现代建筑结构-建筑结构选型课件

中南大学丁发兴副教授、博士2008年5月6日现代建筑结构

提纲建筑篇桥梁篇大跨度建筑超高层建筑巨型建筑简支梁、连续梁桥刚构桥拱桥斜拉桥悬索桥国家大剧院毗邻天安门广场，占地面积达490,485平方英尺。它由玻璃与钛金属制成，看上去就像漂浮在人工湖上一样。矗立于北京闹市区与古代建筑群之中的国家大剧院饱受非议，北京市民认为它与北京的建筑格格不入，这些建筑包括人民纪念碑、人民大会堂以及天安门。法国设计师保罗安德烈（PaulAndreu）的建筑作品从来不缺乏争议，例如他在1974年所设计的法国戴高乐机场一号候机厅就因其反常规的弧线而受到非议。尽管如此，戴高乐机场仍然以其开创性的未来主义风格而独树一帜。（机场二号候机厅也是安德烈的作品，它曾于2004年倒塌，四人因此遇难。）国家大剧院包括三个大厅，拥有2416个座位的歌剧厅，拥有2017个座位的音乐厅，和拥有1040个座位的剧院。国家大剧院国家大剧院国家大剧院5大特色1、规模大

国家大剧院建成后，将成为中国最大的剧院，是中国最高艺术表演中心和首都新时代的标志性建筑。

2、功能全

除了办公区和剧场外，大剧院内部还有各类化妆间、练琴房、演员候场区、换装间、服装整烫间、道具间、演员休息厅等，功能齐全。

3、技术高

大剧院地下最深处达到32.5米，这一深度地下水的浮力足以让庞大的大剧院壳体漂浮起来，为此工程地质和水文方面的专家联合攻关，最终解决了这一难题。同时，大剧院外壳使用连续的钢网架结构，中间没有任何支撑，是国内同类建筑中跨度最大的。

4、声音真

大剧院在3个表演厅演出歌剧、交响乐等时都采用自然音响，不用麦克风。“在舞台中央撕张纸，坐在最后一排的观众都听得见。”

5、通讯灵

大剧院的设计者克服了剧院“钢盖”造成的屏蔽等技术难题，使得所有观众无论是使用全球通、联通还是小灵通设备，都能在剧院内实现无障碍通话；同时，演出期间剧场内观众的所有移动通信设备又将自动“失灵”。

国家游泳中心(水立方)

该方案由中国建筑工程总公司、澳大利亚PTW建筑师事务所、ARUP澳大利亚有限公司联合设计。方案取名[H2O]3(水的立方)“水”的主题，有机地融入了内部的活动、结构的形式和建筑的外观。

设计者从水分子和水泡的微观结构，演绎出一种新型的刚性结构体系，表面覆盖的ETFE透明膜又赋予了建筑冰晶状的外貌。设计者发挥了中国传统的空间观、宇宙观和建筑观，将建筑形体设计为单纯的“方”，同中国文化传统相呼应。方案中方形的建筑轮廓和国家体育场圆形的轮廓形成了较好的呼应，又非常协调。奥运会比赛、日常体育赛事和娱乐活动的需要在方案中也得到了充分的考虑，多项水上运动设施的设计，为赛前赛后商业运营奠定了基础。国家游泳中心(水立方)

水立方方案简介作为2008年北京奥运会标志性建筑物之一，国家游泳中心总建筑面积65000～80000平方米，其中地下部分的建筑面积不少于15000平方米。国家游泳中心主要由五个特殊区域组成，即竞赛区、运动员及随队官员区、竞赛管理区、贵宾区、媒体区。

国家游泳中心位于北京奥林匹克公园内，规划建设用地62950平方米。2008年北京奥运会三大标志性建筑物，国家体育场、国家体育馆、国家游泳中心，都规划在北京奥林匹克公园内。国家游泳中心与国家体育场分列于中轴线的两侧，北侧紧邻国家体育馆，三者分列于中轴线的两侧，烘托北京城市中轴线的雄伟壮阔，体现深厚的文化内涵，共同形成相对完整的城市形象。国家游泳中心东侧为规划中轴线绿化广场，南侧与北顶娘娘庙之间为绿化缓冲空间。按照体育设施向社会化、产业化发展的指导思想，国家游泳中心将建成为具有国际先进水平的、集游泳、运动、健身、休闲于一体的中心，将成为奥林匹克运动留给北京的宝贵遗产和北京城市建设新亮点。2008年奥运会期间，国家游泳中心承担游泳、跳水、花样游泳、水球等比赛，可容纳观众坐席17000座，其中永久观众坐席为6000座，奥运会期间增设临时性座位11000个(赛后将拆除)。奥运会后，游泳中心仍可承担重大水上比赛（如：残奥会、世界游泳、跳水锦标赛）、各类常规赛事。国家游泳中心(水立方)

