大跨度建筑结构形式与建筑造型实例

建筑构造作业大跨度建筑结构构形式与建建筑造型实实例分析学号：20111105111班级：建筑11111建筑的三个最基基基本要素素包括括强度、适适用用和美观观。适适用是指指该建建筑的实实用功功能，即即建筑筑可提供供的空空间要满满足建建筑的使使用要要求，这这是建建筑最基基本的的特性；；美观观是建筑筑物能能使那些些接触触它的人人产生生一种美美学享享受，这这种效效果可能能是由由一种或或多种种原因产产生，其其中也包包括了了建筑形形成的的象征意意义，形形状、花花纹和和色彩的的美学学特征；；强度度是建筑筑的最最基本特特征，它它关系到到建筑筑物保存存的完完整性和和作为为一个物物体在在自然界界的生生存能力力，满满足“强度”所需要的的建建筑物部部分是是结构，结结构构是建筑筑物的的基础，没没有有结构就就没有有建筑物物，也也不存在在适用用，更不不可能能有美观观。大跨空间结构是是是目前发展展最快的结结构类型型。为为了满足足社会会生活和和居住住的需要要，人人们需要要更大大的覆盖盖空间间，如大大型的的集会场场、体体育馆、飞飞机机库等、跨跨度度要求很很大，达达几百米米或者者更大，这这是是就需要要大跨跨度结构构。大大跨度建建筑通通常指跨跨度在在30米以上上的的建筑。大大跨跨度建筑筑及作作为其核核心的的空间结结构技技术的发发展状状况是代代表一一个国家家建筑筑科技水水平的的重要标标志之之一。而大大跨跨度结构构的表表现形式式是多多种多样样的。对于建筑师及工工工程师们们而言言，大跨跨度建建筑提供供了一一种既方方便又又经济的的覆盖盖大面积积空间间的方法法，尤尤其在大大跨度度建筑中中，结结构选型型是制制约建筑筑空间间形式的的造型型的重要要因素素。大跨空空间间结构的的类型型和形式式十分分丰富多多彩，习习惯上分分为如如下这些些类型型：钢架架、桁桁架结构构、拱拱结构、壳壳体体结构、折折板板结构、网网架架结构、网网壳壳结构、悬悬索索结构、张张弦弦梁结构构和索索－膜结结构。大跨度建筑通常常常是指跨跨度在在30m以上上的的建筑，我我国国现行钢钢结构构规范则则规定定跨度600mm以上结构构为为大跨度度结构构。主要要用于于民用建建筑的的影剧院院、体体育场馆馆、展展览馆、大大会会堂、航航空港港以及其其他大大型公共共建筑筑。在工工业建建筑中则则主要要用于飞飞机装装配车间间、飞飞机库和和其他他大跨度度厂房房。大跨跨度建建筑在古古代罗罗马已经经出现现，如公公元1120到124年建建成成的罗马马万神神庙，成成圆形形平面，穹穹顶顶直径达达433.5mm，用用天然混混凝土土浇筑而而成，是是罗马穹穹顶技技术的光光辉典典范。罗马万神庙虽然大跨度建筑筑筑在古代代罗马马已经出出现，但但是大跨跨度建建筑真正正得到到迅速发发展还还是在199世纪后半半叶以后后，特特别是第第二次次世界大大战后后的最近近几十十年中。大大跨跨建筑迅迅速发发展的原原因一一方面是是由于于社会发发展使使建筑功功能越越来越复复杂，需需要建造造高大大的建筑筑空间间来满足足群众众集会、举举办办大型的的文艺艺体育表表演、举举办盛大大的各各种博览览会等等；另一一方面面则是新新材料料、新结结构、新新技术的的出现现，促进进了大大跨度建建筑的的进步。一一是是需要，二二是是可能，两两者者相辅相相成，相相互促进进，缺缺一不可可。119世纪后后半半叶以来来，钢钢结构和和钢筋筋混凝土土结构构在建筑筑上的的广泛应应用，使使大跨建建筑有有了很快快的发发展，特特别是是近几十十年来来新品种种的钢钢材和水水泥在在强度方方面有有了很大大的提提高，各各种轻轻质高强强材料料、新型型化学学材料、高高效效能防水水材料料、高效效能绝绝热材料料的出出现为建建造各各种新型型的大大跨度结结构和和各种造造型新新颖的大大跨度度建筑创创造了了更有利利的物物质技术术条件件。