结构选型调研

建筑结构选型序言选型是一门综合性的科学问题，包括建筑艺术、结构、施工、设备、预算等多专业的密切配合。在建筑设计中，空间组合和建筑造型的主要环节是选择最佳结构方案，即结构选型。通过几周的课程学习，了解到建筑结构是建筑技术的组成内容，是保证房屋安全的重要手段。建筑结构的形式是为了满足建筑功能要求，为创造建筑的美而服务。建筑结构与建筑设计是两个既相互独立又紧密联系的专业工种。结构选型的六大原则：①适应建筑功能的要求;②满足建筑造型的需要;③充分发挥结构自身的优势;④考虑材料和施工的条件;⑤合理选用结构考虑经济因素。另外，课堂中特提到了一些重要的建筑结构类型，例如（1）墙体结构（以墙体作为支撑水平构件及承担水平力的结构）；（2）框架结构（由梁和柱刚性连接的骨架结构）；（3）框架－剪力墙（抗震墙）结构；（4）剪力墙结构（墙体既承担水平构件传来的竖向荷载，同时也承担风力和地震力传来的水平荷载）；（5）筒体结构（由剪力墙组成或密柱框筒组成）；（6）桁架结构；（7）拱形结构；（8）网架结构（以网架做屋盖）；（9）空间薄壁结构（包括薄壳、折板、幕式结构）；（10）钢索结构（悬索结构，以钢缆或钢拉杆为主要承重构件）本次将选择以上部分类型的结构着重分析，结合案例展示结构选型在实际工程中的指导意义。正文本次主要分析常见建筑所采用的建构选型，根据结构选型的原则结合实际案例加以分析。㈠悬挑结构悬挑结构无端部支撑构件、视野开阔、空间布置灵活，故常在体育场看台雨棚中应用。南京妇幼活动中心（自拍）南京奥体网球场南京妇幼活动中心（自拍）南京奥体网球场（自拍）工业大学体育馆外悬挂楼梯（自拍）①工业大学体育馆外悬挂楼梯：以一根粗大的柱子为核心，将梁和楼梯一端嵌入其中，靠其端部压重来平衡整个楼梯的自重。悬挑结构弯矩图特点：悬挑结构的固定端有较大的倾覆力矩。②悬挑结构弯矩图特点：悬挑结构的固定端有较大的倾覆力矩。③南京奥体网球场：主要结构是骨架为钢筋混凝土梁板为整体的斜撑的结构，以底部粗壮的混凝土柱子固定，靠左右自平衡顶部重量。④南京奥体网球场雨棚：主要结构是斜撑的钢架结构，顶部铺上曲形网架和玻璃形成雨棚。由于斜撑的角度过大，水平杆件的端部又加了一个细柱支撑，来平衡整个斜撑结构的稳定性。南京南京奥体网球场雨棚（自拍）⑤工业大学足球场看台：学校新建的看台拉索方式形成悬挑，提供遮阳避雨的休息场所。细部构造细部构造拉索各部分杆件组合形式工业大学足球场看台（自拍）

工业大学足球场看台（自拍）外部杆件(外部杆件(自拍)南京奥体奥体游泳馆（自拍）⑥奥体游泳馆：奥体游泳馆为了满足内部使用要求，跨度较大，所以采用了一般场馆常用的悬挑网架形式，靠两边柱子拉压平衡自重，形成一个扁圆的高大空间。总结分析：悬挑结构无端部的支撑构件，解放了空间，布局也更为灵活。运用在楼梯上，显得更加美观；用在雨棚设计上，方便停车；用在体育场馆中也显得轻盈，增加了更多空间使用的可能。符合充分发挥结构自身的优势，适应建筑功能和造型的结构选型的原则。㈡平板网架结构空间网架结构是由多根杆件根据建筑体型的要求，按照一定规律进行布置，通过节点连接起来的三维空间铰接杆系结构。具有结构整体刚度大、稳定性好，良好的抗震性能，平面布置灵活，占用空间小，使用方便，经济合理，造型多样，轻巧，大方等优点。①南京图书馆顶面：南京图书馆天井顶部采用的就是两向正交正放平板网架结构，跨度大，便于整个室内的采光。顶部看起来也显得轻盈剔透，给人带来一种愉悦心情，同时也使内部的交通空间更加灵活。南京图书馆顶面（自拍）