水立方项目概况1洁净能源的合理高效利用。国家游泳中心定位于绿色建筑来设计，吸收太阳辐射和减少热量损耗，使大部分阳光可以照入室内，作为游泳池内池水的被动热源（被动式太阳暖房），池水加热所需52%的能源由清洁能源供应。设计采用热值材料的热量储存和随季节变化的内遮阳方案来充分利用太阳能，白天能够有效收集热量，夜晚热量被释放到建筑物内部。同时将应用国际最先进的小规模光伏发电并网系统进行太阳能光电利用。

2室内环境的优化措施充分利用了自然通风和自然采光，编制了《国家游泳中心外立面环境设计最终方案》，对游泳馆内的不同区域实现分区温度、湿度控制，为运动员和观众提供舒适的室内环境。同时，还采用了高效的防结露措施，完善的热回收系统以减少能源消耗。国家游泳中心(水立方)

水立方特点3水资源的合理回收利用采用接水和水循环敏感性设计的原则，通过将水在美学和生态学方面的运用，以加强设计中“水”的概念。充分考虑雨洪利用和中水回用，地面排水系统和景观绿化密切结合，最大限度地有效利用和再利用水资源，保护当地水环境。采用先进的水处理系统确保水质达到国家标准、国家泳联（FINA）以及世界卫生组织(WHO)的严格标准。

4新型环保节能产品的选用采用“可持续发展力评估”的SPEAR评估体系指导设计，建筑材料、装修材料及制成品均选用节能环保型产品，符合国家相关技术指标及以《奥运工程环保指南》的要求，以尽可能减少对市内外环境的污染。国家游泳中心(水立方)

水立方特点奥林匹克公园效果图鸟瞰

商业区入口

坐席

国家体育场

为让北京奥运会主会场这个有着91000个座位的、可能是至今最大的环保型体育场获得自然通风,建筑师从自然中获得了灵感,独创了一个未完全密封,但同样能为观众和运动员遮风挡雨的外壳。体育场的外观犹如一个由枝条编织而成的鸟巢;而其内部,从休息室到饭店,每一个分开的空间都是一个独立的单元,从而使自然空气的流通成为可能。国家体育场

建筑特点

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258,000平方米。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。国家体育场

工程概况北京国际机场

北京首都国际机场3号航站楼位于北京市东北方，距市中心约25公里，位于1、2号航站楼的东侧，总建筑面积约100万㎡，是目前为止，世界上最大的单体航站楼。

从空中俯视犹如一条巨龙昂首卧于首都北京的东北方向，形成了充满整体动感的建筑体量。这种完整的建筑格局无论是在室内还是室外，都将形成令人震撼的出行体验。设计年旅客吞吐量4300万人次，可停靠当今世界民用航空包括空客A380在内的所有机型。3号航站楼南北向长2900米，宽790米，建筑高度45米，由T3C、T3D和T3E三部分组成。北京当代MOMA(LINKEDHYBRID)

作为全国最具流行色彩的城市，北京吸引了很多知名建筑大师成就事业。入选的北京长城脚下的公社是由１２名亚洲杰出建筑师设计建造的当代建筑艺术作品。北京当代ＭＯＭＡ的设计表明了环保创新技术在住宅中应用和它所代表的建筑发展新趋势，堪称大型可持续发展住宅建筑的典范。

北京当代MOMA(LINKEDHYBRID)

北京当代MOMA占地160万平方英尺，其所拥有的700间公寓将满足2500人的住房需求。作为大型可持续发展住宅的模型，当代MOMA将建成全球首屈一指的地热温控系统。当代MOMA共有八幢建筑，一个贯穿每幢建筑二十楼的环形服务区（如咖啡馆、洗衣店等）将所有建筑相连接。双向水管系统将地下100米出的水抽上来，并在各层间巡回流通。

这个水循环系统就像一个巨大的温度调节器，不需要空调就可以实现夏天降温冬天升温的效果。同时，每间公寓都将配备污水循环系统，北京的许多小型建筑已经开始使用这种系统，即将厨房与洗涤废水用于冲厕。

上海崇明东滩生态城(DongtanEcoCity)

