建筑结构选型实例分析

1、建筑结构选型实例分析建筑结构选型大作业12- 城规、程睿（）第一章悬挑结构：现代MOMA1. 工程概况：当代 MOMA 位于东直门迎宾国道北侧，拥有首都北京的地标优势,项目规划建筑面积 22 万平方米，其中住宅为万平方米，配套商业面积达万平方米，包括多厅艺术影院，画廊，图书馆等文化展览设施，还包括了精品酒店，国际幼儿园，顶级餐饮，顶级俱乐部及健身房、游泳池、网球馆等生活设施与体育休闲设施。当代 MOMA 由纽约的哥伦比亚大学教授Steven Holl 设计，项目规划概念是BEIJING LINKED HYBRID ，在建筑艺术方面实现了世界的唯一，更加充分的发掘城市空间的价值，将城市空间从平面

2、、竖向的联系进一步发展为立体的城市空间。当代 MOMA 也是当代置业科技主题地产的延续与发展，在万国城Moma 实现高舒适度、微能耗的基础上，将大规模使用可再生的绿色能源。从可持续的观点出发，当代 MOMA 适当的高密度（强度）开发利用土地与大规模使用可再生的绿色能源是大城市发展的方向，是真正“节能省地型”的项目。在当代 MOMA 的规划设计中，更多考虑了未来城市的生活模式，引入了复合功能的概念，实现开放功能的城市社区，在这里不单是居住功能，而且能够和谐的工作，娱乐、休闲消费、交通，作为一个汇集精品商业与国际文化的开放社区，充满生气与活力，将创造更和谐的国际化生活氛围，不仅为社区创造更舒适的环

3、境，更多的交往机会，也将完善城市区域功能，为北京的城市形象，为北京奥运会增添光彩。项目计划 2005 年初开始建设，在2008 年奥运会之前建成使用。2. 结构形式：为减轻自重，梁柱采用 H 型钢，并且设置了受拉的钢斜撑，提高悬挑结构的刚度和承载力为承受悬挑部分重力荷载产生的倾覆力矩，在悬挑部分增设钢斜撑，将倾覆力矩传递到塔楼上；在塔楼相应的部位增设钢管斜撑。使塔楼整体承受倾覆力矩。在塔楼内除设置核心筒外。还设置了十字型剪力墙，提高塔楼整体的刚度和抗倾覆能力。长悬挑是本工程主要设计难点之一，目前主体结构竖向构件采用了中震不屈服的性能目标，对于悬挑结构这样更加重要的部分，设计中采用了中震弹性设计

4、的更高的性能目标，即悬挑部分的构件验算时，按中震弹性地震力（水平地震和竖向地震）与竖向荷载进行组合，考虑荷载分项系数，材料强度取设计值。经中震弹性设计验算，悬挑部位构件的应力比基本上都控制在0 9 以下。3. 施工情况：物业公司：第一物业服务有限公司建筑面积： 220000 平方米绿化率：34%使用率：80%容积率：建设规模：地上 21 层、地下两层建筑形式：框筒结构，连廊及悬挑部分为钢结构第二章桁架结构：中国国家大剧院1. 工程概况：中国国家大剧院位于北京市中心天安门广场西，人民大会堂西侧，西长安街以南，由国家大剧院主体建筑及南北两侧的水下长廊、地下停车场、人工湖、绿地组成，总占地面积万平方

5、米，总建筑面积约万平方米，其中主体建筑万中国国家大剧院标志平方米，地下附属设施6 万平方米。2. 结构形式：桁架结构中的桁架指的是桁架梁，是格构化的一种梁式结构。桁架结构常用于大跨度的厂房、展览馆、体育馆和桥梁等公共建筑中。由于大多用于建筑的屋盖结构，桁架通常也被称作屋架。当涉及大跨度或重荷载时，用于建筑的屋盖结构的桁架通常称作屋架，桁架要比梁更经济。桁架，是由一些细长直杆按适当方式分别在两端连接而成的几何形状不变的结构。桁架按其材料可分为木桁架、钢筋混凝土桁架、钢桁架。国家大剧院壳体外形是半个超级椭球体，其长轴长度为，短轴长度为，高度为。其内部主要布置有一个容纳 2416 人的戏剧厅、一个容

