建筑设计课件结构与建筑的关系

第一节结构与建筑的关系概述第九章结构与建筑的关系

建筑设计与结构设计是整个建筑设计过程中的两个最重要的环节，对整个建筑物的外观效果、结构稳定起着至关重要的作用，而二者之间又存在着相互协调、互相制约的关系、结构体系的分类：按施工工艺分：现场建造（现浇式钢筋混凝土结构）预制装配（装配式钢筋混凝土结构）现场建造—预制装配按主要承重材料分：土结构、木结构、石结构、砖砌体结构、钢筋混凝土结构、钢结构。按承重方式的不同分：墙体承重、骨架承重和空间结构。9.2墙体承重体系

结构与建筑的关系

第二节墙体承重体系

墙体承重体系—一般是指由承重墙体和梁板组成并共同受力的结构体系。

1、生土（墙）建筑

1）结构特征、优缺点和适用范围采用土质材料承重的传统民居一般称为生土建筑。特点：就地取材、易于施工、便于自建、造价低廉、冬暖夏凉、节约能源、耗水量小，有利于生态平衡，不产生工业废料，不释放有毒有害物质，隔声减噪，建筑与自然环境融为一体。缺点：材料强度低，结构整体性弱，抗震能力差。

2、生土（墙）建筑的结构形式窑洞、土筑建筑、掩土（体）建筑平立面布置上要求均匀、简单、对称、规则。

2、砌体结构

1）结构特征、优缺点和适用范围由块体和砂浆砌筑而成的墙、柱作为建筑物主要受力构件的结构，称为砌体结构。石砌体、砖砌体、砌块砌体。优点：耐火性好，化学稳定性和大气稳定性好，易于就地取材，节约钢材、水泥和木材，隔热、隔声性能好，墙体既是承重构件，同时又起围护和分隔室内外的作用，构造简单、造价较低。缺点：抗拉、弯、剪及抗震性能差，材料用量多，结构自重大，砌筑工作强度大，施工进度慢，房间尺寸受约束，空间大小和形状受限制，房间组合不灵活，开窗受限制。

2）砌体结构的形式横墙承重、纵墙承重和纵横墙混合承重。横墙：沿建筑物短轴方向布置的墙。纵墙：沿建筑物长轴方向布置的墙。9.2墙体承重体系

结构与建筑的关系

某纵横墙混合承重的混合结构办公楼平面图某横墙承重的混合结构宿舍平面图某混合结构多层住宅平面某混合结构独立式住宅墙多变化横墙承重的方式在纵方向可以获得较大的开窗面积，易得到较好的采光条件，但平面较呆板

纵墙承重的方式可减少横墙的数量，对开放室内空间有一定的好处，但其整体刚度往往不如横墙承重的方案好，纵向开窗面积也受到限制，所以在高烈度地震区应慎重对待

纵、横墙混合承重的方案除应有一定数量的纵墙及横墙拉齐以加强建筑物的刚度、满足抗震的要求外，其墙体的布置相对较为自由，在平面组合方面可获得交通组织的方便并能够形成较好的采光和通风的条件，尤其适用于民用住宅砌体墙承重

1、木构架结构檩式、屋架式、人字叉手构架、抬梁式构架、穿斗式构架、密肋平顶式、干栏式和井干式。9.3骨架承重体系

结构与建筑的关系

2、框架结构梁板柱构成建筑物的骨架，传递和支撑建筑物的全部荷载。框架结构建筑的特点：由于墙体不用承重，故可以创造开敞的空间，且作为围护分隔的墙体可以根据各个楼层的不同需要设置，无需上下对齐。

1）结构特征和适用范围水平荷载下，其结构承载力低、刚度小、水平位移大，称柔性结构体系。不宜在地震烈度较高地区采用，10层左右住宅楼及办公楼、教学楼等。

2）柱网布置柱网布置满足使用要求，结构布置合理、受力明确直接、施工方便，在进行综合经济、技术比较后，选择合适的柱网。按纵向柱列的多少分：单排、双排、三排、四排及多排柱。9.3骨架承重体系