崇明东滩生态城由上海工业投资集团投资开发，定于2040年竣工，其规模相当于整个曼哈顿。建成后的东滩生态城将成为全球首座能够实现完全自己自足的国际都市。同曼哈顿一样，东滩生态城也坐落于一座岛屿上，即中国第三大岛屿崇明岛。长江边的东滩将会与上海一样繁荣。

东滩生态城的一期工程将于2010年上海世博会召开的时候竣工，届时将有5万人成为生态城的居民。接下去五年的目标包括以下三个方面：污水净化系统、垃圾管理与能源再生。东滩生态城将建成各种交通体系与上海相接连。

厦门大学

中美城市对比

上海中央公园纽约中央公园

中国联通黑龙江分公司枢纽大楼

结构：钢管混凝土高度：150米建筑面积：36000平方米楼层：地下3层、地上34层建设单位：中国联通黑龙江分公司设计单位：上海民用建筑设计院

黑龙江省邮电设计院施工单位：哈尔滨正大建筑集团

黑龙江省安装公司

哈尔滨善桐钢管砼结构开发公司上海世界金融中心大厦

101层高的上海环球金融中心将在高楼林立的上海浦东陆家嘴金融区拔地而起。2008年竣工时，它将成为全球最高的建筑物。

建造摩天大楼的巨大挑战在于如何设计出能够抵御高空强风的建筑结构。设计师开创性地在大楼顶部截出一块矩形空心以减少风压。同时这也造就了全球最高的户外观景台——从100层楼高的地方远眺，会不会晕倒呢。

新央视大楼

新央视大楼

CCTV新大楼的设计颠覆了摩天大楼的概念。它打破了北京的建筑规范，所以需要专家审议小组的批准。CCTV新大楼不符合建筑力学的标准，它由两座倾斜的塔楼构成，上下两个端部呈90度弯曲并相互连接成一个环。工程师的解决方法是建造一个斜向支撑的建筑管道。这一不规则的斜肋构架体系反映了管道表面的受力分布状况。这座由Rem

Koolhaas和OleScheeren

设计，OveArup负责建造的大楼重新定义了摩天大楼的概念。

巨型结构的特点和应用

巨型结构是由大型构件(巨型梁、巨型柱和巨型支撑)组成的主结构与常规结构构件组成的次结构共同工作的一种新型结构体系。从平面整体看：满足尽量开展的原则，发挥材料性能从结构角度看：具有巨大抗侧刚度及整体工作性能，合理的高耸结构形式从建筑角度看：巨型结构满足具有特殊形态和使用功能的建筑平立面要求按主要受力体系形式划分巨型桁架结构巨型框架结构巨型悬挂结构巨型分离式结构按材料分巨型钢筋混凝土结构巨型钢-混凝土结构巨型钢-钢筋混凝土混合结构巨型钢结构巨型结构的优点传力明确满足建筑功能整体性能好可将多种结构形式及不同材料进行组合施工速度快节约材料降低造价巨型桁架体系香港中国银行大厦由贝聿铭建筑师事务所设计，1990年完工；总建筑面积12.9万平方米，地上70层，总高369米；结构采用4角12层高的巨形钢柱支撑，室内无一根柱子。典型工程实例巨型框架-支撑结构体系北京电视中心综合业务大楼北京电视中心综合业务楼工程于2002年12月12日奠基开工，2005年7月18日封顶。建筑高236.4米，地上41层，为国内首座纯钢结构超高层建筑。典型工程实例巨型钢框架结构体系－上海证券大厦上海证券大厦是一座集建筑美学与现代科学为一体的智能型建筑，大厦由加拿大WZMH建筑设计事务所设计，采用敞开式巨门的造型，在西端建筑之间凌空横跨63米大型天桥。立面外罩银白色铝合金板的米字型网，显露出全钢结构的稳重与坚固，整个建筑极富时代感。“超级金字塔”日本东京是地球上人口密度最大的城市之一，为了解决未来人口居住问题，斯坦福大学的意大利建筑师丹特·比尼打算在日本东京海湾建一座史无前例的“超级金字塔”——它将有2004米高，总占地面积约8平方公里，将是埃及的吉萨金字塔的12倍。“金字塔”高2004米，是埃及金字塔12倍大将建造在东京海湾，其外观呈金字塔形状，但高度却达到惊人的2004米，总占地面积约8平方公里，基底周长为2800米。矗立在东京海湾上，完全不占用宝贵的土地资源。