6、纳 2017 人的音乐厅、一个容纳 1040 人的剧场。国家大剧院壳体钢结构主要由148根沿椭球面均匀垂直布置的平面桁架、11840根水平布置的环向系杆、对称布置的四块平面斜撑及顶部结构组成，也就是说国家大剧院是以众多桁架组成的壳体结构。壳体总用钢量约 6760t ，主要钢材材质为 Q345D 钢。平面桁架按照是否外露分为长轴桁架和短轴桁架，短轴桁架区域的屋面采用玻璃形式，为外露构件，采用厚度为60mm钢板条作为桁架的弦杆和腹杆，共 46根I,总重量约为 2050t ；长轴桁架区域的屋面采用钛合金板形式，为隐蔽构件，其弦杆和腹杆均为H型钢截面，共102根I,总重量约为2100t。水平布置的环向

7、系杆采用140、194等规格的钢管，通过两端的半球与平面桁架连接。平面斜撑布置在长轴区域，截面均采用 H 型钢截面。顶部结构由钢管环梁、箱形梁、顶部短轴桁架、顶部长轴桁架、连系杆组成，钢管环梁的规格为X 26,顶部短轴桁架、顶部长轴桁架、连系杆与下部结构近似，总重量约为 1050t 。第三章刚架结构：国家体育场（鸟巢）1. 工程概况：所在地：中国北京，设计师：雅克赫尔佐格和皮埃尔德梅隆。国家体育场俗称鸟巢，位于北京奥林匹克公园中心区南部，为 2008 年第 29 届奥林匹克运动会的主体育场。工程总占地面积 21公顷，建筑面积258,000 m2 0场内观众坐席约为91000 个，其中临时坐席约

8、 11000 个。国家体育场，被誉为“第四代体育馆”的伟大建筑，见证的不仅仅是人类21世纪在建筑与人居环境领域的不懈追求，也见证着中国这个东方文明古国不断走向开放的历史进程。 其设计新颖，配套设施完备，象征意义深远。2. 结构形式：钢架结构是指梁柱之间为刚性连接的结构。在竖向荷载作用下，由于柱对梁的约束作用减小了梁跨中的弯矩和挠度。在水平荷载作用下，由于梁对柱子的约束作用减少了柱内的弯矩和侧向变为。钢架结构的承载力的刚度很大。国家体育场屋顶钢结构上覆盖了双层膜结构，即固定于钢结构上弦之间的透明的上层ETFE膜和固定于钢结构下弦之下及内环侧壁的半透明的下层PTFE声学吊顶。“鸟巢”外形结构主要由

9、巨大的门式钢架组成，共有 24 根桁架柱，主体钢结构形成整体的巨型空间马鞍形钢桁架编织式“鸟巢”结构。看台混凝土结构为地下1 层，地上 7 层的钢筋混凝土框架- 剪力墙结构体系。3. 施工情况：国家体育场工程为特级体育建筑，主体结构设计使用年限100 年，耐火等级为一级,抗震设防烈度8 度,地下工程防水等级1 级。工程主体建筑呈空间马鞍椭圆形，南北长333 米、东西宽 294 米的，高 69 米。钢结构总用钢量为万吨，混凝土看台分为上、中、下三层，。钢结构与混凝土看台上部完全脱开，互不相连，形式上呈相互围合，基础则坐在一个相连的基础底板上。第四章：网架结构：“岭南明珠”体育馆1. 工程概况：“