②南京奥体羽毛球馆：体育馆的顶部采用的也是是两向正交正放平板网架结构，虽然构造比较简单，但适用于羽毛球场这样正方形或接近正方形的矩形建筑平面南京图书馆顶面（自拍）其受力与混凝土楼盖体系中的井字梁体系类似。两个方向的桁架跨度相等或接近，才能共同受力发挥空间作用，其内部的跨度也是较大的。南京南京奥体羽毛球场馆（自拍）③首都机场机库：机场采用的结构是三层四角锥网架和栓焊钢桥相结合的结构，每层平面上由两个方向相互交叉成90°的桁架组成，另两个方向的桁架与其相应的建筑平面边线的交角为45°。首都机场机库（网络）这种做法不仅满足了经常所需要的大跨度空间，也能保证无盖结构的变形也不影响悬挂吊车和机库大门的正常运行，还能抗8度地震的防震首都机场机库（网络）④南京江心洲展览馆顶部：江心洲展览馆的顶部是采用三角锥网架结构形式，这种结构三角锥网架上下弦平面均为三角形网格，下弦三角形网格的顶点对着上弦三角形网格的形心。南京江心洲展览馆顶部（自拍）这种做法受力均匀，空间刚度大，适用像展览馆这样大中跨度及重屋面的建筑物。南京江心洲展览馆顶部（自拍）（三）网壳结构网壳结构：杆件按一定规律布置，通过节点连接而成的曲面状空间杆系结构。网壳结构，即为网状的壳体结构，或者说是曲面状的网架结构。其外形为壳，其构成为网格状，是格构化的壳体，也是壳形的网架。1.按层数分有单层网壳：适合中小跨度（≤40米）双层网壳：具有较高的稳定性和承载力，可有效利用空间，方便天花或吊顶构造。2.按曲面形式分单曲面：筒网壳（柱面壳）双曲面：球网壳／扭网壳南京奥体游泳馆（自拍）①南京奥体游泳馆：游泳馆外面的顶棚采用单层的三向网格型筒网壳。这种结构具有相对较好的刚度和稳定性，由于构件比较单一，设计及施工都比较简单，可用于跨度较大和不对称荷载较大的屋盖中，用在室外显得更外合理南京奥体游泳馆（自拍）上海科技馆（网络）②上海科技馆：在建筑物中轴线上有一由单层网壳和通透玻璃组成的椭圆球体大厅，是建筑设计中的重点。根据建筑使用功能的要求、网壳静力特性的要求及荷载传递方式的要求，网壳结构采用联方型与凯威特型相结合上海科技馆（网络）科技馆网壳结构主要依靠肋向杆件传递地震力，主要反映在肋向杆件地震轴力系数大于环向杆件；铝网壳的地震效应较钢网壳动力效应明显，所以在采用铝网壳时，不可因为其质量较轻而护士地震效应；与铰支、固支支承相比，在弹性支承条件下，钢、铝两种网壳结构体系的地震效应均大大减小。（四）悬索结构悬索结构由受拉索、边缘构件和下部支承构件所组成。拉索一般采用高强钢丝组成的钢铰线、钢丝绳或钢丝束；边缘构件和下部支承构件则常为钢筋混凝土结构。它是一个轴心受拉构件，既无弯矩也无剪力。主要有有单层悬索体系，双层悬索体系，交叉索网体系。工业大学足球场看台馆（自拍）①工业大学足球场看台：学校足球场的看台使用的就是膜结构与拉索结合的一种形式。它是由许多平行的单根拉索组成的单层悬索体系，通过拉锚传将力至基础。单曲面单层拉索体系的优点是传力明确，构造简单；缺点是屋面稳定性差，抗风（上吸力）能力小，索的水平拉力不能在上部结构实现自平衡。必须通过适当的工业大学足球场看台馆（自拍）南京南京江心洲夹江大桥（自拍）②南京江心洲夹江大桥：这种单层悬索的桥梁又称吊桥，通过索塔悬挂并锚固于两岸（或桥两端）的缆索（或钢链）作为上部结构主要承重构件的桥梁。其缆索几何形状由力的平衡条件决定，一般接近抛物线。从缆索垂下许多吊杆，把桥面吊住，在桥面和吊杆之间常设置加劲梁，同缆索形成组合体系，以减小活载所引起的挠度变形。悬索桥中最大的力是悬索中的张力和塔架中的压力。由于塔架基本上不受侧向的力，它的结构可以做得相当纤细，此外悬索对塔架还有一定的稳定作用。许多桥梁使用这种结构方式，适用范围以大跨度，及特大跨度公路桥为主，当今大跨度桥梁全采用此结构。是大跨径桥梁的主要形式。南京站（网络）③南京站：南京站主站房下部为混凝土结构,屋盖采用桅杆斜拉索悬挂结构用，18根桅杆支撑起横向钢梁，像一艘竖起桅杆、拉满风帆的巨型帆船停泊在美丽的玄武湖畔，既具有江南文化特色，又融合现代化气息。这种钢屋盖斜拉索结构与其它结构相比有以下优点：通过张拉拉索，在结构中建立有效、合理的预应力场，以平衡部分使用荷载，减少用钢量：为大跨度屋盖梁提供弹性支点，扩大了下部柱距：控制结构变形，提高结构的刚度；外形美观，使结构具有空间感。南京站（网络）（五）膜结构膜结构又叫张拉膜结构，膜结构建筑是21世纪最具代表性与充满前途的建筑形式。它打破了纯直线建筑风格的模式，使建筑外观雅致飘逸，空间开阔灵秀、结构轻盈、透光阻燃、经久自洁、安装快捷、节能降耗、造价适中．维修简便。膜结构车棚是由多种高强薄膜材料及加强构件（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，作为覆盖结构，并能承受一定的外荷载作用的一种空间结构形式。常见结构：充气膜结构，支承膜结构，特点：采用高强薄膜材料、加强构件（钢架、柱或索），内部产生一定的预应力，形成某种空间形状作为覆盖结构，并能承受一定的外荷载作用结构形式。膜结构的主要缺点是耐久性较差。最近几年，由于高强、防火、透光、耐久性好、性能稳定的膜材的出现和应用，膜结构的设计寿命可达到20年以上。①工业大学足球场看台：学校足球场的看台使用的就是膜结构与拉索结合的一种形式。从图上可以看出它属于柔性支承膜结构，通过拉索产生一定的预应力，从而形成帆状的空间形状作为覆盖结构，并能承受一定的外荷载作用结构形式。它是一种稳定性的悬挂构造，整体上达到简洁、明快、刚与柔、力与美的完美组合的效果，给人呈现以耳目一新的感觉。工业大学足球场看台（工业大学足球场看台（自拍）②国家水立方游泳馆：国家水立方的屋面和墙体维护结构是采用ETFE合成材料的气枕膜结构。国家水立方游泳馆（网络）气枕式是向封闭气枕内充入一定压力的气体,以形成具有一定刚度和形状的构件，在对抗压力方面，这种泡沫结构的承受力要比其它结构高出十几倍。因此，尽管使用很轻的ETFE材料，只要内部做成国家水立方游泳馆（网络）这种有规律的泡沫形状，就能承受巨大的外力作用。（六）高层建筑结构我们将超过一定层数或高度的建筑定为高层建筑。高层建筑结构特点⑴占地面积小、获得建筑面积多：对城市造成热岛效应或影响周边采光，玻璃幕墙可能造成光污染现象。⑵可提供更多空闲场地：可用作绿化，提供充足的日照、采光和通风效果。⑶结构设计中水平荷载起控制作用（风荷载和地震作用）⑷侧向位移须限制：层间位移过大，将导致承重构件或非承重构件损坏；⑸工程造价较高：竖向交通和防火要求导致。主要结构形式：钢筋混凝土体系包括：

