北航建筑结构选型第六次课

1、建筑结构选型建筑结构选型高政国高政国 副教授副教授Tel:86869907 Email: 建筑结构选型课件建筑结构选型课件第十章 网架结构建筑结构选型课件第一节 网架结构的特点、优点与适用范围n网架结构特点网架结构特点：n空间结构空间结构n杆件轴向受力为主杆件轴向受力为主n结构形式灵活结构形式灵活n厦门漳州后石电厂球形煤仓厦门漳州后石电厂球形煤仓建筑结构选型课件n与桁架结构比较与桁架结构比较建筑结构选型课件网架结构网架结构桁架结构桁架结构工程实例工程实例沈阳博览中心沈阳博览中心144m特大跨度钢桁架特大跨度钢桁架建筑结构选型课件n网架结构的优点网架结构的优点：n跨度增大（跨度增大（3060m）

2、n材料节省（受力分配均匀）材料节省（受力分配均匀）n安全性高（高次超静定）安全性高（高次超静定）n施工方便（屋顶、屋面施工装修等）施工方便（屋顶、屋面施工装修等）建筑结构选型课件n平板型网架平板型网架n壳形网架壳形网架第二节 网架结构外形分类建筑结构选型课件建筑结构选型课件n网架结构杆件材料多采用钢材网架结构杆件材料多采用钢材螺栓球节点螺栓球节点网架构造示网架构造示意意建筑结构选型课件n建造费用高建造费用高n施工难度大施工难度大n经济效果不明显经济效果不明显n壳形网架壳形网架( 曲面网架曲面网架 )推力问题推力问题（实际工程中采用较少实际工程中采用较少）建筑结构选型课件加拿大加拿大1967蒙特

3、利尔蒙特利尔博览会美国馆博览会美国馆建筑师富勒建筑师富勒善用三角形的网三角形的网架组成多面体穹窿架组成多面体穹窿。这种结构以较少的材料造成了轻质高强的屋盖，轻巧的覆盖了很大的空间。建筑结构选型课件加拿大加拿大1967蒙特利尔博览会美国馆蒙特利尔博览会美国馆建筑结构选型课件长春体育馆采用长春体育馆采用日本进口日本进口方钢管方钢管网壳轻钢桁架结网壳轻钢桁架结构。构。其设计、制其设计、制做、安装难度之做、安装难度之高，在亚洲堪称高，在亚洲堪称首例。该馆总建首例。该馆总建筑面积筑面积31192平方平方米，主馆长跨度米，主馆长跨度192米，短轴跨度米，短轴跨度146米，中心夭高米，中心夭高50米，容纳观

4、众米，容纳观众12000人。人。屋面是平面为核桃屋面是平面为核桃形的曲肋球面网壳形的曲肋球面网壳 长春万人体育馆建筑结构选型课件建筑结构选型课件n工程位于北京人民大会堂西侧，西长安街以南，总占地面积11.893公顷，总建筑面积149520平方米，总投资额26.88亿人民币。国家大剧院建筑结构选型课件 法国著名建筑师保罗安德鲁建筑结构选型课件n椭球壳体外环绕人工湖，湖面面积达椭球壳体外环绕人工湖，湖面面积达35500平方米，平方米，各种通道和入口都设在水面下。这个建筑设计方案各种通道和入口都设在水面下。这个建筑设计方案由法国巴黎机场公司设计，清华大学配合由法国巴黎机场公司设计，清华大学配合建筑结

5、构选型课件建筑结构选型课件建筑外部围护结构为钢结构壳体，呈半椭球形，其椭建筑外部围护结构为钢结构壳体，呈半椭球形，其椭球形屋面主要采用钛金属板饰面，中部为渐开式玻璃球形屋面主要采用钛金属板饰面，中部为渐开式玻璃幕墙幕墙建筑结构选型课件建筑结构选型课件n国家大剧院大事记国家大剧院大事记19581958年，周恩来总理提出建设国家大剧院，并批示，年，周恩来总理提出建设国家大剧院，并批示，地址地址“以在人民大会堂以西为好以在人民大会堂以西为好”，国家大剧院的，国家大剧院的建设被列入建设被列入“十大国庆工程十大国庆工程”。但由于受当时经济。但由于受当时经济条件限制，这一工程未能实施。条件限制，这一工程未

