大跨度建筑的结构类型及造型

大跨度建筑的结构类型及造型谭梦琪060507012007301400大跨度建筑基本情况大跨度建筑：跨度>30M大跨度结构（《钢结构规范》）：跨度>60M主要应用：（公用）影剧院、体育场馆、展览会议场所、航空港等；（工业）装配车间、飞机库、大跨厂房等古老的大跨度建筑发展技术落后，巨大的斗兽场无法做出覆盖，只能做成露天的雄伟广场古老的穹窿结构三角拱石梁肋拱筒拱交叉拱古代拱的发展肋拱的极致运用拱结构的受力原理拱：外力作用下内弯矩值小，主要为轴向压力，且分布均匀现代拱的形式分类，运用两铰拱、无铰拱，超静定结构；三铰拱，静定结构材料：铸铁、钢筋混凝土等材料的运用，一改古老石材的笨重Q：现代技术中拱结构的优缺点？A:充分利用抗压材料特性，比梁结构减小结构断面尺寸D:支座处产生水平推力，必须设宽厚坚固的拱脚支座Q:解决支支座推推力的的方法法1、拱脚支座处，设水平拉杆，平衡推力，减小墙、柱断面尺寸2、由框架结构抵抗水平推力，保证框架刚度，连接牢固由基础础直接接承受受的方方式仅在推推力不不大，，地质质条件件较好好时！！！北京体育学院田径房落地拱暴露出来，以强烈的结构自身韵律美化室内环境，利用高侧窗采光。刚架刚架：：横梁梁和柱柱整体体连接接，构构成一一种门门式结结构外加荷荷载下下，结结构产产生微微小形形变，，产生生相应应的内内应力力。如柱对对梁的的约束束力，，使梁梁有恢恢复原原来形形状的的趋势势，从从而减减小梁梁中弯弯矩。。简支梁梁与刚刚架的的弯矩矩内力力比较较可根据据弯矩矩分布布情况况设计计截面面大小小——弯矩大大的部部位截截面大大，可可充分分发挥挥材料料潜力力！刚架的的分类类形式式建筑造造型实实例该游泳泳馆采采用不不对称称钢筋筋混凝凝土刚刚架结结构，，利用用结构构下部部空间间布置置跳水水台，，部分分刚架架暴露露，部部分吊吊顶。。门式刚刚架结结构大跨度度，多多跨间间的工工业厂厂房们们，采采用门门式刚刚架，，轻巧巧，安安装方方便，，节约约。桁架结结构桁架：：由各各个杆杆件铰铰结组组成的的一种种格构构式结结构,多作屋屋顶承承重结结构。。材料强强度充充分利利用，，省材材料，，自重重减轻轻，常常用木木材、、钢材材、钢钢筋混混凝土土建造造。桁架结构梁柱框架杆件间铰结钢筋混凝土现浇杆件内轴向内力，拉或压主要为弯矩应力分布均匀不均匀桁架的类型型上：三角形形、梯形、、拱形、无无斜腹杆拱拱形左：三铰拱拱式、三铰铰刚架式桁桁架式、排排架式桁架架结构三铰刚架式式钢桁架1898，巴黎世博博会机械馆馆北京体育馆馆，6000人，跨度56M,桁架暴露于于比赛大厅厅，顶部设设有天窗，，以利于采采光和通风风。排架式钢桁桁架敦煌市火车车站——无柱风雨棚棚广州会展中中心拱、刚架、、桁架同属属平面力系系，解决屋屋顶结构问问题。但还还是有很大大局限性。。二战后，新新型大跨度度建筑涌现现不断。形形式更加新新颖，结构构更加合理理，让人耳耳目一新。。如：空间间网格、折折板与薄壳壳、悬索、、张拉膜等等结构。看看这些新新建筑折板定义：由一一定倾斜角角度整体相相连的一种种薄板体系系，常用钢钢筋混凝土土，钢丝网网水泥建造造。组成：折板板+横隔构件A：结构厚度度薄，省材材料，可预预制装配，，省模板，，可做大跨跨度屋顶，，也可作外外墙。平行折板扇扇形折板扇形板：一一端波长小小，一端大大，放射状状，适用于于梯形平面面。