建筑结构选型论文

建筑结构选型课程报告目录一、引言2二、多层建筑（框架结构）2三、高层建筑（剪力墙结构、框剪结构）4四、超高层建筑（筒中筒结构）7五、工业厂房（轻型钢结构）8六、大跨度公共建筑（桁架结构、拱结构、膜结构)10七、桥梁结构（桁架结构、悬索结构）14八、总结16参考文献17一、引言建筑结构选型课程的任务，是对各种建筑结构形式的结构组成、基本力学特点、适用范围以及技术经济分析、施工要求等方面的内容进行分析和研究。事实上，这些问题恰恰是建筑师在建筑方案设计阶段必须考虑并解决好的问题。作为一个建筑师，只有对于以上内容有了充分的了解和掌握，并且能够在建筑设计中熟练的运用，才可能会找到胜任自己工作的途径和方法。不同的时代，不同的国家，地区和民族，其建筑的形象往往存在着许多明显的差别，这种差别主要体现在建筑结构形式的差别。造成这种建筑形象上的差别的原因是建筑材料和建筑技术发展水平。以上两者决定着建筑结构形式的发展和变化，也就创造出了古今中外那些千差万别的经典建筑。同时，结构本身富有美学表现力，是构成建筑艺术形象的重要因素：在建筑设计中，有些建筑师或靠附贴式的装饰，浓妆艳抹，这样做都只能给人以虚假、庸俗的感觉，同时浪费人力物力，又难以坚固耐久。优秀的建筑师应该掌握如何运用结构装饰效果的方法，在建筑中自然地显示结构，最大化发挥结构的艺术表现力，把结构形式和建筑的空间艺术形象融合起来，使二者成为统一体，而不是将技术与艺术机械地相加。然而，结构的美学表现力是建筑师的艺术创造的结果：建筑的不同使用功能，需要不同的建筑空间，处理好建筑功能与建筑空间的关系，并选择合理的建筑结构形式，就自然形成了建筑的外形，然后去发现、选择、坦露那些建筑结构自身具有美学价值的因素；再在选择的基础上，根据建筑构图原理，对那些具有美学价值的结构因素进行艺术加工和创造，从而利用这些来构成建筑的艺术形象。二、多层建筑（框架结构）2.1概述框架结构是指以钢筋混凝土浇捣成承重梁柱，再用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、浮石、蛭石、陶烂等轻质板材隔墙分户装配成的结构方式。框架结构又称构架式结构。房屋的框架按跨数分有单跨、多跨；按层数分有单层、多层；按立面构成分有对称、不对称；按所用材料分有钢框架、混凝土框架、胶合木结构框架或钢与钢筋混凝土混合框架等。其中最常用的是混凝土框架（现浇整体式、装配式、装配整体式，也可根据需要施加预应力，主要是对梁或板）、钢框架。装配式、装配整体式混凝土框架和钢框架适合大规模工业化施工，效率较高，工程质量较好。框架建筑的主要优点：空间分隔灵活，自重轻，节省材料；具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点，利于安排需要较大空间的建筑结构；框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化，便于采用装配整体式结构，以缩短施工工期；采用现浇混凝土框架时，结构的整体性、刚度较好，设计处理好也能达到较好的抗震效果，而且可以把梁或柱浇注成各种需要的截面形状。框架结构体系的缺点为：框架节点应力集中显著；框架结构的侧向刚度小，属柔性结构框架，在强烈地震作用下，结构所产生水平位移较大，易造成严重的非结构性破坏数量多，吊装次数多，接头工作量大，工序多，浪费人力，施工受季节、环境影响较大；不适宜建造高层建筑，框架是由梁柱构成的杆系结构，其承载力和刚度都较低，特别是水平方向的（即使可以考虑现浇楼面与梁共同工作以提高楼面水平刚度，但也是有限的），它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁，其总体水平位移上大下小，但相对于各楼层而言，层间变形上小下大，设计时如何提高框架的抗侧刚度及控制好结构侧移为重要因素，对于钢筋混凝土框架，当高度大、层数相当多时，结构底部各层不但柱的轴力很大，而且梁和柱由水平荷载所产生的弯矩和整体的侧移亦显著增加，从而导致截面尺寸和配筋增大，对建筑平面布置和空间处理，就可能带来困难，影响建筑空间的合理使用，在材料消耗和造价方面，也趋于不合理，故一般适用于建造不超过15层的房屋。应用范围框架结构可设计成静定的三铰框架或超静定的双铰框架与无铰框架。混凝土框架结构广泛用于住宅、学校、办公楼，也有根据需要对混凝土梁或板施加预应力，以适用于较大的跨度；框架钢结构常用于大跨度的公共建筑、多层工业厂房和一些特殊用途的建筑物中，如剧场、商场、体育馆、火车站、展览厅、造船厂、飞机库、停车场、轻工业车间等。2.2实例分析福州金山中学体艺楼位于福州金山中学校内，总建筑面积8099m2,主楼为二层框架结构，建筑总高度18.45m。一层为50m标准游泳馆，层高7.2m，二层为篮球馆，同时也可作为学校集会演出礼堂使用，层高为10.8m。在一、二层局部空间设有二层夹层，作为健身房、舞蹈教室及乒乓球室。屋面为网球场。建筑剖面如图1所示。图2-1福州金山中学体艺楼剖面图2-1福州金山中学体艺楼剖面三、高层建筑（剪力墙结构、框剪结构）3.1高层建筑的概念规定，超过一定高度和层数的多层建筑就是高层建筑。