大跨度建筑常用用用结构形形式；；大跨度度常用用建筑结结构根根据结构构形式式，受力力构件件排列组组合不不同可分分平面面平面机机构体体系和空空间结结构体系系两大大类，共共有八八种。它它们是是：平面面结构构体系有有拱、刚刚架以及及桁架架。空间间结构构体系有有网架架、折板板（薄薄壳）、悬悬索索、膜结结构以以及混合合结构构。拱是古代大跨度度度建筑的主主要要结构形形式。由由于拱成成曲面面形状，在在外外力作用用下，拱拱内的弯弯矩可可以降到到最小小限度，主主要要内力变变为轴轴向压力力，且且应力分分布均均匀，能能充分分利用材材料的的强度，比比同同样跨度度的梁梁结构断断面小小，故拱拱能跨跨越较大大的空空间。但是拱结构在承承承受荷载载后将将产生横横向推推力，为为了保保持结构构的稳稳定性，必必须须设置宽宽厚坚坚固的拱拱脚支支座抵抗抗横推推力。常常见方方式是在在拱的的两侧作作两道道厚墙来来支承承拱，墙墙厚随随拱跨增增大而而加厚。很很明明显，这这会使使建筑的的平面面空间组组合受受到约束束。拱的内力主要是是是轴向压压力，结结构材料料应选选用抗压压性能能好的材材料。古古代建筑筑的拱拱主要采采用砖砖石材料料，近近代建筑筑中，多多采用钢钢筋混混凝土拱拱，有有的采用用钢衍衍架拱，跨跨度度可达百百米以以上。拱拱结构构所形成成的巨巨大空间间常常常用来建建造商商场、展展览馆馆、体育育馆、散散装货仓仓等建建筑。拱结构按组成和和和支座方方式不不同分为为三铰铰拱，两两铰拱拱和无铰铰拱三三种。拱结构的造型主主主要取决决于矢矢高大小小和平平衡拱推推力的的方式。拱拱的的矢高对对建筑筑的外轮轮廓形形象影响响最大大。矢高高小的的拱，外外形起起伏变化化小，成成扁平状状，结结构占用用的空空间小，但但水水平推力力和拱拱身轴力力都偏偏大。而而矢高高大的拱拱，外外形起伏伏变化化强烈，产产生生的水平平推力力和轴向向力都都较小，但但是是拱身材材料耗耗费量多多，拱拱下形成成的内内部空间间大，拱拱曲面坡坡度很很陡。因为拱是一种有有有水平推推力的的结构，因因此此解决水水平推推力的方方式不不同，建建筑的的外形也也会明明显的不不同。因因此解决决拱产产生水平平推力力的方式式在很很大程度度上决决定了拱拱结构构大跨度度建筑筑的建筑筑造型型。刚架是横梁和柱柱柱以整体体连接接方式构构成的的一种门门形结结构。由由于梁梁和柱是是刚性性结点，在在竖竖向荷载载作用用下，柱柱对梁梁有约束束作用用，因而而能减减少梁的的跨中中弯矩。同同样样，在水水平荷荷载作用用下，梁梁对柱也也有约约束作用用，能能减少柱柱内的的弯矩。刚刚架架结构比比屋架架和柱组组成的的排架结结构轻轻巧，可可以节节省钢材材和水水泥。由由于大大多数刚刚架的的横梁是是向上上倾斜的的，不不但受力力合理理，且结结构下下部的空空间增增大，对对某些些要求高高大空空间的建建筑特特别有利利。同同时，倾倾斜的的横梁使使建筑筑的屋顶顶形成成折线形形，建建筑外轮轮廓富富于变化化。由于刚架结构受受受力合理理，轻轻巧美观观，能能跨越较较大的的跨度，制制作作又很方方便，因因而应用用非常常广泛。一一般般用于体体育馆馆、礼堂堂、食食堂、菜菜场等等大空间间的民民用建筑筑，也也可用于于工业业建筑，但但刚刚架结构构的刚刚度较差差，当当吊车起起重量量超过10000KN时不不宜宜采用。钢制刚架结构的的的玻璃暖暖房钢架按结构组成成成和构造造方式式的不同同，分分为无铰铰钢架架、两铰铰钢架架和三铰铰钢架架。无铰铰钢架架、两铰铰钢架架是超静静定结结构，结结构刚刚度较大大，但但当地基基条件件较差，发发生生不均匀匀沉降降时，结结构将将产生附附加内内力。三三铰钢钢架则属属于静静定结构构，在在地基产产生不不均匀沉沉降时时，结构构不会会引起附附加内内力，但但其刚刚度不如如前两两者好。一一般般来说，三三铰铰钢架多多用于于跨度较较小的的建筑，两两铰铰和无铰铰钢架架可用于于跨度度较大的的建筑筑。