结构与建筑的关系

某框架结构档案馆平面图(a)二层平面(b)一层平面某饭店建筑框架呈扇形排列某银行建筑框架成角度交叉排列柱网需要有对位关系，平面不宜转折过多，对于建筑布局的灵活性的意义主要还是体现在那些内部需要较多的大空间

一层平面二层平面框架结构支承系统

3、剪力墙结构

1）结构特征及适用范围是指其竖向承重结构全部由一系列横向和纵向的钢筋混凝土剪力墙所组成，这种结构侧向刚度大、位移小，又称刚性结构体系。通常横向布置，间距小，约为3~6m，平面布置不够灵活，仅适用于小开间的高层住宅、旅馆、办公楼。一般控制在35层，总高100m以内，非地震区可适当放宽。

2）结构布置一般横墙短而数量多，纵墙长而数量少。9.3骨架承重体系

结构与建筑的关系

现浇钢筋混凝土剪力墙体系的高层住宅楼

某剪力墙体系高层住宅平面

某短肢剪力墙体系高层住宅平面短肢剪力墙的体系较之长肢的剪力墙体系更能够增加建筑空间在使用过程中变动的可能性

4、框架—剪力墙结构

1）结构特征及适用范围在框架结构中适当布置能抵抗水平推力的墙体，并使框架柱、楼板有可靠连接而形成的结构体系。框剪结构既有框架结构布置灵活的特点，又能承受水平推力，是常用的结构形式。一般适用于25层以下，总高90m以内。

2）结构布置关键是如何布置剪力墙的位置，达到既满足建筑使用空间要求，又使剪力墙能承受大部分水平推力。9.3骨架承重体系

结构与建筑的关系

某框剪体系高层旅馆平面

某框筒体系高层办公楼平面

5、筒体结构

1）结构特征及适用范围筒体结构是指一个或几个筒体作为竖向结构，并以各层楼板将井筒四壁相互连接起来，形成一个空间构架的高层房屋结构体系。筒体结构比单片框架或剪力墙的空间刚度大的多，不仅能承受竖向荷载，而且能承受很大的水平荷载。筒体结构构成的内部空间较大，建筑平面布局灵活。适用于超高层建筑，尤其在地震区更能显示其优越性。

2）筒体结构类型实腹筒：用钢筋混凝土剪力墙围成的筒体结构，又称墙式筒体。框筒（空腹筒）：由布置在房屋四周的密排柱与高跨比很大的窗裙梁形成的密柱梁框架围成的筒体。依据筒体的数目和布置方式分为：框筒结构、筒中筒结构、成束筒结构。9.3骨架承重体系

结构与建筑的关系

某船厂技术中心楼外框在垂直方向有变化某框筒结构办公楼核心筒跟随建筑外形作变化美国芝加哥西尔斯大厦的束筒框架结构布置及体型变化

6、框架—筒体结构

1）结构特征、优缺点和适用范围由若干个框架与筒体共同组成的结构体系。筒体主要承担水平荷载，框架主要承担竖向荷载。优点：建筑平面布置灵活，便于设置大房间，又具有较大的侧向刚度和水平承载力。

2）框筒结构和框架—筒体结构的区别框筒结构式纯筒体的一种结构类型。如内部设柱子，称外筒内框架结构。框架—筒体结构的受力与变形特点以及协同工作原理与框—剪结构类似，也称内筒外框架结构。

9.3骨架承重体系

结构与建筑的关系

7、板柱结构由楼板（屋面板）、柱等构件组成、承受竖向及水平荷载的空间结构体系，称为板柱结构，又称无梁楼盖。板底平整，可降低层高，且内部空间分隔不受梁的影响。适用于使用荷载合适的商场、图书馆、仓储、多层轻型厂房等。9.3骨架承重体系

结构与建筑的关系

某现浇板柱体系档案馆剖面图某装配式板柱体系办公楼平面及施工工艺示意(a)某装配式板柱体系办公楼建筑方案(b)某装配式板柱体系办公楼施工方案伞状结构的无梁楼盖

8、钢（框架）结构

1）普通钢结构结构特征、优缺点和适用范围：钢结构的连接方式。

2）薄壁型钢结构

1.5～5mm的薄钢板，用钢量可节省25％。

3）轻型钢结构主要由圆钢或小角钢（L45X4或L56X36X4）组成的钢结构。主要用于跨度L18m、吊车起重量Q5t的A3~A6级且无高温、高湿和侵蚀环境的厂房以及一些采用轻型屋面材料的或临时建筑的屋盖结构中。9.3骨架承重体系