中国自2005年起规定超过10层的住宅建筑和超过24米高的公共建筑及综合性建筑为高层建筑。但是，超过24米的单层建筑不算高层建筑。1972年国际高层建筑会议将高层建筑分为4类：第一类为9～16层（最高50米），第二类为17～25层（最高75米），第三类为26～40层（最高100米），第四类为40层以上（高于100米）。按结构分类，高层建筑多分为为剪力墙结构和框剪结构。3.2剪力墙结构用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力，这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。这种结构在高层房屋中被大量运用。钢筋混凝土墙体构成的承重体系。剪力墙结构指的是竖向的钢筋混凝土墙板，水平方向仍然是钢筋混凝土的大楼板搭载墙上，这样构成的一个体系，叫剪力墙结构。为什么叫剪力墙结构，其实楼越高，风荷载对它的推动越大，那么风的推动叫水平方向的推动，如房子，下面的是有约束的，上面的风一吹应该产生一定的摇摆的浮动，摇摆的浮动限制的非常小，靠竖向墙板去抵抗，风吹过来，板对它有一个对顶的力，使得楼不产生摇摆或者是产生摇摆的幅度特别小，在结构允许的范围之内，比如：风从一面来，那么板有一个相当的力与它顶着，沿着整个竖向墙板的高度上相当于一对的力，正好像一种剪切，相当于用剪子剪楼而且剪楼的力越往下剪力越大，因此，把这样的墙板叫剪力墙板，也说明竖向的墙板不仅仅承重竖向的力还应该承担水平方向的风荷载，包括水平方向的地震力和风对它的一个推动。3.2.1特点a.剪力墙的主要作用是承担竖向荷载（重力）、抵抗水平荷载（风、地震等）。b.剪力墙结构中墙与楼板组成受力体系，缺点是剪力墙不能拆除或破坏，不利于形成大空间，住户无法对室内布局自行改造。c.短肢剪力墙结构应用越来越广泛，它采用宽度（肢厚比）较小的剪力墙，住户可以一定范围内改造室内布局，增加了灵活性，但这是以整个结构受力性能的降低为代价的（虽然有试验和研究表明这种降低幅度较小）。d.就目前中国现状，纯剪力墙结构造价高，施工困难，耗钢量极大，所以往往因为建设单位的制约，结构抗震设计囿于成本而不得不降低标准，建议慎用此类结构形式。3.2.2适用范围a.框架-剪力墙结构。是由框架与剪力墙组合而成的结构体系，适用于需要有局部大空间的建筑，这时在局部大空间部分采用框架结构，同时又可用剪力墙来提高建筑物的抗侧能力，从而满足高层建筑的要求。b.普通剪力墙结构。全部由剪力墙组成的结构体系。c.框支剪力墙结构。当剪力墙结构的底部需要有大空间，剪力墙无法全部落地时，就需要采用底部框支剪力墙的框支剪力墙结构。3.3框剪结构及实例分析用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力，这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。这种结构在高层房屋中被大量运用。3.3.1框剪结构的主要特征a剪力墙结合框剪结构是框架结构和剪力墙结构两种体系的结合，吸取了各自的长处，既能为建筑平面布置提供较大的使用空间，又具有良好的抗侧力性能。框剪结构中的剪力墙可以单独设置，也可以利用电梯井、楼梯间、管道井等墙体。因此，这种结构已被广泛地应用于各类房屋建筑。b剪弯型众所周知，框架结构的变形是剪切型，上部层间相对变形小，下部层间相对变形大。剪力墙结构的变形为弯曲型，上部层间相对变形大，下部层间相对变形小。对于框剪结构，由于两种结构协同工作变形协调，形成了弯剪变形，从而减小了结砍的层间相对位移比和顶点位移比，使结构的侧向刚度得到了提高。c水平荷载从受力特点看，由于框剪结构中的剪力墙侧向刚度比框架的侧向刚度大得多，在水平荷载作用下，一般情况下，约80%以上用剪力墙来承担。因此，使框架结构在水平荷载作用下所分配的楼层框架剪力墙结构兼具了框架布置灵活、延性好和剪力墙刚度大的优点，二者通过水平刚度较大的楼盖协同工作，在水平作用下呈弯剪型位移曲线，层间变形趋于均匀，比纯框架结构侧移小，非结构性破坏轻，其中剪力墙为主要抗侧力构件，框架起到二级防线作用，比剪力墙体系延性好，布置灵活。因此，框剪结构是一种抗剪性能较好的结构体系。但由于剪力墙和框架的层间位移角弹性极限值相差很远，当结构遭遇强烈地震时，剪力墙在其底部首先越过弹性变形阶段出现裂缝进而屈服，在出铰部位刚度大幅降低，刚度沿竖向发生突变，在塑性铰区发生塑性转动，从而带动上部的墙体发生刚体位移，再加上弯曲变形，顶部侧移激增，给与之相连的框架施加了很大的附加剪力。而此刻结构的层间侧移角还远小于框架的弹性变形值，框架尚未充分发挥其自身的水平抗力。3.3.2框剪结构案例分析——深圳发展中心大厦深圳发展中心大厦总层数43层，建筑面积75889平方米，是具有国际水准的综合性商厦，地理位置优越，占据罗湖区商业中心位置，邻近友谊城、钻石广场、国贸大厦、广信酒店等。3.4小结高层建筑结构的选型方法和原则：a应具有必要的承载力、刚度和变形能力。