巴西圣保罗会堂：D=60M,扇形折板从中心向四周呈辐射状圆形；切割手法形成三角形外墙，结构与建筑造型完美统一。联合国教科科文组织会会议大厅：：顶棚和墙墙壁作为折折板，呈现现结构的韵韵律，空间间的深度。薄壳结构受启发于自自然界的种种子外壳、、蛋壳、贝贝壳……以最少的材材料获得坚坚硬的外壳壳！A:利用混凝土土可塑性，，主要承受受曲面内轴轴向力，弯弯矩扭矩很很小；强度度、刚度好好；薄壳厚厚仅为跨度度几百分之之一，一般般平板结构构的十分之之一。自重重轻、省材材料、外形形多样。D:现浇施工，，费工、费费时、费模模板，结构构计算复杂杂，不易承承受集中荷荷载。薄壳结构形形式筒壳圆顶壳双曲扁壳双曲抛物面面壳双曲扁壳与与双曲抛物物面壳北京火车站站——双曲扁壳薄壳结构的的建筑造型型建筑造型是是以各种几几何曲面图图形为基本本，有圆筒筒形、圆球球形、双曲曲抛物面形形。不简单重复复上述基本本形式，而而是巧妙地地运用交贯贯、切割、、改变参数数等方法，，重新组合合再创造。。造型独特特新颖，突突出建筑个个性。法格勒诺布布尔冰球馆馆：四片筒筒形薄壳十十字正交，，花瓣形美国“未来来航空港””设计方案案：两套筒筒壳，一是是放射状的的锥形筒壳壳；另一是是呈环状的的交叉固定定筒壳。两两套壳体，，巧妙“相相贯”。墨西哥花田田市餐厅，正方形平平面，屋顶顶由四个双双曲抛物面面薄壳交叉叉相贯组成成。交叉部部位壳板增增厚，但仅仅厚4CM，各向切割割，整朵水水浮莲漂浮浮在水面，，别具匠心心。巴黎国家工工业与技术术中心陈列列馆三束锥状双双曲面薄壳壳交汇于屋屋顶中心，，立面呈抛抛物线形，，上下双层层壳板组成成空腔壳体体，平均厚厚度18CM,仅为跨度的的1/144。埃罗·沙里宁，1/8球面薄壳，，平面为曲曲边三角形形，边梁向向上卷起，，传递荷载载至三个支支座，地下下埋设水平平拉杆，平平衡推力，，铜板覆盖盖，玻璃幕幕墙曲面外外墙。美国麻省理理工学院礼礼堂肯尼迪机场场候机楼四片双曲面面钢砼薄壳壳合围成屋屋顶，展翅翅飞翔的大大鸟。采光光带分开四四部分，边边梁朝支座座逐渐加宽宽，适应增增大的内力力。模型实实验，艺术术与结构的的完美结合合，没有生生硬的几何何图形痕迹迹。空间网格结结构多根杆件以一定规律律节点连接空间结构形形式平板网架曲面网壳1、多向受力力结构，整整体性强，，稳定，刚刚度大；2、杆件主要要承受轴向向拉、压力力，符合材材料特性，，节省；3、结构高度度小，有效效利用空间间；4、杆件规格格统一，易易于生产。。平板网架支座简支交叉桁架体体系+角锥体系两向正交三向交叉两向正交体体系的正放放和斜放：：三向交叉体体系可满足足的平面形形状：角锥体系三角锥四角锥六角锥室外空间网网架运用（网架~平板屋顶））首都工人体体育馆：两向正交网网架99M1x12.2M，1967，我国跨度最最大的平板板网架之一一南京五台山山体育馆——三向交叉桁桁架平板网网架八角形平面面，容纳一一万人，主主跨88M,钢管杆件球球节点连结结，网架支支撑在一圈圈混凝土柱柱上。美国加利福福尼亚大学学体育馆：：91M×122M,三角锥体系系平板网架架曲面网壳结结构多数底部为为有推力结结构，制作作条件复杂杂；但相较较网架结构构，外形丰丰富，造型型多变。网壳结构VS薄壳：一改改钢筋混凝凝土薄壳施施工时需要要支大量模模板，湿作作业劳动费费时费力的的劣势，采采用计算机机计算方式式，安装方方便，结构构更合理。。