“超级金字塔”总共为8层，1至4层商住两用，5至8层设有娱乐和公共设施，每层高度为250.5米，合计正好2004米。在金字塔中总建筑面积达到50平方公里，将建造24万套公寓、商业中心、广场、学校和医院，堪称一座名副其实的“金字塔城”。

36根巨柱当地基，由55个“小金字塔”堆成每个塔内都建摩天楼，将密布138公里管道中空管道充当街道，24小时通高速地铁塔内可住75万人，能源能自给自足用碳纳米材料建造，计划由机器人施工老式铁路简支梁

新式铁路简支梁

简支梁桥

连续梁桥

秦沈客运专线跨305国道组合梁桥

秦沈客运专线跨102国道组合梁桥

盐城桥赵州桥

赵州桥

赵州桥原名安济桥，俗称大石桥，建于隋炀帝大业年间(595~605年)，至今已有1400年的历史，是当今世界上最古老的石拱桥。石拱桥是用石块拼砌成弯曲的拱作为桥身，上面修成平坦的桥面，以行车走人。而赵州桥的特点是“敞肩式”，即在大拱的两肩上再辟小拱，是石拱桥结构中最先进的一种。她是世界上现存年代最久、单孔跨度最大、保存最完整的一座敞肩型石拱桥，被世人公认为“天下第一桥”。赵州桥正名安济桥，俗称大石桥。其设计者是隋朝匠师李春。赵州桥是正常的交通运输桥，它的桥身弧线优美，远眺犹如苍龙飞驾，又似长虹饮涧。尤其具有艺术特色的是栏板以及望栓上的浮雕。充分显示了隋代矫健、俊逸、浑厚、严整的石雕风貌。整个大桥堪称一件精美的艺术珍品，称得上是隋唐时代石雕艺术的精品。

张家界观音桥

大桥全长488m，桥宽20m，通航孔为4×52m轻型石砌板肋拱桥。拱上构造采用造型美观的43×5m的连续腹拱，其连拱总长度为国内之最。

张家界鹭鸶湾澧水大桥

大桥全长380.8m，桥宽21m，主拱为6×48m轻型石砌板肋拱桥。大桥完成了国内最大直径（φ500cm）无承台挖孔桩墩和人行道3m大悬臂，使传统石拱桥实现了结构轻型化。

黄虎港桥

大桥建成于1959年12月，主跨60m。是新中国建成的第一座大跨径空腹式石拱桥。设计荷载汽－13，拖－60湘西乌巢河大桥

大桥为空腹式双肋石拱桥，主跨120米，桥长131米，桥面宽8米，桥高42米，该桥于1990年完成，设计荷载汽车－15，挂－80。深圳彩虹（北站）大桥

位于广东省深圳市，全长1.2公里，宽23.5米。主跨为150米下承式钢管混凝土系杆拱桥，跨越火车北站29股道。该工程的成功之处在于结构体系创新。主拱、桥墩、桥面均采用组合结构，是首座钢-混凝土全组合结构大跨桥梁；预应力钢-混凝土空心板桥面设计，具有独创性；实现了桥梁建设"轻型大跨、预制装配、施工快速、关注环境"的目标。它是大跨度桥梁和高层建筑中一种经济的结构形式，特别适合我国国民经济可持续发展的国情。

四川旺苍县东河桥采用CFST拱桥L=115m

贵州北盘江铁路桥

贵州剑河桥

贵州江界河大桥武汉江汉三桥丫髻沙大桥夜景鸳鸯江大桥上海卢浦大桥

长沙黑石铺大桥

大桥全长3068米，其中主桥长1815米，桥面宽29米至34米，设计双向6车道，通行时速100公里。大桥桥型为三跨中承式钢管拱桥。大桥形如彩虹，造型优美。苏通大桥世界第一跨径斜拉桥!世界最大群桩基础!世界最长斜拉索!世界最高索塔!

苏通大桥苏通大桥苏通大桥由跨江大桥和南北引线组成，全长32.42km，其中跨江大桥长8146m，北岸接线长约15.1km，南岸接线长约9.18km。跨江大桥包括主桥、辅桥和南北引桥。其中主桥为2088m，主跨为1088m的双塔双索面钢箱梁斜拉桥，辅桥为主跨268m的预应力混凝土刚构桥，引桥为跨径30m、50m、75m的预应力混凝土连续箱梁桥。

苏通大桥

苏通大桥连接南通与苏州两市，全长32.4公里，总投资约85亿元，由跨江大桥工程和南、北岸接线工程三部分组成，大桥主跨1088米，为世界最大跨径斜拉桥，创造了最深桥