结构造型有学问课件

0建筑结构力学上海大学2014.31一、结构概述建筑物和构筑物中承受荷载、传递荷载起骨架作用的部分称为工程结构，简称为结构。2欧洲教堂一、结构概述3穹顶：罗马万神庙一、结构概述4巴塞罗那圣家族教堂一、结构概述5古建筑一、结构概述6古建筑一、结构概述7上海地标结构概述8房屋建筑：框架结构香港中国银行大厦，地上70层，高315m，建成时为香港最高、世界第五的建筑物。混凝土厂房框架一、结构概述9南京紫峰大厦，地上89层，建筑高度为450m。房屋建筑：框架——核心筒混合结构

一、结构概述10一、结构概述桥梁工程——拱桥赵州桥，约1400年，空腹式圆弧形石拱桥，净跨37m。钱塘江四桥，全长1376m，主桥跨径组合为2×190m+9×85m。11一、结构概述桥梁工程——悬索桥金门大桥（1937年）建于1900多米的金门海峡上总长度：2737m桥塔高度：342m12一、结构概述结构的选型原则：建筑功能安全可靠造价经济造型美观结构造型的选择称为结构选型。结构选型合理的基础：了解结构受力特点，发挥材料性能。13一、结构概述使用功能、结构效应、建筑艺术完美统一。

在原场馆上加上两根大型拱，再用钢缆拉起总面积超过10000㎡，总重量16000t的屋顶。有盖座位由35%增加至95%。传力路线清晰合理；造型简洁优雅；功能最大化满足。卡拉特拉瓦14一、结构概述创作理念：

建筑的美能够由力学的工程设计表达出来，大自然中的形态美同时也有惊人的力学效应。15一、结构概述法国里昂TGV车站

美国密尔沃基美术馆

卡拉特拉瓦作品16一、结构概述

结构力学的研究任务（1）研究结构的组成规律和合理形式；（2）研究结构内力、位移的计算方法，以保证结构强度、刚度和稳定性设计的科学性。17（二）结构分类按照结构的力学特点来分类1.梁——通常由水平方向的受弯杆组成二、结构的计算简图及分类18二、结构的计算简图及分类2.刚架——通常由受弯的梁、柱组成，常含有刚结点193.桁架——由拉压杆组成，仅结点受荷载二、结构的计算简图及分类204.拱——在竖向荷载下产生水平推力的曲杆结构二、结构的计算简图及分类其他还有板壳结构、索膜结构和组合结构21按照计算特性来分类静定结构：杆件的内力可由平衡条件唯一确定。二、结构的计算简图及分类超静定结构：杆件的内力不能由平衡条件唯一确定，必须同时考虑变形条件才能唯一确定。22结构力学中定量计算的方法主要有：计算静定结构内力的隔离体平衡法；计算结构位移的虚功法；计算超静定结构的力法和位移法；用计算机计算的方法——有限单元法。三、结构造型的学问：结构的力学分析结构的力学分析：定量的计算和定性的分析

23三、结构造型的学问：结构的力学分析1.简单构件块体间抗剪不足时，不能传递剪力柱传递水平荷载作用下的剪力以及弯矩M24三、结构造型的学问：结构的力学分析柱的弯矩和位移25三、结构造型的学问：结构的力学分析2.框架式空间结构四根独立的柱柱之间用连杆连接26三、结构造型的学问：结构的力学分析变成平面问题来讨论铰接刚性连接结论：刚性连接的位移仅为铰结的1/427框架结构的受力讨论三、结构造型的学问：结构的力学分析单跨与双跨单层与双层下一页28三、结构造型的学问：结构的力学分析返回单层单跨水平位移8.70cm单层双跨水平位移5.69cm结论：位移比值为１:0.65