B应避免因局部破坏而导致整个结构破坏。

C对可能的薄弱部位要采取加强措施。

D结构选型与布置合理，避免局部突变和扭转。

E宜具有多道抗震防线。四、超高层建筑(筒中筒结构)4.1筒中筒结构的定义筒中筒结构由心腹筒、框筒及桁架筒组合，一般心腹筒在内，框筒或桁架筒在外，由内外筒共同抵抗水平力作用。由剪力墙围成的筒体称为实腹筒，在实腹筒墙体上开有规则排列的窗洞形成的开孔筒体称为框筒；筒体四壁由竖杆和斜杆形成的桁架组成则称为桁架筒。4.2筒中筒结构的分类结构体系是指结构抵抗外部作用的构件组成方式。在高层建筑中，抵抗水平力是设计的主要矛盾，因此抗侧力结构体系的确定和设计成为结构设计的关键问题。高层建筑中基本的抗侧力单元是框架、剪力墙、实腹筒（又称井筒）、框筒及支撑由这几种单元可以组成多种结构体系。a.框架结构体系。由梁、柱构件组成的结构称为框架。整幢结构都由梁、柱组成就称为框架结构体系（或称纯框架结构）。b.剪力墙结构体系。利用建筑物墙体作为承受竖向荷载和抵抗水平荷载的结构，称为剪力墙结构体系。c.框架－剪力墙结构（框架－筒体结构）体系。在框架结构中，设置部分剪力墙，使框架和剪力墙两者结合起来，取长补短，共同抵抗水平荷载，这就是框架－剪力墙结构体系。如果把剪力墙布置成筒体，可称为框架－筒体结构体系。d.多筒体系——成束筒及巨型框架结构。由两个以上框筒或其他筒体排列成束状，称为成束筒。巨形框架是利用筒体作为柱子，在各筒体之间每隔数层用巨型梁相连，这样的筒体和巨型梁即形成巨型框架。这种多筒结构可更充分发挥结构空向作用，其刚度和强度都有很大提高，可建造层数更多、高度更高的高层建筑。4.3筒中筒结构的实例分析——兰州国芳大酒店兰州国芳大酒店位于兰州市东方红广场，是兰州国际博览中心二期工程，为一五星级酒店兼商务写字楼及商场的大型超高层公共建筑。总建筑面积约