网壳按形状分：：柱面网壳壳、球面网网壳、双曲曲扁网壳、、单块扭网网壳、四块块组合型扭扭网壳……按层数分：：单层、双双层柱面网壳：适用于矩矩形平面，，构造简单单施工方便便，广泛应应用；具有有典型拱结结构受力特特征，需解解决水平推推力。球面网壳：适用于圆平面，，整体类似穹顶顶。球冠型和近似整球型。1967世博会美国馆双曲扁网壳：矢高小，空间间利用率高；但但支撑边梁也需需做成相应弧形形，带来施工难难度双曲抛物面网壳壳：(马鞍形)造型新颖奇特，，素线为直线。。德阳体育馆——双曲抛物面网壳甘肃庆阳宫体育育馆——曲面扁壳+弧形大拱罗马小体育宫：：D=60M1620个混凝土预制菱菱形构件拼合，，最薄处：25mm完整秀美的天顶顶如一朵盛开的的向日葵。美国塔科马市体体育馆胶合木网壳D=160M单层网壳二战以后，随着着理论研究、抗抗震性能分析进进一步深入，新新材料、新施工工工艺的运用，，国外很早就采采用各种材料建建造网壳结构。。日本名古屋体育育馆：D=187.2M,1996世界上跨度最大大单层网壳结构构国家大剧院肋环形空腹双层层网壳，东西跨度122M,南北144M。整个屋顶呈椭球球形大穹顶，表表面由具有柔和和色调与光泽的的仅0.44mm厚的钛金属板覆覆盖。前后两侧有两个个类似三角形的的玻璃幕墙切面面，整个建筑浮浮于水面之上，，需从一条长80M的水下通道进入入演出大厅。悬索结构受启发于悬索桥桥梁，20世纪50年代后，随着高高强钢丝出现，，悬索结构兴起起。组成：索网、边边缘构件、下部部支承。索网非常柔软，，只承受轴向拉拉力，无弯矩也也无剪力；边缘缘构件锚固索网网，连接底部支支承，可采用梁梁、桁架、拱等等形式，应保证证足够刚度；下下部支承多为受受压构件，常为为柱。Q:悬索结构的优缺缺点？A：充分发挥钢索索受拉，钢砼边边缘构件受压、、受弯的特性，，结构轻，省钢钢材外形与传统建筑筑迥异，适用于于各类平面形式式跨越巨大空间，，中间没有支点点，功能安排更更灵活；在60M~150M内，优势明显。。DIA:抗风荷载能力差差。悬索结构形式单层单曲面双层单曲面双曲面轮辐式双曲面鞍形杜勒斯国际机场场：单跨矩形平平面，下部加稳稳定索，顶部加加盖轻质材料，，加强结构整体体抗震动、抗风风性能。轮辐式结构北京工人体育馆馆D=94M，轮辐式双层悬悬索，上下索各各144根，在外环上错错开半间布置；；钢砼外环支撑撑在环形框架的的48根柱上；内环为为钢结构圆筒，，D=26M。双曲抛物面悬索索由两组曲率相反反的拉索交叉组组成索网。浙江省人民体育育馆美国牲畜市场贸贸易馆勒·柯布西耶，苏联联苏维埃宫，以以巨大的钢砼抛抛物线拱来悬吊吊屋顶。日本国家体育馆馆、游泳馆钢索固定在两根根混凝土柱上，，金属板材覆盖盖屋面。伦敦千禧穹顶：：泰晤士河边格格林威治半岛上上，占地300英亩，由RichardRogers事务所承担建筑筑设计，结构设设计由BuroHappold完成。膜结构以优良的柔软组组织物为膜面材材料，由空气压压力支承（气承承式）、或柔性性钢索（张拉式式）或刚性骨架架（骨架式）将将膜材绷紧而形形成建筑空间。。A:质轻，透光、自自洁性好；施工工方便造型丰富富。DIA:隔声效果差、耐耐久性不够好、、膜面抵抗局部部集中荷载的能能力差张拉膜结构（帐帐篷结构）为提高膜面的抗抗风能力，可将将其设计成呈反反向的双曲面形形式——正负曲面。且对对拉索施加适当当的