6、能实施。7070年代末，文化部曾重提兴建国家大剧院之事，仍年代末，文化部曾重提兴建国家大剧院之事，仍未实现。未实现。19901990年，文化部再次提出在原址上兴建国家大剧院年，文化部再次提出在原址上兴建国家大剧院，并成立了筹建办公室。，并成立了筹建办公室。19971997年年1010月，中央决定在人民大会堂西侧空地尽快月，中央决定在人民大会堂西侧空地尽快兴建国家大剧院。兴建国家大剧院。建筑结构选型课件19981998年年1 1月月8 8日，中央决定成立国家大剧院建设领导日，中央决定成立国家大剧院建设领导小组和国家大剧院业主委员会。确定建设规模小组和国家大剧院业主委员会。确定建设规模1212万万

7、平方米，建设内容为平方米，建设内容为4 4个剧场，建筑设计方案采取邀个剧场，建筑设计方案采取邀请方式为主进行国际招标，用请方式为主进行国际招标，用4 4年左右时间建成。估年左右时间建成。估算，国家大剧院约需投资算，国家大剧院约需投资25.525.5亿元，外汇额度亿元，外汇额度1 1亿美亿美元，其来源将主要是国家财政拨款。元，其来源将主要是国家财政拨款。19981998年年4 4月，公开进行建筑设计国际招标。共收到月，公开进行建筑设计国际招标。共收到6969个方案，国内个方案，国内3232个（包括香港特别行政区），国外个（包括香港特别行政区），国外3737个。个。在此后一年零在此后一年零4 4个

8、月的时间里经过两轮竞赛三次修改，个月的时间里经过两轮竞赛三次修改，多次评选和论证，最后选中法国人保罗多次评选和论证，最后选中法国人保罗安德鲁的方安德鲁的方案。案。建筑结构选型课件20002000年年4 4月，工程动工。月，工程动工。建筑结构选型课件国家大剧院面临五大技术难题国家大剧院面临五大技术难题难题一：如何让人民大会堂不受施工影响？难题一：如何让人民大会堂不受施工影响？地下水地下水国家大剧院地基很深，一般要打到地下26米左右，最深处达32米 建筑结构选型课件n难题二：突发事件时难题二：突发事件时7000观众如何安全撤离？观众如何安全撤离？ 建筑结构选型课件n难题三：难题三：“大蛋壳大蛋壳”

9、屋顶如何制作？屋顶如何制作？n国家大剧院国家大剧院“蛋壳蛋壳”形的屋顶最大跨形的屋顶最大跨度达度达212212米，跨度之大，世界罕见。其米，跨度之大，世界罕见。其内部骨架由钢结构焊接而成，外部面层内部骨架由钢结构焊接而成，外部面层则大量采用了钛金属板这种主要用于制则大量采用了钛金属板这种主要用于制造飞机等航空器的金属材料，因为钛金造飞机等航空器的金属材料，因为钛金属板强度大，耐腐蚀，而且色泽好，既属板强度大，耐腐蚀，而且色泽好，既薄且轻，所以整个薄且轻，所以整个“蛋壳蛋壳”外层大约由外层大约由1 1万多块共达万多块共达3 3万平方米的钛金属板和万平方米的钛金属板和60006000多平方米的玻璃

10、板拼装而成。多平方米的玻璃板拼装而成。变形和防水问题变形和防水问题建筑结构选型课件n难题四：露天水池如何一年四季难题四：露天水池如何一年四季“春水荡漾春水荡漾”？控制水池水温建筑结构选型课件n难题五：国家大剧院如何不当水上漂？难题五：国家大剧院如何不当水上漂？n确保整个国家大剧院的重量大于地下水的浮力确保整个国家大剧院的重量大于地下水的浮力n其他：清洗和密封问题其他：清洗和密封问题建筑结构选型课件国家体育馆国家体育馆建筑结构选型课件建筑结构选型课件建筑结构选型课件北京院的方案：采用“龙生于水”、“投玉入波”的理念，将整个建筑设计为一个融入环境的透明体。屋顶采用浮空开启的独特方式，创造性地利用2