框架结构、剪力墙结构框架－剪力墙结构、框筒结构、筒中筒结构

钢结构体系包括：

钢框架结构、钢框架－支撑结构、钢框架－砼剪力墙结构、钢框架－砼核心筒结构、框－筒结构、桁架－筒结构、筒中筒结构、束筒结构平面图（自拍）南京平面图（自拍）南京长发大厦（自拍）①南京长发大厦：该大厦位于大行宫新世纪广场一侧的办公楼，是典型的框架剪力墙结构。外侧是密集柱网接外挂式玻璃幕墙，内侧中心为剪力墙结构，也是整栋楼的交通核心。上图交代了该楼主要交通流线和主要功能区以及一些辅助空间。总体而言，大楼将办公区沿四边设为一圈，采光与视野良好，而整个交通和辅助功能空间以及朝向采光要求不高的空间设在中心，功能设置合理，简约实用。②上海环球金融中心：上海环球金融中心位于浦东新区陆家国际金融贸易中心区内，世界最高的平顶式大楼，楼高492米，地上101层。上海环球金融中心（网络）工程上部结构同时采用三重抗侧力结构体系：巨型框架——核心筒——外伸臂结构，这也是绝大部分的高层建筑所采用的结构体系。材料上采用混合结构形式：钢结构和钢筋混凝土结构混合。上海环球金融中心（网络）1.上部结构之——巨型框架巨型柱(主要结构柱)+巨型斜撑(主要斜撑)+周边带状桁架。巨型结构体系由位于建筑物各个角部的巨型柱、连接巨型柱之间的巨型斜撑以及传力周边带状桁架构成。巨型结构体系还承担了建筑物大部分的重力荷载。上海环球金融中心平面（网络）上海环球金融中心平面（网络）采用钢筋混凝土核心筒，79层以上为带混凝土端墙的钢支撑核心筒。由于受到建筑平面的限制,大楼的内核心筒在层57~61及层79进行了转换,层57~61核心筒的转换通过上部核心筒倒插三层的方式解决,同时对搭接部位楼层的楼板厚度进行了加强。3.上部结构之——外伸臂连系核心筒和巨型结构柱间的桁架结构称为外伸臂。外伸臂桁架体系，由巨型柱与混凝土核心筒角部之间三层楼高的连接桁架构成。由于建筑布局的限制,要使外伸桁架直接通过核心筒是不可行的。在设有伸臂桁架的楼层核心筒的剪力墙中埋置了一道环状圈桁架，以提