10、岭南明珠”体育馆位于广东省佛山市禅城区季华五路（电视塔北侧），毗邻规划中的城市景观轴，占地，总建筑面积约 75182m2（ 其中地下室建筑面积约23640m2 ，地上建筑面积约 51612m2 。项目包括拥有6000 个座位的综合体育馆以及附属体育馆、全民健身广场、地下停车场等。主体建筑结构体系由一个主馆和两个副馆（训练馆和大众馆）组成，主体育馆直径为，建筑高度为，地上 4 层；训练馆和大众馆直径为，建筑高度约。主馆与副馆通过3 个穹顶连为一体，优美的圆弧外形如同一颗熠熠生辉的明珠。作为佛山市的标志性建筑，该体育馆自 2005 年建成以来，承担了广东省第12 届运动会的闭幕式及篮球、体操比赛等

11、重大文体活动。2. 结构形式：体育馆整个屋面采用连续的穹顶网壳结构，与以往的穹顶结构不同的是：引进了斗拱的概念，强调了水平环的作用。在力学合理性方面，将以往穹顶结构是拱的旋转体这种考虑方法，改变为水平环的集结体。穹顶的上半部为压缩环，下部为张力环，水平环采用 H 型钢组成的空间三角形钢桁架，具有足够刚度，水平环桁架通过层间立柱和外斜杆，逐层叠加形成一个牢固的穹顶。层间立柱由 H 型钢和圆钢管组成，外斜杆采用圆钢管，钢材均采用 Q345B 钢。主馆由 15 层水平环构成，两副馆分别由 10 层水平环构成，三个场馆三层以上通过多层水平环层层叠加，收聚成三个上部相互独立的空间穹顶，下部三层通过中间连

12、廊连为一体。钢屋盖的投影面积为 34330m2 ，用钢量为 6838t ，约 197kg/m2 。结构构成复杂，有22000 根杆件， 6000 多个节点，而且多根杆件从空间不同角度汇交，节点型式多样，对制作、加工、定位、安装提出了很高的要求。3. 施工情况：本工程主体钢结构的杆件数量达22000 多根，节点数量5000 多个。考虑工程独特的结构形式，大部分节点采用 H 型钢直接交汇节点或板节点，部分采用了铸钢节点。主体结构总用钢量为 12500t ，附属结构重约 1400t 。在工程中大量采用的 H 型钢直接交汇节点构造非常新颖，如 5 、 6 根平面加空间扭曲的 H 型钢构件直接交汇的节点

13、做法等，在国内外同类工程中尚属罕见。结构构件、节点数量繁多，构造复杂，加工制作难度大，是本工程深化设计与钢结构制作的最大特点。第五章框架结构：萨伏伊别墅1. 工程概况：萨伏伊别墅是现代主义建筑的经典作品之一，位于巴黎近郊的普瓦西(Poissy),由现 代建筑大师勒柯布西耶于1928年设计，1930年建成，使用钢筋混凝土框架结构。这幢白房子表面看来平淡无奇，简单的柏拉图形体和平整的白色粉刷的外墙，简单到几乎没有任何多余装饰的程度，“唯一的可以称为装饰部件的是横向长窗，这是为了能最大限度地让光线射入。”萨伏伊别墅是勒?柯布西耶纯粹主义的杰作，是一个完美的功能主义作品，甚至是勒?柯布西耶的作品中最能

14、体现其建筑观点的作品之一。别墅在设计之初，柯布西耶原本的意图是用这种简约的、工业化的方法去建造大量低造价的平民住宅，没想到老百姓还没来得及接受，却让有亿万家产的年轻的萨伏伊女士相中，于是成就了一件伟大的作品，它所表现出的现代建筑原则影响了半个多世纪的建筑走向。2. 结构形式：萨伏伊别墅是一个完美的功能美学作品，其基地是位于普瓦西的一片的开阔地带，中心略微隆起。地段为 12 英亩，宅基为矩形，长约米，宽 20 米，共三层。底层(柱托的架空层)三面透空，由支柱架起，内有门厅，车库和仆人用房，是由弧形玻璃窗所包围的开敞结构。二层有起居室、卧室、厨房、餐室、屋顶花园和一个半开敞的休息空间。三层为主卧室

