建筑結(jié)構(gòu)選型-第1章緒論.ppt

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建筑結(jié)構(gòu)選型,第一章緒論,內(nèi)容提要,結(jié)構(gòu)選型的意義結(jié)構(gòu)選型的基本原則,結(jié)構(gòu)選型的意義,追求建筑和結(jié)構(gòu)的完美統(tǒng)一,結(jié)構(gòu)的構(gòu)件按一定規(guī)律排列，本身具有裝飾效果和美學表現(xiàn)力。但并非結(jié)構(gòu)就是美，建筑師需自然地顯現(xiàn)和坦露結(jié)構(gòu)具有美學價值的因素，對其進行藝術(shù)加工，來達到表現(xiàn)建筑美的目的。,意大利佛羅倫薩運動場大看臺----力學和美學的統(tǒng)一,1.挑梁外形與彎矩（受力）圖的統(tǒng)一（美學和力學的統(tǒng)一）；2.利用混凝土的可塑性對外輪廓進行藝術(shù)處理（材料和美學的統(tǒng)一）；3.挑梁根部橢圓三角挖空，減輕自重，且獲藝術(shù)效果；4.直接顯現(xiàn)結(jié)構(gòu)的自然形體，摒棄貴重附貼式裝飾材料的濃裝艷抹、虛假庸俗感。,結(jié)構(gòu)選型的意義,追求建筑和結(jié)構(gòu)的完美統(tǒng)一,功能決定空間，空間排列決定結(jié)構(gòu)體系，從而自然形成建筑外形。在此基礎上，根據(jù)構(gòu)圖原理并挖掘結(jié)構(gòu)的美學因素來構(gòu)造藝術(shù)形象。,意大利羅馬小體育宮外形----整體外觀比例協(xié)調(diào)、形象優(yōu)美、質(zhì)樸洗練。,1.球頂下緣拱起，避免不利彎矩。同時可豐富輪廓，避免因視錯覺產(chǎn)生下陷感；2.球頂及其頂部小圓蓋、斜叉撐及其腰梁（“腰帶”）等各部份劃分適宜，外形比例勻稱；3.小圓蓋下的玻璃窗和球頂下的帶形窗遙相呼應，又與屋頂、附屬用房形成虛實對比；4.“腰帶”在深深的背景上浮現(xiàn)出來，即豐富了層次，又產(chǎn)生了尺度感；5.斜叉撐完全暴露在外，混凝土表面不加裝飾，顯得剛勁有力，表現(xiàn)出體育特有的技巧與力量，使建筑獲得強烈的個性；6.結(jié)構(gòu)接近地面處，由于高度不夠無法使用，于是將之劃在隔墻之外，清晰地顯現(xiàn)了結(jié)構(gòu)特點，形象地表現(xiàn)了獨具風格的藝術(shù)效果；7.穹隆的檐邊，是屋面到斜撐的過渡，起承上啟下的作用。其波浪起伏的外形，豐富優(yōu)美而自然；8.屋頂?shù)奶齑?，既滿足功能需要，又恰如其分地凸起，在外觀上起提神的作用。,結(jié)構(gòu)選型的意義,追求建筑和結(jié)構(gòu)的完美統(tǒng)一,好的建筑，是建筑和結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一，同時兼顧施工和經(jīng)濟因素。,意大利羅馬小體育宮外形與內(nèi)景----構(gòu)圖、相似、韻律、虛實對比，使內(nèi)外和諧統(tǒng)一,1.球頂由預制菱形槽板拼裝，上澆混凝土面層形成整體并兼作防水，板間拱肋交錯形成精美圖案，如盛開的秋菊，素雅高潔；2.球頂邊緣支點很小，斜撐上部逐漸收細，顏色淺淡，在對應懸掛于球頂上深色吊燈的對比作用下，使球頂好象懸浮在空中，獨特意境令人嘆為觀止；3.穹頂尺度從中到邊由小到大，最外邊變?yōu)槿齻€一組的大構(gòu)件，順著拱肋走向，將力集中到支點。此輪廓與叉撐上部形成菱形，預制槽板菱形相似，但通透輕盈。此相似形狀的有韻律的重復和虛實對比手法，使穹頂分外輕巧和諧；4.裝配整體式結(jié)構(gòu)，既省了大量模板，又保證了結(jié)構(gòu)整體性，中央天窗對施工安放起重機非常理想；5.整體建筑無任何多余裝飾，經(jīng)濟效果良好。