11、0个氦气囊构成浮空屋面，并且可以在奥运会开闭幕式等重大仪式上造成震撼人心的戏剧效果。 建筑结构选型课件n一位国外评委对国家体育场的推荐方案赞叹不已：一位国外评委对国家体育场的推荐方案赞叹不已：“这确实是一个新的殿堂，她营造了一种情感，那就这确实是一个新的殿堂，她营造了一种情感，那就是家的情感！是家的情感！”一位中国记者走出会场后，却迫不及一位中国记者走出会场后，却迫不及待地给朋友发出短信：竞赛结果惨不忍睹！北京又成待地给朋友发出短信：竞赛结果惨不忍睹！北京又成了外国建筑师的试验场。了外国建筑师的试验场。n面对最昂贵的面对最昂贵的“鸟笼鸟笼”建筑结构选型课件n平面网架平面网架(平板网架平板网架

12、)n空间结构（双层）空间结构（双层）n结构布置合理结构布置合理n经济效果好经济效果好建筑结构选型课件n两向正交正放网架两向正交正放网架n适合接近正适合接近正方形建筑平面方形建筑平面（空间作用）（空间作用）n几何可变几何可变（斜向支撑）（斜向支撑）适宜中等跨度适宜中等跨度3060m3060m第三节 网架的结构形式建筑结构选型课件n两向正交斜放网架两向正交斜放网架建筑结构选型课件北京国际俱乐部网球馆采用的网架结构型式北京国际俱乐部网球馆采用的网架结构型式建筑结构选型课件n三向交叉网架三向交叉网架n结构空间刚度好结构空间刚度好n构件内力均匀构件内力均匀n节点连接复杂节点连接复杂建筑结构选型课件n扇形

13、平面扇形平面n八角形平面八角形平面n（上海文化广场）（上海文化广场）n（江苏体育馆）（江苏体育馆）建筑结构选型课件上海体育馆上海体育馆n直径直径110mn用钢量用钢量46.8kg/m2圆形平面圆形平面建筑结构选型课件n锥体网架锥体网架棋盘形四棋盘形四角锥角锥四角锥四角锥建筑结构选型课件倒四角锥倒四角锥正四角锥正四角锥建筑结构选型课件正放四角锥正放四角锥斜放四角锥斜放四角锥建筑结构选型课件三角锥三角锥建筑结构选型课件建筑结构选型课件n跳格三角锥跳格三角锥建筑结构选型课件六角锥六角锥节点复杂，一般不采用节点复杂，一般不采用建筑结构选型课件第五节 平面网架受力分析建筑结构选型课件第六节 网架杆件与节

14、点n杆件可用杆件可用n钢管（受力合理，节省钢钢管（受力合理，节省钢材材)n角钢（在小跨度简单型式角钢（在小跨度简单型式使用）使用）建筑结构选型课件n网架的结点网架的结点n角钢杆件多用钢板连接，焊接或螺栓连接角钢杆件多用钢板连接，焊接或螺栓连接n钢管杆件连接宜采用钢球连接（构造简单，连接钢管杆件连接宜采用钢球连接（构造简单，连接方便，用钢量少，美观）方便，用钢量少，美观）分空心和实分空心和实心两种钢球心两种钢球建筑结构选型课件第七节 网架的支承方式n周边柱直接支承周边柱直接支承适合大跨度和中等跨度适合大跨度和中等跨度n周边支承于圈梁，圈周边支承于圈梁，圈梁支撑于柱梁支撑于柱适于中小跨度网架适于中