9

万

㎡，分主楼和裙楼两部分。其中裙楼为酒店附属用房，地下两层，地面以上九层，总高

43.4

米。主楼地下三层，为车库和六级人防兼设备用房，地面以上

39

层，由办公、客房及公共用房组成，

1-9

层层高为

4.8

米，标准层层高为

3.1

米和

3.15

米，

39

层为带夹层的旋转餐厅，层高

10

米，建筑主体高

144

米。另出屋面设有三层塔楼，建筑总高为

161.9

米，是兰州市中心繁华区内最高的一座建筑（见图

1

）。该工程抗震设防烈度为

8

度，属高度超出现行规范规定较多的超限高层建筑。按建设部

59

号令的要求，先后通过了全国和省超限高层建筑抗震设防审查委员会对初设和施工图的抗震设防专项审查。五、工业建筑(轻型钢结构)5.1工业建筑的定义指供人民从事各类生产活动的建筑物和构筑物。包括工业厂房：可分为通用工业厂房和特殊工业厂房。工业建筑是指从事各类工业生产及直接为生产服务的房屋，一般称为厂房。结构类型多采用轻型钢结构。5.2工业建筑设计的基本原则：A满足生产工艺要求①流程。直接影响各工段、各部门平面的次序和相互关系。②运输工具和运输方式。③生产特点。如散发大量余热和烟尘，排出大量酸、碱等腐蚀物质或有毒、易燃、易爆气体，以及有温度、湿度、防尘、防菌等卫生要求等。B合理选择结构形式根据生产工艺要求和材料、施工条件，选择适宜的结构体系。钢筋混凝土结构材料易得，施工方便，耐火耐蚀，适应面广，可以预制，也可现场浇注，为中国的单层和多层厂房所常用。钢结构则多用在大跨度、大空间或振动较大的生产车间，但要采取防火、防腐蚀措施。最好采用工业化体系建筑，以节省投资、缩短工期。C保证良好的生产环境①有良好的采光和照明。②有良好的通风。③控制噪声。除采取一般降噪措施外，还可设置隔声间。④对于某些在温度、湿度、洁净度、无菌、防微振、电磁屏蔽、防辐射等方面有特殊工艺要求的车间，则要在建筑平面、结构以及空气调节等方面采取相应措施。⑤要注意厂房内外整体环境的设计，包括色彩和绿化等。5.3轻型钢结构结构形式受欧洲传统的木构架建筑影响较大，常由薄壁型钢或小断面型钢组合成桁架来代替木构建筑的墙筋、搁栅和椽架等。骨架的组合方式一般同建筑规模、生产方式、施工条件以及运输能力有关。建筑物由柱、墙筋、梁、搁栅、檩条、椽子和屋架等单元构件装配成轻型钢结构骨架，然后再加铺屋面，安装墙板和门窗等。骨架的节点多采用螺栓和接板固定。为了加强组装式骨架的稳定性，在必要的部位加支撑或可调节的交叉式拉杆。单元构件组装的建筑，组装灵活，运输方便，可适应各种不同建筑空间组合的需要。但现场施工时间比其他几种安装方式长些。5.2.1轻型钢具有的优点A抗震性：低层别墅的屋面大都为坡屋面，因此屋面结构基本上采用的是由冷弯型钢构件做成的三角型屋架体系，轻钢构件在封完结构性板材及石膏板之后，形成了非常坚固的"板肋结构体系"，这种结构体系有着更强的抗震及抵抗水平荷载的能力，适用于抗震烈度为8度以上的地区。B抗风性：轻型钢结构建筑重量轻、强度高、整体刚性好、变形能力强。建筑物自重仅是砖混结构的五分之一，可抵抗每秒70米的飓风，使生命财产能得到有效的保护。C耐久性：轻钢结构住宅结构全部采用冷弯薄壁钢构件体系组成，钢骨采用超级防腐高强冷轧镀锌板制造，有效避免钢板在施工和使用过程中的锈蚀的影响，增加了轻钢构件的使用寿命。结构寿命可达100年。D保温性：采用的保温隔热材料以玻纤棉为主，具有良好的保温隔热效果。用以外墙的保温板，有效的避免墙体的“冷桥”现象，达到了更好的保温效果。100mm左右厚的R15保温棉热阻值可相当于1m厚的砖墙。