15、和屋顶花园，各层之间以螺旋形的楼梯和折形的坡道相联，建筑室内外都没有装饰线脚，用了一些曲线形墙体以增加变化。该建筑采用了钢筋混泥土框架结构，平面和空间布局灵活空间相互穿插，内外彼此贯通，它外观轻巧，空间通透，装修简洁，与造型沉重、空间封闭、装修繁琐的古典豪宅形成了强烈对比。受力分析：荷载传给楼板，再传给次梁、主梁、柱、基础、地基。此种结构受力体系由梁、柱组成，用以承受竖向荷载是有利的，但是在承受水平荷载方面能力有限，因此仅仅适用于房屋高度不大，层数不多的建筑。萨伏伊别墅是一个着名的代表作。柯布西耶的建筑设计充分发挥了框架结构的特点，由于墙体不再承重，可以设计大的横向长窗，他的有些设计当时不被人

16、们接3. 施工情况：受，许多设计被否决，但这些结构和设计形式在以后被其他建筑师推广应用，如逐层退后的公寓，悬索结构的展览馆等，他在建筑设计的许多方面都是一位先行者，对现代建筑设计产生了非常广泛的影响。第六章拱结构：俄罗斯风景桥( Zhivopisng Bridge )1. 工程概况：风景桥( Zhivopisng Bridge )是俄罗斯首都莫斯科克雷拉茨科耶区横跨莫斯科河(Moskva River )的一座公路斜拉桥，全长1460m ，其中主桥长，宽37m ；跨河钢拱桥塔高 105m ，拱跨 182m ，斜拉索 78 根，拱顶下部建有圆形观景台和餐厅；桥面至水面高 30m 。风景桥于 200

17、7 年 12 月建成通车。这座桥的独特之处在于构思的巧妙。为了避免道路与附近的地铁、公园、抽水站等公共设施的干扰，在地形地物受限的情况下，充分利用了河道上的空间，将桥梁架设在河道中心线上，在平面上桥梁与河流重叠。2. 结构形式：俄罗斯风景桥利用刚架拱横向布置巧妙地将桥墩基础设置在两岸岸边，这样既能保证桥墩的生根，又能使桥下河流畅通无阻，真是巧夺天工的设计。其特点就是它的斜拉索体系。桥梁主跨为等截面的钢箱梁，钢箱梁被由刚架拱上的斜拉索牵引支撑，梁塔(刚架拱)完全分离，形成全浮悬状态，在 78 根拉索下组成了空间曲线索面的对称性斜拉桥。这种体系如果单就主梁的全浮悬状态来说，其抗震能力是很高的，当然

18、，全桥的抗震水平还依赖于作为斜拉桥的主塔刚架拱的稳定能力。看似两个毫无搭界的单一结构，一个是拱结构，一个是梁结构，它们通过斜拉索的连接使风景桥形成了一座独特的斜拉桥，这种由简单结构构件组成的复合结构形式的桥梁很值得我们桥梁工程师学习与借鉴。考虑观光的需要，桥梁主跨正上方利用刚架拱的支撑设置了类似于太空舱的圆形旋转餐厅。第七章悬索结构：美国华盛顿 DULLES 机场1 .工程概况：美国华盛顿 DULLES 机场，是现代主义者芬兰建筑师Eero Saarinen 设计，1962 年建造的。屋盖为平行布置的悬索结构。华盛顿杜勒斯国际机场得名于1888年一一1959年时，美国当时的国务卿约翰福斯特杜勒