钢架结构常用钢钢钢筋混凝凝土建建造，为为了节节约材料料和减减轻结构构自重重，通常常将钢钢架做成成断面面形式，柱柱梁梁相交处处弯矩矩最大，断断面面增大，铰铰接接点处弯弯矩为为零，断断面最最小，所所以钢钢架的立立柱断断面呈上上大下下小。根根据建建筑造型型需要要，立柱柱可做做成里直直外斜斜，或外外直里里斜。钢钢架多多采用预预制装装配，用用这些些构件可可组成成单跨、多多跨跨、高低低跨、悬悬挑跨等等各式式各样的的建筑筑外形。屋屋脊脊一般在在跨度度正中间间，形形成对称称式钢钢架，也也可偏偏于一边边，构构成不对对称式式钢架。某一钢架结构车车车站,椼架是由由杆杆件组成成的一一种格构构式结结构体系系。杆杆件与杆杆件的的结合假假定为为铰结，所所以以在外力力作用用下杆件件内力力为轴向向力（拉拉力或压压力），而而而且分布布均匀匀，故椼椼架结结构比梁梁结构构受力合合理。椼椼架的杆杆件内内力是轴轴向力力，而梁梁的内内力主要要是弯弯矩，且且分布布不均匀匀，梁梁的断面面大小小常以最最大弯弯矩处的的断面面尺寸为为整个个梁的断断面大大小，因因此梁梁的材料料强度度未得到到充分分利用。椼椼架架内力分分布均均匀，材材料强强度能充充分利利用，减减少材材料耗量量和结结构自重重，使使结构跨跨度增增大。所所以椼椼架结构构式大大跨度建建筑常常用的一一种结结构形式式，主主要用于于体育育馆、影影剧院院、展览览馆、食食堂、菜菜场、商商场等公公共建建筑。为了使椼架的规规规格统一一，有有利于工工业化化施工，建建筑筑的平面面形式式宜采用用矩形形或方形形。桁桁架一般般用木木材、钢钢材、钢钢筋混凝凝土建建造。桁桁架形形式分为为三角角形、梯梯形、拱拱形、无无腹杆杆式和三三铰拱拱式等各各种形形式。三角形桁架可用用用钢、木木或钢钢筋混凝凝土制制作。当当跨度度不超过过188米时，构构件件内利较较小，比比较经济济，仅仅适用于于跨度度不大于于188米的建筑筑。梯梯形桁架架可用用钢或钢钢筋混混凝土制制作。常常用跨度度为118到36米，桁桁架架矢高与与跨度度之比一一般为为1/8到1/6。梯梯形形桁架的的端部部增大，降降低低了结构构的稳稳定性，增增加加了材料料用量量。拱形形桁架架的外形形呈抛抛物线，与与上上弦的压压力线线重合，杆杆件件内力均均匀，比比梯形桁桁架材材料耗量量少。无腹杆桁架的上上上弦为抛抛物线线形，犹犹如拱拱，主要要承受受轴向压压力，竖竖杆和下下弦受受拉力，结结构构用料经经济，由由于无腹腹杆，结结构造型型简洁洁，便于于制作作，在桁桁架之之间铺管管道和和进行检检修工工作均很很方便便，特别别用于于在桁架架下弦弦有较多多吊重重的建筑筑。桁架选型考虑的的的因素是是：综综合考虑虑建筑筑的功能能要求求、跨度度和何何在大小小、材材料供应应和施施工条件件等因因素。当当跨度度在36米以上上时时，为了了减轻轻结构自自重，宜宜选择钢钢桁架架；跨度度在336米以下下时时，一般般可选选用钢筋筋混凝凝土桁架架，有有条件时时最好好选用预预应力力混凝土土桁架架；当桁桁架所所处的环环境相相对湿度度大于于75%或有有腐腐蚀性介介质时时，不宜宜选用用木桁架架和钢钢桁架，而而应应选用预预应力力混凝土土桁架架。桁架架结构构在大跨跨度建建筑中多多用做做屋顶的的承重重结构，根根据据建筑的的功能能要求、材材料料供应和和经济济的合理理性，可可设计成成单坡坡、双坡坡、单单跨、多多跨等等不同的的外观观和形状状。网格是一种由很很很多杆件件以一一定规律律组成成的网状状结构构。它具具有下下列优点点：杆杆件之间间互相相起支撑撑作用用，形成成多向向受力的的空间间结构，故故其其整体性性强、稳稳定性好好、空空间刚度度大，有有利于抗抗震；；当荷载载作用用于网架架各节节点上时时，杆杆件主要要承受受轴向力力，故故能充分分发挥挥材料的的强度度，节省省材料料；网架架结构构高度小小，可可以有效效的利利用空间间；结结构的杆杆件规规格统一一，有有利于工厂厂化化生产；；网架架形式多多样，可可创造丰丰富多多彩的建建筑形形式。