E隔音性：隔音效果是评估住宅的一个重要指标，轻钢体系安装的窗均采用中空玻璃，隔音效果好，隔音达40分贝以上；由轻钢龙骨、保温材料石膏板组成的墙体，其隔音效果可高达60分贝。大跨度公共建筑6.1大跨度公共建筑的定义大跨度建筑通常是指跨度在60m以上的建筑，主要用于民用建筑的影剧院、体育场馆、展览馆、大会堂、航空港以及其他大型公共建筑。在工业建筑中则主要用于飞机装配车间、飞机库和其他大跨度厂房。大跨度建筑结构包括网架结构、网壳结构、悬索结构、膜结构、薄壳结构等基本空间结构及各类组合空间结构。6.1.1大跨度建筑的发展历史大跨度建筑在古代罗马已经出现，如公元120~124年建成的罗马万神庙，呈圆形平面，穹顶直径达43．3m，用天然混凝土浇筑而成，是罗马穹顶技术的光辉典范。然而大跨度建筑真正得到迅速发展还是在19世纪后半叶以后，特别是第二次世界大战后的几十年中。例如1889年为巴黎世界博览会建造的机械馆，跨度达到115m，采用三铰拱钢结构。目前世界上跨度最大的建筑是美国底特律的韦恩县体育馆，圆形平面，直径达266m，为钢网壳结构。我国大跨度建筑是在解放后才迅速发展起来的，20世纪70年代建成的上海体育馆，圆形平面，直径110m，钢平板网架结构。我国目前以钢索及膜材做成的结构最大跨度已达到320m。大跨度建筑发展的历史比起传统建筑毕竟是短暂的，它们大多为公共建筑，人流集中，占地面积大，结构跨度大，从总体规划、个体设计到构造技术都提出了许多新的研究课题，需要建筑工作者去探究。6.2桁架结构桁架结构（Trussstructure）中的桁架指的是桁架梁，是格构化的一种梁式结构。桁架结构常用于大跨度的厂房、展览馆、体育馆和桥梁等公共建筑中。由于大多用于建筑的屋盖结构，桁架通常也被称作屋架。各杆件受力均以单向拉、压为主，通过对上下弦杆和腹杆的合理布置，可适应结构内部的弯矩和剪力分布。由于水平方向的拉、压内力实现了自身平衡，整个结构不对支座产生水平推力。结构布置灵活，应用范围非常广。桁架梁和实腹梁（即我们一般所见的梁）相比，在抗弯方面，由于将受拉与受压的截面集中布置在上下两端，增大了内力臂，使得以同样的材料用量，实现了更大的抗弯强度。在抗剪方面，通过合理布置腹杆，能够将剪力逐步传递给支座。这样无论是抗弯还是抗剪，桁架结构都能够使材料强度得到充分发挥，从而适用于各种跨度的建筑屋盖结构。更重要的意义还在于，它将横弯作用下的实腹梁内部复杂的应力状态转化为桁架杆件内简单的拉压应力状态，使我们能够直观地了解力的分布和传递，便于结构的变化和组合6.2.1桁架分类根据桁架的外形分类：a.平行弦桁架（便于布置双层结构；利于标准化生产，但杆力分布不够均匀）；b.折弦桁架（如抛物线形桁架梁，外形同均布荷载下简支梁的弯矩图，杆力分布均匀，材料使用经济，构造较复杂）；c.三角形桁架（杆力分布更不均匀，构造布置困难，但斜面符合屋顶排水需要）。以桁架几何组成方式分类：a.简单桁架（由一个基本铰结三角形依次增加二元体组成）；b.联合桁架（由几个简单桁架按几何不变体系的简单组成规则联合组成）；c.复杂桁架（不同于前两种的其它静定桁架）。按所受水平推力有无分类：a.无推力的梁式桁架（与相应的实梁结构比较，掏空率大，上下弦杆抗弯，腹杆主要抗剪，受力合理，用材经济）；b.有推力的拱式桁架（拱圈与拱上结构联为一体整体性好，便于施工，跨越能力强，节省钢材料）。6.2.2大跨度桁架结构建筑案例分析国家大剧院壳体外形是半个超级椭球体，其长轴长度为212.20m，短轴长度为143.64m，高度为46.285m。其内部主要布置有一个容纳2416人的戏剧厅、一个容纳2017人的音乐厅、一个容纳1040人的剧场。国家大剧院壳体钢结构主要由148榀沿椭球面均匀垂直布置的平面桁架、11840根水平布置的环向系杆、对称布置的四块平面斜撑及顶部结构组成，也就是说国家大剧院是以众多桁架组成的壳体结构。