29三、结构造型的学问：结构的力学分析

单层水平位移8.70cm双层水平位移2.58cm结论：位移比值为1:0.30

返回30三、结构造型的学问：结构的力学分析

单层单跨水平位移8.70cm双层双跨水平位移1.55cm结论：位移比值为1:0.18

返回31三、结构造型的学问：结构的力学分析

结论：增加框架结构刚度的方法有（1）加设更多或更刚的水平梁；（2）在框架内加设内柱；（3）增大边柱的尺寸。问题：加设内柱和增大边柱的尺寸哪一种效果更好？32加设内柱与增加柱刚度比较三、结构造型的学问：结构的力学分析加设两根内柱比较加设四根内柱比较下一页33三、结构造型的学问：结构的力学分析加设两根内柱水平位移4.22cm增加边柱的刚度水平位移1.40cm

结论：位移比值为１:0.33

返回34

加设四根内柱水平位移2.79cm增加柱的刚度水平位移0.60cm结论：位移比值为１:0.21

返回三、结构造型的学问：结构的力学分析35三、结构造型的学问：结构的力学分析

结论：增加边柱刚度效果显著！

对于超高型建筑物可以通过设置剪力墙、筒体结构的方法提高整体刚度和承载力。问题：筒体太薄会出现屈曲破坏!.......36三、结构造型的学问：结构的力学分析剪力墙筒体核心筒束筒

可以将框架和它们结合形成：框架——剪力墙、框架——筒体混合结构。南京紫峰大厦就是框架——核心筒混合结构。37三、结构造型的学问：结构的力学分析上弦杆受压上下弦杆轴力FN与力臂h形成力矩，所以剪力由腹杆承受。上下弦杆的轴力是中间大，两头小。3.桁架结构下弦杆受拉同跨简支梁的弯矩图38三、结构造型的学问：结构的力学分析

折线式桁架可调整折线形式使轴力均匀，受力合理。图示荷载，用抛物线屋架最合理，但施工最繁琐。平行弦桁架施工最简单，要综合考虑。3.桁架结构同跨简支梁的弯矩图39三、结构造型的学问：结构的力学分析4.拱结构拱的受力特点水平推力与拱高成反比（对地基作用大）(2)轴力为压力；(3)因推力的作用，拱的弯矩远小于简支梁；(4)调整拱轴线可减小拱的弯矩。同跨简支梁的弯矩图C40三、结构造型的学问：结构的力学分析合理拱轴线：只有轴力，无弯矩，无剪力均布荷载下，拱轴线取抛物线时，拱截面的弯矩和剪力全部为零。

5.索结构索的受力情况正好和拱相反C41三、结构造型的学问：结构的力学分析拱壳体42三、结构造型的学问：结构的力学分析为什么不用简支梁？6.梁式结构43三、结构造型的学问：结构的力学分析连续梁和简支梁的弯矩图比较：连续梁和简支梁比较：连续梁的最大弯矩和位移小于同跨度的简支梁。44三、结构造型的学问：结构的力学分析7.水工建筑——大坝三峡大坝（2006）:混凝土重力坝最大坝高181m；坝址处河谷宽阔，U形。二滩拱坝（1999）:混凝土拱坝坝高240m；坝址处河谷狭窄，V形。45三、结构造型的学问：结构的力学分析坝的主要荷载为水压力。重力坝依靠自身的重力维持平衡，坝体越高，混凝土用量越大。

问题：坝高181m，为什么不用拱坝？46拱坝三、结构造型的学问：结构的力学分析受力特点：拱坝在水荷载作用下产生很大的拱端推力，对两侧山体的坚固性要求较高，适合V型河谷。