结构与建筑的关系

钢制刚架结构的飞机库

钢制刚架结构的玻璃暖房

9、拱结构

1）结构特征、优缺点、和适用范围拱是古代大跨度建筑的主要形式。主要内力为轴向压力，且应力分布均匀，结构材料选用抗压性能好的材料。砖石、钢砼、钢桁架（跨度可达百米以上）。常用来建造商场、展览馆、体育馆、散装仓库等建筑。

2）拱的形式按组成和支座方式不同分为三铰拱、两铰拱和无铰拱。

9.3骨架承重体系

结构与建筑的关系

拱券在早期建筑中的应用拱券结构的住宅室内拱在体育建筑及展示空间中的应用

10、刚架结构

1）结构特征、优缺点和适用范围刚架是横梁和柱以整体连接方式构成的一种门形结构。刚架结构比屋架和柱组成的排架结构轻巧，可以节省钢材和水泥。刚架结构受力合理，轻巧美观，能跨越较大的跨度，制作方便。一般用于体育馆、礼堂、食堂、菜场等大空间民用建筑。

2）刚架结构的形式按组成和构造方式方式不同分为无铰刚架、两铰刚架和三铰刚架。

9.3骨架承重体系

结构与建筑的关系

11、桁架结构

1）结构特征、优缺点和适用范围桁架是由杆件组成的一种格构式结构体系，杆件与杆件的结合假定为铰接，在外力作用下，杆件内力为轴向力（拉力或压力），且分布均匀，故桁架结构比梁结构受力合理。一般用于体育馆、影剧院、展览馆、食堂、菜场、商场等公共建筑。

2）桁架结构的形式按材料分：木、钢、钢砼桁架。按构造形式分：三角形、梯形、拱形、无斜腹杆件和三铰拱式。

12、排架结构由屋架（或屋面梁）、柱、基础等组成，柱顶与屋架为铰接，柱底与基础顶面为固接。多用于单层工业厂房。9.3骨架承重体系

结构与建筑的关系

排架结构——某单层厂房室内国家体育场——“鸟巣”投资约35亿，建筑面积：25.8万平方米国家体育场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258,000m2。场内观众坐席约为91000个，其中临时坐席约11000个。将举行奥运会、残奥会开闭幕式、田径比赛及足球比赛决赛。奥运会后将成为北京市民广泛参与体育活动及享受体育娱乐的大型专业场所，并成为具有地标性的体育建筑和奥运遗产。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。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,钢结构总用钢量为4.2万吨，混凝土看台分为上、中、下三层，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。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。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。

13、悬挑结构

1）结构特征、优缺点和适用范围将梁、板、桁架等构件从支座处向外作远距离延伸，构成一种无视线阻隔的空间。常用作体育场的看台挑蓬、火车站和航空港的月台雨蓬、影剧院和体育馆的楼座挑台等。

2）悬挑结构的形式悬挑长度不大时，用梁板，较远时，用桁架、折板、薄壳、网架等结构。

9.3骨架承重体系

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第四节空间结构体系

空间结构支承系统——各向受力，可以较为充分地发挥材料的性能，因而结构自重小，是覆盖大型空间的理想结构形式。各种空间结构类型比起其它平面类型的结构形式来，除了在发挥材料性能、减少结构自重、增加覆盖面积方面的优势外，其形状的富于变化以及支座形式的灵活选用及灵活布置，对建筑空间以及建筑形态的构成无疑都有着积极的意义。空间结构支承系统不但适用于各种民用和工业建筑的单体，而且可以应用于建筑物的局部，特别是建筑物体型变化的关节点、各部分交接的连接处以及局部需要大空间的地方。这些部分要么是垂直承重构件的布置需兼顾被连接部分的结构特征，或者需要局部减少垂直构件的数量以得到较大的使用空间；要么是在建筑方面需要形成较为活跃的元素，希望能够在这个位置上有较为活泼的建筑体型。有网架结构、折板结构、薄壳结构、悬索结构、帐蓬薄膜结构、充气结构等。