19、斯。华盛顿杜勒斯国 际机场位于华盛顿市区以西约 43 千米处，是美国联合航空公司的主要枢纽。2 .结构形式：悬索按受力状态分成平面结构和空间结构。平面结构主要在一个平面内受力的平面结构，多用于悬索桥和架空管道。按结构形式分为：单层悬索结构。可用做柔式悬索桥，也可用于屋盖，结构刚度较小，在可变荷载作用下变形较大，宜在索上铺设重屋面。加劲式单层悬索结构。通过在索下面若干吊杆吊有加劲桁架（或 加劲梁），以增强结构的刚度。双层悬索结构。具上索与下索曲率相反，并通过 其间的受拉斜腹杆中施加预应力而具有较好的刚度。空间悬索结构是一种处于空间受力状态的结构，多用于大跨度屋盖结构中。按结构形式分为：圆形单层悬

20、索结构。用于圆形平面的屋盖，其索按辐射状布置，整个屋面形成下凹的旋转曲面。各根索的外端固定于周边的钢筋混凝土圈梁上，内端固定于圆心附近的拉环上。当圆心处允许设柱时，可形成伞形悬索结构。圆形双层悬索结构。其外形与上述结构类似，只是有上下两层索，从而可以有不同布置形式的预应力拉杆以增强刚度。中国北京工人体育馆直径94 米的比赛大厅屋盖即采用了这种结构形式（图 2 ）。其圆心附近的拉环除承受环向拉力外，在竖直方向还承受压力。双向正交索网结构。由互相正交的两组索组成。下凹的一组为承重索,上凸的一组为稳定索,两组索形成负高斯曲率的曲面。对其中一组索施加预应力时，另一组索也同时获得预应力的效果。通过施加预

21、应力，可使两组索在屋面荷载作用下始终贴紧，且获得良好的刚度。这种索网可用于椭圆平面、矩形平面、菱形平面（图3 ）或其他平面的屋盖。意大利米兰体育馆屋盖采用了圆形平面的马鞍形索网结构,直径140 米，是目前世界上最大的索网结构。中国浙江省人民体育馆屋盖采用80 乂 6坪椭圆平面的马鞍形索网，其索端固定于一个空间曲梁上。为了减小曲梁内的弯矩，在索网下还设置了一层水平拉索。DULLES 机场的柱子是向外倾斜的。索拉紧外倾的柱子，在自重和屋面载荷下自然下垂成悬链状。在柱子之间，有倾斜的梁板，这个板状梁倾斜方向是沿着索的方向的。其外侧形成屋檐的形状。内侧承受屋面索的拉力。第八章薄壁空间结构：悉尼歌剧院（

22、 Sydney Opera House ）1. 工程概况：地理位置：澳大利亚悉尼市贝尼朗岬角 歌剧院规模：悉尼歌剧院整个建筑占地公顷，长183 米，宽 118 米，高 67 米，相当于20 层楼的高度设计师：约恩 ?伍重( Jorn Utzon )悉尼歌剧院， Sydney Opera House ，位于澳大利亚新南威尔士州的首府悉尼市贝尼朗岬角。这座综合性的艺术中心，在现代建筑史上被认为是巨型雕塑式的典型作品，也是澳大利亚的象征性标志。悉尼歌剧院不仅是悉尼艺术文化的殿堂，更是悉尼的灵魂，清晨、黄昏或星空，不论徒步缓行或出海遨游，悉尼歌剧院随时为游客展现不同多样的迷人风采。音乐厅是悉尼歌剧院最

23、大的厅堂，共可容纳 2679 名观众，通常用於举办交响乐、室内乐、歌剧、舞蹈、合唱、流行乐、爵士乐等多种表演。此音乐厅最特别之处，就是位於音乐厅正前方，由澳洲艺术家Ronald Sharp 所设计建造的大管风琴(Grand Organ) ，号称是全世界最大的机械木连杆风琴(Mechanical trackeraction organ) ，由 10,500 个风管组成，此外，整个音乐厅建材使用均为澳洲木材，忠实呈现澳州自有的风格。2. 结构分析：悉尼歌剧院的外观为三组巨大的壳片，耸立在南北长 186 米、东西最宽处为97 米的现浇钢筋混凝土结构的基座上。第一组壳片在地段西侧,四对壳片成串排列三对