拱坝体积小，造型优美47三、结构造型的学问：结构的力学分析实例分析：失事建筑2007年8月13日，湖南省凤凰县堤溪沱江大桥发生垮塌，64人死亡。

原因：1.拱产生水平推力，高桥墩应用钢筋混凝土。2.连拱桥桥墩两边拱的推力可以抵消，拆脚手架时要保持对称性。3.地基沉陷对无铰拱产生很大内力。4.主拱圈未达到设计强度就开始拆脚手架。48三、结构造型的学问：结构的力学分析美国明尼阿波利斯市大都会球场,巨大充气屋顶。2010年12月12日倒塌。原因：归咎于强风、低温和大雪负荷的组合。失事建筑49三、结构造型的学问：结构的力学分析争议建筑丹麦建筑师乌特松的得奖方案因结构选型与施工工艺两方面的失误，无法把原设计的壳体选型付之实现。开工后的第五年，不得不修改原设计，采用预制的预应力混凝土落地三铰拱。施工工期长达14年，于1973年建成，造价5000万英镑，是预算的14倍。

艺术造型违背结构选型所致50争议建筑造型新奇、大胆，因为扭曲的塔楼和大尺度的悬挑，使结构传力不合理，饱受争议。三、结构造型的学问：结构的力学分析51幕墙结构三、结构造型的学问：结构的力学分析52迪拜建筑三、结构造型的学问：结构的力学分析53迪拜建筑三、结构造型的学问：结构的力学分析54三、结构造型的学问：结构的力学分析

建筑杰作

香港中国银行大厦55三、结构造型的学问：结构的力学分析建筑杰作：美国雷里竞技馆两组曲率相反的拉索：承重索、稳定索边缘构件为两个落地交叉斜拱：斜拱承受索的拉力，拱底部的倒V型钢架传递拱的压力，下部的基础拉杆平衡水平分力。中间低两端高的形状，合理地利用建筑空间。马鞍形悬索结构56结构造型有学问建筑之美源于结构之美，结构之美源于力学之美！57南京紫峰大厦(381

m)在7度地震下大厦顶部位移近2.0m。迪拜“公主塔”全球最高住宅建筑107层，高413.4m。高层建筑在风载、地震作用下的振动结构抗震58

已建和开工建设的小湾、大岗山、二滩和溪洛渡等工程，都是300

m级高坝，坝址都位于高烈度地震区(>8度)，抗震安全成为工程设计的控制工况。大坝在地震作用下的振动结构抗震59分析工程对象，提炼力学模型。建立数学模型，通常是微分方程组或代数方程组。方程求解，解析解或数值解。1.2研究思路60

理论计算法试验量测法计算-试验混合法1.3研究方法61军队行军经过桥梁时，长官为什么会命令士兵“便步走”？1.4共振现象为了避免有节奏的行军导致桥梁产生共振。62-增大结构刚度和强度抵御地震作用。

地震时承重构件（梁,柱,节点）通过产生裂缝或破坏，实现消能，导致在强烈地震下工程结构由于关键承重构件的破坏而丧失承载力。截面增大质量增大地震荷载增大如何解决这一问题呢？2.1

地震灾害传统结构如何抵御地震作用？63什么是工程振动控制？能量原结构控制装置吸能响应减小控制装置2.2基本概念64

被动控制

附加控制装置使原结构动特性发生变化，受控结构的响应达到预期目标，控制过程不需能量。

主动控制

除附加控制装置外，还能外加能量，产生与振动反向的控制力，以衰减受控结构的响应。

混合控制

需部分输入能量，如：基底隔震与MR或TMD组合等。2.2基本概念65隔震支座多层钢板夹多层橡胶3.3控制形式663.3控制形式67调频质量阻尼器(TMD)

振动时附加质量产生反向的惯性力，并增加阻尼消耗能量，使受控结构的响应衰减。3.3控制形式68244m悉尼塔2个TMD3.3控制形式278mCiticorpBuilding，纽约

410吨混凝土块和两个弹簧阻尼器组成的TMD安装在63层。日本千叶港观光塔125m69阿联酋迪拜海上人工岛上的七星级酒店

阿拉伯之塔12个TMD3.3控制形式321m70主动质量阻尼系统(AMD)3.3控制形式71296m京桥成和大厦(1989)Yo