,結(jié)構(gòu)選型的基本原則,滿足功能的要求,建筑物的三維尺度，體量大小和空間組合關系都應根據(jù)業(yè)主對客觀空間環(huán)境的要求來確定,北京工人體育館,如比賽體育場館應根據(jù)運動項目定出場地的最小尺度及高度，再根據(jù)觀眾座位、視線要求和設備布置等定出跨度、長度和高度。,酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心火箭垂直總裝測試廠房,工業(yè)建筑應考慮車間的使用性質(zhì)、工藝流程、工藝設備、垂直和水平運輸、通風采光等要求初步定出建筑物的跨度、開間及最低高度,總高93.75m、30多層樓高，是亞洲目前最高的單層建筑；350余噸的大門堪稱亞洲第一大門。,結(jié)構(gòu)選型的基本原則,滿足功能的要求,建筑空間包括使用空間和非使用空間。為提高空間使用率、節(jié)省費用，必須想法減少非使用空間。,1.剖面形式應與使用空間要求相適應如體育場館采用懸索結(jié)構(gòu)體系屋蓋，使場地兩側(cè)看臺座位向上升高與屋蓋懸索的垂度協(xié)調(diào)一致，既符合功能要求，又經(jīng)濟利用空間，立面造型也變成輕巧新穎的形狀。,北京工人體育館,結(jié)構(gòu)選型的基本原則,滿足功能的要求,對于要求在建筑物中間部份有較高空間的房屋（如散粒材料庫），采用落地拱最適宜。,排架結(jié)構(gòu)方案有3/5的空間不能利用，鹽通過皮帶運輸機從屋頂天窗卸入倉庫時，經(jīng)常沖擊磨損屋架和支撐，對鋼支撐和屋架有不利影響。,散裝鹽庫方案對比,落地拱結(jié)構(gòu)方案通過選擇合適的矢高和外形，建筑空間得到了較為充分的利用。建筑使用與結(jié)構(gòu)形式較好結(jié)合，效果良好。,落地拱方案外形,落地拱方案內(nèi)景,結(jié)構(gòu)選型的基本原則,滿足功能的要求,鋼桁架截面高度為跨度的1/8-1/12,空間平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)截面高度為跨度的1/20-1/25,肋梁樓蓋梁高為跨度的1/12-1/14,密肋樓蓋高度為跨度的1/19-1/22,2.盡可能減小結(jié)構(gòu)體系本身所占用的空間高度如當柱距為9m時，采用肋梁體系梁高約需70cm，采用密肋體系梁高僅需約47cm，每層可減少樓層高度23cm。對30層的建筑，在同樣的使用空間下，結(jié)構(gòu)總高可減少30X0.23=6.9m，相當減少2個樓層的高度，經(jīng)濟效益明顯。,結(jié)構(gòu)選型的基本原則,滿足功能的要求,天棚為平面時，聲源反射后分散，聲強衰減，建筑物較長時，可能產(chǎn)生回聲。,1.建筑物聲學條件與合理幾何形體相結(jié)合結(jié)構(gòu)選型應注意和善于利用結(jié)構(gòu)幾何體形對聲學效果的影響?，F(xiàn)代大型廳堂建筑在聲學條件上要求有較好的清晰度和豐滿度，要求聲分布均勻并具有一定的混響時間，還要求在距聲源一定距離內(nèi)有足夠的聲強。,建筑物的使用要求與結(jié)構(gòu)的合理幾何形體相結(jié)合,聲源停止發(fā)聲后聲音還繼續(xù)一段時間．這種現(xiàn)象叫做混響，這段時間叫做混響時間．,曲面頂蓋可使反射聲聚焦，嚴重時會混淆聽覺，曲率中心接近人體高度時，干擾最嚴重。,曲率半徑R2H時，反射聲線接近平行，可避免聚焦，應盡量采用。,曲面頂蓋建筑,結(jié)構(gòu)選型的基本原則,滿足功能的要求,北京天壇回音壁,1.建筑物聲學條件與合理幾何形體相結(jié)合結(jié)構(gòu)選型應注意和善于利用結(jié)構(gòu)幾何體形對聲學效果的影響。現(xiàn)代大型廳堂建筑在聲學條件上要求有較好的清晰度和豐滿度，要求聲分布均勻并具有一定的混響時間，還要求在距聲源一定距離內(nèi)有足夠的聲強。