壳体总用钢量约6760t，主要钢材材质为Q345D钢。平面桁架按照是否外露分为长轴桁架和短轴桁架，短轴桁架区域的屋面采用玻璃形式，为外露构件，采用厚度为60mm钢板条作为桁架的弦杆和腹杆，共46榀，总重量约为2050t；长轴桁架区域的屋面采用钛合金板形式，为隐蔽构件，其弦杆和腹杆均为H型钢截面，共102榀，总重量约为2100t。水平布置的环向系杆采用Φ140～Φ194等规格的钢管，通过两端的半球与平面桁架连接。平面斜撑布置在长轴区域，截面均采用H型钢截面。顶部结构由钢管环梁、箱形梁、顶部短轴桁架、顶部长轴桁架、连系杆组成，钢管环梁的规格为Φ1117.6×26，顶部短轴桁架、顶部长轴桁架、连系杆与下部结构近似，总重量约为1050t。6.3拱结构一种主要承受轴向压力并由两端推力维持平衡的曲线或折线形构件是拱结构。其具有的特点：拱结构比桁架结构具有更大的力学优点。在外荷作用下，拱主要产生压力，使构件摆脱了弯曲变形。如用抗压性能较好的材料（如砖土）去做拱，正好发挥材料的性能。不过拱结构支座（拱脚）会产生水平推力，跨度大时这个推力也大，要对付这个推力仍是一桩麻烦而又耗费材料之事。由于拱结构的这个缺点，在实际工程应用上，桁架还是比拱用得普遍。6.3.1拱的合理轴线理想的拱曲线，将不产生弯矩，拱只受压力的作用。实际中的拱，由于场地的限制、建筑整体的限制等原因，不能做成理想的的二次抛物线形状，因此拱内会存在一定的弯矩；常见的拱曲线形状有抛物线形和半圆形。由于半圆拱的矢高是跨度的一半，因此该形式的拱其水平推力为零，称为“无推力拱”。从受力情况看，半圆拱具有明显的经济合理性，但由于矢高比较大，限制了这种拱形式的应用，一般很少用于建筑屋盖上。6.4膜结构膜结构(Membrane)是20世纪中期发展起来的一种新型建筑结构形式，是由多种高强薄膜材料(PVC或Teflon)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。6.4.1膜结构体系膜结构体系由膜面、边索和脊索、谷索、支承结构、锚固系统，以及各部分之间的连接节点等组成，见示意图。6.4.2膜结构相关特点建筑造型优美膜结构建筑是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，以其独有的优美曲面造型，简洁、明快、刚与柔、力与美的完美组合，呈现给人以耳目一新的感觉，同时给建筑设计师提供了更大的想象和创造空间。覆盖大跨度空间膜结构中所使用的膜材料每平方壹公斤左右，由于自重轻，加上钢索、钢结构高强度材料的采用，与受力体系简洁合理——力大部分以轴力传递，故使膜结构适合跨越大空间而形成开阔的无柱大跨度结构体系。防火性与抗震性膜结构建筑所采用的膜材具有卓越的阻燃性和耐高温性，故能很好的满足防火要求。由于结构自重轻，又为柔性结构且有较大变形能力，故抗震性能好。工期短：膜材裁剪。拼合成型及骨架的钢结构、钢索均在工厂加工制作，现场只需组装，施工简便，故施工周期比传统建筑短。6.4.3大跨度膜结构建筑案例分析岛颐中体育场的罩篷采用索膜结构体系，是国内第一个主要依靠自己的技术力量设计、建造的大型体育场膜结构，也是国内第一个采用张拉整体式膜结构的体育场，于2000年7月建成。该体育场是由60个锥形膜单元组成的脊谷式张拉整体式膜结构。长轴266m，由86m长的直线段和两端半径为90m的半圆弧组成，短轴180m。立柱标高42.5m，内环索标高36.5m。篷盖悬挑沿周边均约40m，具有较好的排水坡度及建筑美感；膜覆盖面积（投影面积）约30000㎡，可容纳6万名观众。建筑分析