网网架结结构主要要用来来建造大大跨度度公共建建筑的的屋顶，适适用用于多种种平面面形状，如如圆圆形、方方形、三三角形、多多边边形等各各种平平面建筑筑。网格结构,网格格格结构按按其外外形分为为平板板网格结结构和和曲面网网格结结构两类类，前前者称为为网架架，后者者称为为网壳，通通常常采用金金属材材料制作作。网网架一般般都是是双层的的，也也可做成成多层层的；网网壳可可以是单单层的的，也可可以是是双层的的。网网架自身身不产产生推力力，支支座为简简支，构构造比较较简单单，可以以适用用于各种种形状状的建筑筑平面面，所以以应用用广泛。网网壳壳多数是是有推推力的结结构，支支座条件件较复复杂，但但外形形丰富，建建筑筑造型多多变。网架结构网架和网壳结构构构的建筑筑造型型：网格格结构构的建筑筑造型型主要受受两个个因素的的影响响：一是是结构构的形式式，二二是结构构的支支撑方式式。平平面网架架的屋屋顶一般般是平平屋顶，但但是是建筑的的平面面形式可可以多多样化。网网壳壳的外形形多变变，如拱拱形网网架的建建筑外外形呈拱拱曲面面，但平平面形形式往往往比较较单一，多多为为矩形平平面，穹穹形网壳壳的外外形呈半半球形形或抛物物面形形等，平平面则则为圆形形或其其它形状状。网架及网壳的支支支承方式式对建建筑造型型是一一个很重重要的的影响因因素。网网架和网网壳的的下部支支承或或为墙、或或为为柱、或或悬挑挑、或封封闭、或或开敞。应应根根据建筑筑的功功能要求求、跨跨度大小小、受受力情况况、艺艺术构思思等因因素确定定。当当跨度不不大时时，网架架可支支承在四四周圈圈梁上，圈圈梁梁则由墙墙或柱柱支承。这这种种支承方方式对对网架尺尺寸的的划分比比较自自由，网网架手手里均匀匀，门门窗开设设位置置不受限限制，建建筑立面面不受受限制，建建筑筑立面处处理灵灵活。当跨度大时，网网网架宜直直接支支承与四四周的的立柱上上。这这种支承承方式式传力直直接，受受力均匀匀，但但柱网柱柱网尺尺寸要与与网架架的网格格尺寸寸相一致致，使使网架节节点正正好处于于柱顶顶位置。穹形网壳结构————国家大大剧剧院折板结构由折板板板和横隔隔构件件组成，在在波波长方向向，折折板犹如如一块块折叠起起伏的的钢筋混混凝土土连续板板，折折板如同同一钢钢筋混凝凝土梁梁，其强强度随随折板的的矢高高（f）而增加加。横横隔构件件的作作用是将将折板板在支座座处牢牢固地结结合在在一起，如如果果没有它它，折折板会坍坍塌而而破坏。横横隔隔构件可可根据据建筑造造型需需要来设设计，如如钢筋混混凝土土横隔板板、横横隔梁等等。折折板的波波长不不宜太大大，否否则板太太厚，不不经济，一一般般不应大大于112M。折板结构按波长长长数目的的多少少分为单单波和和多波折折板；；按结构构跨度度的数目目有单单跨和多多跨之之分；若若按结结构断面面形式式分为三三角形形折板和和梯形形折板；；若依依折板的的构成成情况，又又可可分为平平行折折板和扇扇形折折板。平平行折折板构造造简单单，最常常用。扇扇形折板板一端端的波长长较小小，另一一端的的波长较较大，成成放射状状，多多用于梯梯形平平面的建建筑。由于折板结构构构构造简单单，又又可预制制装配配施工，故故被被广泛用用于工工业与民民用建建筑，可可用于于矩形、方方形形、梯形形、多多边形，圆圆形形等平面面。由由折板结结构建建造的房房屋，造造型新颖颖，具具有独特特的外外观。巴黎联合国教科科科文组织织会议议大厅薄壳结构是用混混混凝土等等刚性性材料以以各种种曲面形形式构构成的薄薄板结结构，呈呈空间间受力状状态，主主要承受受曲面面内的轴轴内力力，而弯弯矩和和扭矩很很小，所所以混凝凝土强强度能得得到充充分利用用。