24、朝北 ,一对朝南,内部是大音乐厅。第二组在地段东侧，与第一组大致平行,形式相同而规模略歌剧厅。第三组在它们的西南方，规模最小，由两对壳片组成 ,里面是餐厅。其他房间都巧妙地布置在基座内。整个建筑群的入口在南端,有宽 97 米的大台阶。车辆入口和停车场设在大台阶下面。其受力特点为强度高，刚度大，用料省，自重轻，覆盖大面积；曲面多样活，造型多变，曲线优美，表现力强。薄壳结构是一种薄得不至于产生明显弯曲应力，但厚度可以承受轴力和剪力的形抵抗结构形抵抗结构即将材料造成一定的形状从而获得一定强度和刚度的结构(薄纸卷起即可抗弯)，获得此种能力靠的不是用料的增加、而是适当的形式。3. 施工情况：悉尼歌剧院的

25、外型犹如即将乘风出海的白色风帆，与周围景色相映成趣。悉尼歌剧院是从20 世纪 50 年代开始构思兴建， 1955 年起公开徵求世界各地的设计作品，至1956年共有32个国家233个作品参选，彳爰来丹麦建筑师约恩？伍重的设计屏雀中选，共耗时16 年、斥资 1200 万澳币完成建造，为了筹措经费，除了募集基金外，澳洲政府还曾於 1959 年发行悉尼歌剧院彩券。 每年在悉尼歌剧院举行的表演大约 3000 场，约二百万观众前往共襄盛举，是全界最大的表演艺术中心之一。歌剧院白色屋顶是由一百多万片瑞典陶瓦铺成，并经过特殊处理，因此不怕海风的侵袭，屋顶下方就是悉尼歌剧院的两大表演场所一音乐厅(Concert

26、 Hall)和歌剧院 (Opera Theater) 。第九章膜结构：世博轴1. 工程概况：2010 年上海世博会世博轴及地下综合体工程，位于世博会浦东园区核心，索膜顶棚覆盖了标高平台层的大部分空间，起到遮阳挡雨的功能，满足大量人流安全、舒适地从地上出入园、等候、安检、票检、休憩餐饮的需要。膜面结构造型轻盈优雅，与通透挺拔的阳光谷浑然天成。2. 结构形式：索膜顶棚采用连续的张拉式索膜结构体系,总长度约840m, 最大跨度约 97m,膜面总投影面积约 61000m2, 展开总面积约 65000m2, 单块膜最大展开面积约1800m2,膜面单元一般呈三角形。膜材采用A级PTFE膜。索膜结构边索单跨

27、最大约 80m ，脊索最大跨度约为 115m ，为跨度柔性结构。膜顶主要由承重作用的脊索、边索和稳定作用的张拉膜构成， 1 根边索、 2 根脊索和膜形成了三角形为顶面的倒锥台状，膜面为双向曲面，膜焊缝主要沿经向放射形布置。整个膜顶支承于外桅杆、内桅杆及阳光谷钢结构上。索膜结构的最高点由 26 组外桅杆和背索、部分阳光谷的连接点构成,最低点由19 组内桅杆下拉点、 5 组外桅杆和背索、部分阳光谷的连接点构成。外桅杆一般高度为 35m, 紧邻中间 4 个阳光谷均有1 根较低的外桅杆(高度为17m), 阳光谷SV5、 SV6 之间外桅杆高度为 38m 。下拉点处,膜在 18m 或 21m 标高处固定在下拉钢环上(钢环直径5m), 钢环支承于内桅杆。 内桅杆的增设,主要控制风荷载作用下膜下拉处的水平位移及向下