15、小跨度网架建筑结构选型课件n四点支承或多点支撑四点支承或多点支撑适于大柱距的厂房或仓库适于大柱距的厂房或仓库建筑结构选型课件n三边支承三边支承飞机库或飞机修理及装配车间常常采用飞机库或飞机修理及装配车间常常采用需在自由边设需在自由边设置边梁或桁架置边梁或桁架梁梁建筑结构选型课件第八节 网架的屋面材料与屋面坡度n一般采用轻质屋面材料一般采用轻质屋面材料n坡度一般为坡度一般为%建筑结构选型课件结构选型结构设计结构选型结构设计n讨论讨论建筑结构选型课件“鸟巢”方案展现了一个新颖、独特、庞大的异型钢结构建筑物，该方案预计消耗8万吨各类钢材，最长的一条钢梁达300米，平均钢梁长度将在50至180米之间，

16、巨型体育场的形象完美纯真，外观即结构，犹如树枝织成的鸟巢，其灰色矿质般的钢网以透明的膜材料覆盖，其中包含着一个土红色的碗状体育场看台。国家体育场在奥运会比赛时将容纳10万名观众，建成后将有望成为世界上最大的可开启屋顶的体育场。建筑结构选型课件钢结构建筑案例建筑结构选型课件法国巴黎蓬皮杜艺术与文化中心，建于法国巴黎蓬皮杜艺术与文化中心，建于1977年年n英国建筑师罗杰斯英国建筑师罗杰斯建筑结构选型课件n这是一座艺这是一座艺术与文化中术与文化中心，包括图心，包括图书馆，现代书馆，现代艺术博物馆，艺术博物馆，工艺美术中工艺美术中心等。主体心等。主体为为6层的钢结层的钢结构建筑，长构建筑，长166米，

17、宽米，宽60米。米。建筑结构选型课件与一般建筑不同的是，它的钢柱、钢梁、木桁架等结构构件都裸露在建筑物的表面，甚至运货电梯电缆，上下水管也置于临街立面并漆成大红大绿的颜色，设计者突破常规的一种建筑观念是：现代建筑应该是利用现代手段造成的一种框架、一种装置或一个容器，让人们在其中方便灵活地进行各种活动。是高技派建筑风格的代表作。 建筑结构选型课件建筑结构选型课件n设计者是英国建筑师罗杰斯设计者是英国建筑师罗杰斯看他的另一部作品看他的另一部作品建筑结构选型课件伦敦劳埃德大厦，伦敦劳埃德大厦，1986年年建成，位于伦敦金融区。建成，位于伦敦金融区。长方形的主体中间是很高长方形的主体中间是很高的大厅，

18、四周是大玻璃墙，的大厅，四周是大玻璃墙，周围有六个塔楼，其中安周围有六个塔楼，其中安置步梯，电梯和各种管线，置步梯，电梯和各种管线，主体的办公间没有固定的主体的办公间没有固定的隔断，可以灵活使用。大隔断，可以灵活使用。大楼一部分为楼一部分为12层，一部分层，一部分为为6层，层，看起来象复杂的工看起来象复杂的工业建筑业建筑。建筑结构选型课件建筑结构选型课件n和同属于高技派的建筑汇丰银行和同属于高技派的建筑汇丰银行大厦大厦”比较比较建筑结构选型课件第十一章第十一章 索索膜结构膜结构建筑结构选型课件建筑结构选型课件 1917年有一位名为兰彻年有一位名为兰彻斯特（斯特（Federick W. Lanc

19、hester)的美国人建议利的美国人建议利用新发明的电力鼓风机将膜用新发明的电力鼓风机将膜布吹胀布吹胀,作野战医院。像许作野战医院。像许多专利申请案一样，这只是多专利申请案一样，这只是一种构思，而没有真正正成一种构思，而没有真正正成为使用的产品。美国军方做为使用的产品。美国军方做了一个直径了一个直径15m圆形充气的圆形充气的雷达罩（雷达罩（Radome),可以保可以保护雷达不受气候侵袭护雷达不受气候侵袭,又可又可让电波无阻的通过，从而使让电波无阻的通过，从而使相隔了相隔了19年的专利付诸实用。年的专利付诸实用。建筑结构选型课件1960年间，德国斯图加特大学的井赖.奥托先生（Frei Otto）