,建筑物的使用要求與結(jié)構(gòu)的合理幾何形體相結(jié)合,聲源停止發(fā)聲后聲音還繼續(xù)一段時間．這種現(xiàn)象叫做混響，這段時間叫做混響時間．,下垂的凹曲面屋頂，可避免聚焦,圓形或橢圓形平面容易產(chǎn)生聲場分布不均勻、聚焦或沿邊反射等缺點,結(jié)構(gòu)選型的基本原則,滿足功能的要求,上凸式天窗,2.采光照明與結(jié)構(gòu)的合理幾何圖形傳統(tǒng)天窗傳力路徑迂回曲折，水平構(gòu)件跨中彎矩增大。天窗、擋風板凸出屋面使風載作用下，屋蓋構(gòu)件、柱、基礎受力增大。凸出屋面的天窗重心高、剛度差、連接弱、不利于抗震。此天窗非使用空間大、天然采光照度不均勻。而下沉式天窗是利用桁架上、下之間設置，在結(jié)構(gòu)受力、空間利用、采光效果方面均較傳統(tǒng)天窗優(yōu)越。,建筑物的使用要求與結(jié)構(gòu)的合理幾何形體相結(jié)合,下沉式天窗,結(jié)構(gòu)選型的基本原則,滿足功能的要求,兩坡起拱鋼管球節(jié)點網(wǎng)架,3.排水與結(jié)構(gòu)的合理幾何圖形大跨度平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一般通過起拱來解決屋面排水問題。,建筑物的使用要求與結(jié)構(gòu)的合理幾何形體相結(jié)合,四坡起拱鋼管球節(jié)點網(wǎng)架,鋼管球節(jié)點及網(wǎng)架單元,結(jié)構(gòu)選型的基本原則,滿足功能的要求,3.排水與結(jié)構(gòu)的合理幾何圖形大跨度平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一般通過起拱來解決屋面排水問題。,建筑物的使用要求與結(jié)構(gòu)的合理幾何形體相結(jié)合,角鋼板節(jié)點網(wǎng)架宜采用兩坡起拱,角鋼板節(jié)點,結(jié)構(gòu)選型的基本原則,滿足功能的要求,3.排水與結(jié)構(gòu)的合理幾何圖形大跨度平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一般通過起拱來解決屋面排水問題。,建筑物的使用要求與結(jié)構(gòu)的合理幾何形體相結(jié)合,正方形平面周邊支承兩向正交斜放交叉桁架型網(wǎng)架適于四坡起拱,兩向正交正放交叉桁架型網(wǎng)架只適于兩坡起拱,結(jié)構(gòu)選型的基本原則,滿足功能的要求,3.排水與結(jié)構(gòu)的合理幾何圖形大跨度平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一般通過起拱來解決屋面排水問題。,建筑物的使用要求與結(jié)構(gòu)的合理幾何形體相結(jié)合,正交正放抽空四角錐網(wǎng)架起拱較方便,正交斜放抽空四角錐網(wǎng)架起拱較困難,結(jié)構(gòu)選型的基本原則,符合力學原理,1.選擇能充分發(fā)揮材料性能的結(jié)構(gòu)型式,軸向受力構(gòu)件，截面受力均勻，可充分發(fā)揮材料的強度,受彎構(gòu)件，截面受力不均，不能充分發(fā)揮材料的強度,矩形梁截面中部材料強度未能充分發(fā)揮,將矩形梁改為工字梁，減少截面中部未能充分發(fā)揮材料強度的面積和自重。性能有所改善。,將梁改成桁架，由受彎變?yōu)檩S向受力構(gòu)件。性能進一步改善。,根據(jù)彎矩圖中間大、兩端小的特點改成拱形桁架，性能更進一步改善。,結(jié)構(gòu)選型的基本原則,符合力學原理,1.選擇能充分發(fā)揮材料性能的結(jié)構(gòu)型式,當拱的形狀合適時，拱截面只受壓力，能充分發(fā)揮材料性能，因而可用磚、石等抗壓強度較好的材料建造跨度較大的結(jié)構(gòu)。