整个篷盖是由钢结构支撑系统、钢索、膜组成的一个典型索膜张拉体系。每个单元由一个立柱支撑，通过谷索、脊索、内外边索的张拉作用成形。上、下吊索则作为活(雪)荷载和风荷载必需的稳定索。罩篷内圈由4根Φ109×7的钢索组成索束，形成受拉内环，外圈钢结构由上、下环梁、立柱、斜腹杆共同组成，形成受压外环。这种内环受拉、外环受压的空间体系，有着良好的白平衡性及整体稳定性，大大减小了对已有混凝上结构的影响。但是由于本工程受压环存在着直线段，环向受力很不均匀，且内环索（挑篷前端）位移较大，经过方案的反复调整，最后决定把直线段的上、下吊索改换成三角形钢桁架以增加体系的整体刚度，同时在直线段的后挑出端加下拉杆至混凝土看台柱以改善篷盖的受力状况。计算后发现，钢环梁的轴压力大大降低而且分布均匀，环索的最大位移也不大于200mm，效果令人满意。罩棚所用的膜材料为法国FERRARI

PRECONTRIANT

1302

FLUOTOPT，最小抗拉强度为140kN/m，厚度约为1mm，每平方米重1.35kg。张拉机构的位移量为0.6m，以此达到向整个索膜结构体系施加预应力。七、桥梁结构7.1衍架结构桥梁7.1.1衍架结构桥梁定义桁架桥一般由主桥架、上下水平纵向联结系、桥门架和中间横撑架以及桥面系组成。在桁架中，弦杆是组成桁架外围的杆件，包括上弦杆和下弦杆，连接上、下弦杆的杆件叫腹杆，按腹杆方向之不同又区分为斜杆和竖杆。弦杆与腹杆所在的平面就叫主桁平面。大跨度桥架的桥高沿跨径方向变化，形成曲弦桁架；中、小跨度采用不变的桁高，即所谓平弦桁架或直弦桁架。7.1.2结构特点桁架是平面结构中受力最合理的形式之一。桁架桥与其他桥型相比,具有自重小,结构轻巧、造型简洁,由上弦、腹杆和下弦组成的桁片,各杆件共同受力,有效地利用材料、便于节段拼装和施工快捷等优点。

桁架的拉、压和腹部支撑都为杆件形式，杆件的自重小，桥梁的自重轻，跨越能力大。在更大跨的悬索施工中，应用良好，例如：日本的明石海峡大桥。

同时，大跨径桁架桥的桁架高度都很大，造势气势雄伟，外形轻巧，安全稳定，具有独特的美感。7.1.3桁架结构桥梁案例分析九江长江大桥，为钢桁架桥，铁路桥长7675m，公路桥长4460m，江中有桥墩10个，共架设11孔钢梁，最大跨度216m，最小跨度126m。整个大桥设计新颖，造型优美，工艺独特，雄伟壮观。大桥铁路引桥采用的无碴无枕预应力箱形梁，在我国建桥史上还是第一次。主河槽216m宽的大跨度，居全国桥梁之首。我国第一次试验的15锰钡氮新钢种在这座桥上首先使用。这座桥使用的钢材、水泥、木材等建筑材料，均创造了我国建桥史上的最高纪录。九江大桥墩顶到基础最低底面，相距64米，相当于一座22层高的楼房。从钢梁拱顶到基础最低底面，高达132m，相当于一座45层的高楼。7.2悬索结构桥梁7.2.1定义：指的是以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。7.2.2特点：悬索桥（suspension

bridge）相对于其它桥梁结构悬索桥可以使用比较少的物质来跨越比较长的距离。悬索桥可以造得比较高，容许船在下面通过。在造桥时没有必要在桥中