9.4空间结构体系

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1、网架结构

1）结构特征、优缺点和适用范围网架是一种由很多杆件以一定规律组成的网状结构。优点有五种。适用于多种平面形状，如圆形、方形、三角形、多边形等各种平面的建筑。

2）网架结构形式按外形分为：平板网架和曲面网架。按建造材料分为：钢网架、木网架、钢砼网架。按构造分为：单层和双层。9.4空间结构体系

结构与建筑的关系

网壳与主体结构脱开，自成体系地作为围护结构而存在网壳相当于格构化的薄壳，但由钢杆件组成的网壳一般比混凝土薄壳的自重要小得多，除了用作大空间的顶盖外，还可以整体化地围合空间

由网架结构覆盖的音乐厅由网架结构覆盖的交通空间空间网架在建筑物入口处的运用曲面网架的大型展示空间及运动馆

2、折板结构折板结构是以一定倾斜角度整体相连的一种薄板体系。通常用钢砼建造，也可用钢丝网水泥建造。折板结构由折板和横隔构件组成。具有良好的力学性能，结构厚度薄，省材料，省模板，可预制装配，构造简单。可用于建造大跨度屋顶，也可用作外墙。9.4空间结构体系

结构与建筑的关系

折板成角度铺设用作建筑物的屋面折板水平铺设用作建筑物的屋面

折板作为支承某体育馆屋顶的垂直构件(a)立面(b)剖面

3、薄壳结构

1）结构特征、优缺点和适用范围薄壳结构是用混凝土、塑料等刚性材料以各种曲面形式构成的，呈空间受力状态，主要承受曲面内的轴向力，而弯矩和扭矩很小，砼强度能得到充分的利用。优点：自重轻、省材料、跨度大、外形多样。缺点：费工、费时、费模板，且结构计算较复杂，不宜承受集中荷载。

2）薄壳结构形式有筒壳、圆顶壳、双曲扁壳、鞍形壳四种。9.4空间结构体系

结构与建筑的关系

罗马小体育宫圆形网状扁球壳屋顶折板薄壳结构建筑

4、悬索结构悬索结构由索网、边缘构件和下部支撑结构三部分组成。只承受轴向拉力，无弯矩也无剪力。根据不同的建筑形式要求，边缘构件采用梁、桁架、拱等结构形式，它们必须有足够的刚度，以承受索网的拉力。悬索的下部支撑结构一般是受压体，常采用柱子。用高强钢丝做拉索，加上高强的边缘构件以及下部的支承构件，使结构自重极大地减小，而跨度大大增加。除稳定性相对较差外，是比较理想的大跨屋盖结构形式。对于建筑而言，由于拉索显示出柔韧的状态，使得结构形式轻巧且具有动感。9.4空间结构体系

结构与建筑的关系

悬索结构屋面覆盖的世博会展厅某展示厅（意大利）

5、帐篷薄膜结构帐篷薄膜结构是利用骨架、网索将各种现代薄膜材料绷紧形成建筑空间的一种结构。只能承受拉力，任何情况下必须保持受拉状态，否则会失去稳定。优点：轻巧柔软、透明度高、采光好、省材料、构造简单、安装快速、便于拆迁、外形千姿百态。缺点：抗风能力差。适用于各种建筑平面，主要用于临时性或半永久性建筑，如短期使用的博览会建筑、体育建筑、文娱演出建筑和进行其他活动的临时性建筑。由于这些构件灵活的布置形式以及膜本身轻柔的外表，在城市室外空间小品中也常应用。9.4空间结构体系

结构与建筑的关系

体育场张拉膜结构顶盖

可以想象把索网结构的索细化加密，直到交织成一张薄膜张拉膜结构的连廊张拉膜结构的展示空间

6、充气薄膜结构充气薄膜结构是利用薄膜材料治成气囊，充气后形成建筑空间，并承受外力。优点：有承重和围护功能，简化了建筑构造；充气后均匀受力，能充分发挥材料的力学