞口，使人轻易联想起日本的国旗，在一片反对声中，这一设计最终“寿终正寝”。6 世界著名建筑掠影土木工程概论6 世界著名建筑掠影迪拜塔世界最高建筑又称迪拜大厦，是一座钢筋砼结构的管状多塔建筑，162层，总高度8
23、18m。每30层设一安全岛建设过程中的全球卫星定位跟踪系统土木工程概论阿拉伯塔（阿联酋迪拜）是世界唯一的七星级酒店。56层，321米高，采用双层膜结构，是一个帆船造型的塔状建筑。6 世界著名建筑掠影土木工程概论国家体育场“鸟巢”工程总占地面积21公顷，建筑面积25.8万m。容纳观众约9万人。主体建筑呈空间马鞍椭圆形，南北长333m、东西宽294m，高69m。主体结构由巨型马鞍形钢桁架编织成“鸟巢”结构，钢结构总用钢量为4.2万吨。屋顶钢结构上覆盖了双层膜结构。6 世界著名建筑掠影土木工程概论“鸟巢”夜景“鸟巢”内景“鸟巢”不仅是一座独特的历史性、标志性建筑，且在世界建筑发展史上也将具有开创性意
24、义。但风光之后是难题，年运行费用达5000万之巨的“鸟巢”商业运营之路艰难！6 世界著名建筑掠影土木工程概论国家游泳中心(水立方)国家游泳中心是经全球设计竞赛产生的“水的立方”方案。总建筑面积约8万m2。外观创意用形似水泡的ETFE膜（乙烯-四氟乙烯共聚物）按细胞排列形式和肥皂泡天然结构设计而成的，这种形态在建筑结构中从来没有出现过。它的膜结构已成为世界之最。6 世界著名建筑掠影土木工程概论跳水区游泳区水立方流光溢彩6 世界著名建筑掠影土木工程概论国家大剧院主体建筑由外部围护钢结构壳体和歌剧院、音乐厅、戏剧院、公共大厅及配套用房组成。总建筑面积约16.5万m2。总投资31亿元。外部围护钢结构壳
25、体呈半椭球形，东西长212.2m，南北长143.6m，高46.28m。椭球形屋面主要采用钛金属板饰面，中部为渐开式玻璃幕墙。6 世界著名建筑掠影土木工程概论颇具争议的国家大剧院国家大剧院工程曾引发一场学界大争鸣，49位两院院士、109位建筑师上书中央反对安德鲁的设计方案。主要反对意见有：1、文化形象：大剧院是国家级的文化标志性建筑，又与天安门和紫禁城相邻，设计方案毫无中国文化特色和传统建筑元素，与城市环境不协调，像个极具侵略性的天外来客。2、功能和安全：巨大的半圆穹顶覆盖四座剧院，又座落在一个大水池中，穹顶与剧院既无功能上的关系，又将后台及观众厅设在地下数米深处，安全上存在严重问题。3、资源浪
26、费：屋顶的造型及用材，以及穹顶与四个剧院之间的巨大空间，要消耗巨大能源进行采暖、空调及通风、除尘。6 世界著名建筑掠影土木工程概论戏剧院歌剧院音乐厅设计师安德鲁是机场建筑专家，这是他设计的第一个剧院工程6 世界著名建筑掠影土木工程概论CCTV大楼 效果图施工中的CCTV新大楼中央电视台新址大楼央视新址大楼高234m，以两个“Z”字造型环状连接、在162m高处横空挑出跨度75m，标新立异，颠覆了建筑设计的基本原理，是一座褒贬不一的巨型建筑。设计师库哈斯语录：“中央电视台有两种人，一种搞工作，一种搞艺术，到空中相会”；悬空挑出75m是为了“挑战地心引力”“大裤衩”的耗钢量近14万吨，相当3个“鸟巢
27、”6 世界著名建筑掠影土木工程概论密尔沃基市艺术馆（美国）位于密执安湖畔，结构体系由两根平行、倾斜47度的桅杆靠拉力支撑，一根桅杆位于屋面的中轴线上，另一根位于通向艺术馆入口的桥上，通过机械传动装置，能够将建筑顶部的两像翅膀一样张开的结构羽翼，在阳光下慢慢张开，创造出诗意般的结构体系和运动感的整体效果。6 世界著名建筑掠影土木工程概论瑞典“螺旋中心”大厦瑞典“螺旋中心”大厦是斯堪的纳维亚半岛的最高建筑物，高189m，整栋大楼扭转90度。6 世界著名建筑掠影土木工程概论孟买拟建13层“卵形大厦”6 世界著名建筑掠影土木工程概论世界首座马桶外形住宅楼韩国水源市前市长沈载德花巨资精心建造了一座外形酷似马桶的巨宅，这座“马桶楼”已于2007年11月竣工。他希望“大马桶”能促进全球洁厕运 动，弘扬世界厕所 文化。取名为“Haewoojae”，意思是“一个卫生 无忧的地方”。6 世界著名建筑掠影土木工程概论奇特建筑一瞥飞碟-沙特内政部大楼“三聚首”大厦书本建筑造型“集装箱”大厦“抽屉”大厦6 世界著名建筑掠影土木工程概论奇特建筑一瞥大楼俯卧撑软骨屋中外倒立屋6 世界著名建筑掠影土木工程概论水壶屋狗狗屋鞋屋篮子屋积木大厦晒蛋屋萨克斯屋水船屋UFO6 世界著名建筑掠影