20、,先后于1962和1965年发表了研究膜结构的成果，并同帐篷制造厂商合作，做了一些帐篷帐篷式膜结构和钢索结构式膜结构和钢索结构，其中最受人注目的是1967年年在蒙特利尔博览会的西德在蒙特利尔博览会的西德馆馆，其后在欧洲，尤其是德国，可以说是开了膜结构商业化的先河。1968年，美国纽约的建筑师布罗（Davis Brody)和哥伦比亚的大卫.盖格教授合力争取到了日本大阪世界博览日本大阪世界博览会美国馆的设计权会美国馆的设计权。 建筑结构选型课件 目前，在世界许多国家，索膜建筑无论在工程界还是在科研领域都处于热潮中。索膜建筑功能的多样化和使用领域的不断扩展，结构跨度或高度不断增大，使索膜结构体系成为

21、标志性建筑。由于材料科学的迅速发展，新的优质的建筑膜材不断出现，再加上膜结构特有的柔顺的曲面、广阔的空间、半透明的室内环境，使得膜结构具有广阔的发展前景，将是世纪空间结构发展的主流将是世纪空间结构发展的主流。膜结构的突出特点就是它形状的多样性，曲面存在着无限的可能性。以索或骨架支承的膜结构，其曲面就可以随着建筑师的想象力而任意变化。在我国，膜结构的开发与研究还刚刚起步，经国内外专家大力推广，目前已在武汉、义乌、青岛、广州等体育场及深圳高交会等有影响的城市建设项目中都使用了膜结构建筑，相信经过近年国内建筑技术的不断提高，膜结构建筑将会得到大量的推广应用 建筑结构选型课件1. 概念：概念：索索膜结

22、膜结构是用薄构是用薄膜材料和膜材料和钢索共同钢索共同形成的结形成的结构。构。广东九运广东九运会主场会主场建筑结构选型课件2. 主要类型 气承式索膜结构在薄膜覆盖的空间内充气，利用内外气差来承受荷载，并与钢索共同形成结构。建筑结构选型课件 张拉张拉式索式索膜膜结构结构是将索或膜张紧是将索或膜张紧在刚性或柔性边在刚性或柔性边缘构件上，或通缘构件上，或通过特殊构造的悬过特殊构造的悬挂或支承在若干挂或支承在若干独立支点上，通独立支点上，通过张拉建立预应过张拉建立预应力，并获得确定力，并获得确定的形状。的形状。1971年建成的德国慕尼黑奥林匹克体育中心。屋年建成的德国慕尼黑奥林匹克体育中心。屋盖属于蓬索

23、式张力结构，屋盖由盖属于蓬索式张力结构，屋盖由12根根48m80m高、高、直径为直径为1.93.5m粗的巨大钢管桅杆和粗的巨大钢管桅杆和45根根34m高的高的小桅杆连续拉着一系列的小桅杆连续拉着一系列的“帐篷帐篷”而构成。而构成。“帐帐篷篷”按按75*75cm的网格组成的索网纲缆，上面镶的网格组成的索网纲缆，上面镶嵌着丙烯塑料玻璃，总重嵌着丙烯塑料玻璃，总重3400T,覆盖面积为覆盖面积为74800平方米。平方米。建筑结构选型课件建筑结构选型课件建筑结构选型课件1970年建成的日本大阪万国博览会美国馆采用气承式膜结构（临年建成的日本大阪万国博览会美国馆采用气承式膜结构（临时建筑）是第一个现代意义的大跨度膜结构。同时参展的富士馆时建筑）是第一个现代意义的大跨度膜结构。同时参展的富士馆采用了气肋式膜结构。采用了气肋式膜结构。建筑结构选型课件1988年建成的日本东京后乐园棒球场屋盖是钢索与气承膜组成的索膜结构。该建筑是日本最大的室内体育场，地下两层，地上6层，屋盖直径201m.屋盖用双层聚四氟乙烯玻璃纤维布制成，外膜厚0.8mm，内膜厚0.35m