由由于是空空间结结构，强强度和和刚度都都非常常好。薄薄壳厚厚度仅为为其跨跨度的几几百分分之一。而而一一般的平平板结结构厚度度至少少是跨度度的几几十分之之一。所所以薄壳壳结构构具有自自重轻轻、省材材料、跨跨度大、外外形形多样的的优点点，可用用来覆覆盖各种种平面面形状的的建筑筑物屋顶顶。但但大多数数薄壳壳结构的的形体体较复杂杂，多多采用现现浇施施工，费费工、费费时、费费模板板，且结结构计计算较复复杂，不不宜承受受集中中荷载，这这些些缺点在在一定定程度上上影响响了它的的推广广作用。薄壳结构形式很很很多，常常用的的有筒壳壳、圆圆顶壳、双双曲曲扁壳，鞍鞍形形壳等四四种。每每种形式式的受受力特点点和产产生的空空间各各有特点点，应应根据实实际来来设计。薄壳结构的建筑筑筑造型以以各种种几何曲曲面图图形为基基本特特征，基基本形形式为圆圆筒形形、圆球球形、双双曲抛物物面形形。它与与梁、板板、架一一类结结构相比比，在在造型上上独具具特色，容容易易给人以以新奇奇感，突突出建建筑的个个性。悬索用高强钢丝丝丝做拉索索，加加上高强强的边边缘构件件以及及下部的的支承承构件，使使结结构自重重极大大地减小小，而而跨度大大大增增加。除除稳定定性相对对较差差外，是是比较较理想的的大跨跨屋盖结结构形形式。拉拉索显显示出柔柔韧的的状态，使使得得结构形形式轻轻巧且具具有动动感。柔性的悬索在自自自然状态态下不不仅没有有刚度度，其形形状也也是不确确定的的。必须须采用用敷设重重屋面面或施加加预应应力等措措施，才才能赋予予一定定的形状状，成成为在外外荷作作用下具具有必必要刚度度和形形状稳定定性的的结构。因因此此也称其其为张张力结构构。悬索结构按其外外外形和索索网的的布置方方式分分为单曲曲面曲曲面悬索索和双双曲面悬悬索，单单层悬索索和双双层悬索索等形形式。悬索结构的造型型型与薄壳壳结构构一样是是以几几何曲面面图形形为特征征，但但也有其其自身身的特点点。主主要表现现在两两个方面面：一一是悬索索只能能受拉不不能受受压，外外形大大多呈凹凹曲面面；二是是悬索索结构由由两种种不同材材料的的构件组组成，即即钢索网网和钢钢筋混凝凝土边边缘构件件，索索网的曲曲面形形式多样样，边边缘构件件形式式各异，只只要要改变其其中一一种，就就能创创造出与与基本本形式截截然不不同的造造型。膜结构是建筑结结结构中最最新发发展起来来的一一种形式式，它它以性能能优良良的织物物为材材料，或或是向向膜内充充气，由由空气压压力支支撑膜面面，或或是利用用柔性性钢索或或刚性性支撑结结构将将面绷紧紧，从从而形成成具有有一定刚刚度、能能够覆盖盖大跨跨度空间间的结结构体系系。自自从上世世纪770年代以以来来，膜结结构在在国外已已逐渐渐应用于于体育育建筑、商商场场、展览览中心心、交通通服务务设施等等大跨跨度建筑筑中。膜膜结构已已成为为大跨度度建筑筑造型的的一个个重要手手段。膜结构按其支撑撑撑方式通通常可可以分为为张拉拉式膜结结构、骨骨架式膜膜结构构，空气气支承承式膜结结构三三类。膜膜结构构重量轻轻、跨跨度大、施施工工方便，透透光光性和自自洁性性好，建建筑造造型丰富富。但但其隔声声效果果较差，耐耐久久性不好好。膜结构的空间研研研究大楼楼除了上述常用的的的结构外外，大大跨度结结构还还有组合合网架架结构、预预应应力网格格结构构、管桁桁结构构，张弦弦梁结结构等。实例分析：日本本本代代木木体育育馆代代木体育馆是是是日本建建筑大大师丹下下健三三的作品品。它它是60年代的的技技术进步步的象象征，它它脱离离了传统统的结结构和造造型，被被誉为划划时代代的作品品。代代代木国国立室室内综合合体育育馆的整整体构构成、内内部空空间以及及结构构形式，展展示示出丹下下健三三杰出的的创造造力、想想象力力和对日日本文文化的独独到理理解。它采用了高张力力力缆索为为主体体的悬索索屋顶顶结构，创创造造出带有有紧