,但拱受力時會產(chǎn)生支座推力，因而需設拉桿或抗推支座,結(jié)構(gòu)選型的基本原則,符合力學原理,1.選擇能充分發(fā)揮材料性能的結(jié)構(gòu)型式,懸索結(jié)構(gòu)是軸拉構(gòu)件，所建成的懸索橋是目前可達到最大跨度的橋梁形成,薄壁空間結(jié)構(gòu)主要也是受壓，幾十米的大跨度屋蓋，薄殼厚度可做到只有幾厘米。,懸索橋,薄壁空間屋蓋,結(jié)構(gòu)選型的基本原則,符合力學原理,1.選擇能充分發(fā)揮材料性能的結(jié)構(gòu)型式,簡支梁的跨中彎矩較大,伸臂梁可減小跨中彎矩，并使材料正、負彎矩相當，構(gòu)件受力趨于均勻,剛架亦可達到與伸臂梁相似的目的,伸臂橋,結(jié)構(gòu)選型的基本原則,符合力學原理,2.合理地選擇結(jié)構(gòu)材料,木結(jié)構(gòu)自重輕、強度好、易加工，但防腐防火性能差。,磚石結(jié)構(gòu)抗壓、防火防腐性能良好，但抗拉、抗震性能差，自重大。,鋼結(jié)構(gòu)承載能力大，延性、抗震性能良好，但防火、防銹、保溫、隔熱需特別注意。,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)承載、防腐、防火性能、可塑性好，但自重大。,結(jié)構(gòu)選型的基本原則,符合力學原理,2.合理地選擇結(jié)構(gòu)材料,高強混凝土和預應力混凝土可減輕自重、抗裂、抗形變性能良好，但高強混凝土脆性較大，預應力混凝土技術(shù)復雜、價格較高。,輕骨料混凝土具有輕質(zhì)高強、耐火耐腐、保溫隔熱好等優(yōu)點，但拉、剪強度較低。,鋼管混凝土承載能力大、韌性塑性好，但同樣面臨防火防銹等問題。,鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)承載、抗裂、延性好，但一次性投資高、施工工藝特殊。,結(jié)構(gòu)選型的基本原則,便于施工,紐約環(huán)球航空公司候機廳薄殼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖僅130幅，但模板圖與支柱圖卻高達200張。在設計時未預想到施工的棘手問題。曾一度使用工具式移動模板來施工，但仍有很大局限性，因此法僅適用于截面形狀、尺寸不變的筒殼結(jié)構(gòu),美國西雅圖金郡體育館采用十字形金屬旋轉(zhuǎn)胎?，F(xiàn)澆而成，但此法僅適用于旋轉(zhuǎn)薄殼，也有很大的局限性。,1.施工技術(shù)是實現(xiàn)先進結(jié)構(gòu)形式的保障,結(jié)構(gòu)選型的基本原則,便于施工,法國Marigane飛機庫其屋蓋由六波薄殼組成，采用裝配式薄殼施工方法,薄殼結(jié)構(gòu)主要受無矩的薄膜內(nèi)力，材料強度可得到充分發(fā)揮，強度高、剛度大，在大跨度結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應用，但需要高超的施工技術(shù)?，F(xiàn)澆的施工方法，因耗模多、速度慢而具有很大的局限性。常用方法有工具式移動模板現(xiàn)澆法、十字形金屬旋轉(zhuǎn)胎?，F(xiàn)澆法、裝配式薄殼施工法等。第一種方法適用于筒殼結(jié)構(gòu)，第二種方法適用于旋轉(zhuǎn)薄殼，第三種方法為薄殼結(jié)構(gòu)發(fā)展掃平了道路。,1.施工技術(shù)是實現(xiàn)先進結(jié)構(gòu)形式的保障,結(jié)構(gòu)選型的基本原則,便于施工,某廠房施工方案原設計選用18m裝配式預應力薄腹梁，其質(zhì)量加上吊具總共超過10t，需采用75t輪胎式起重機。此種起重機在當?shù)刂挥袃膳_，難以及時租用，且起重機自重大，在軟弱地面上開行也將造成因難。后改用18m普通鋼筋混凝土折線形屋架，質(zhì)量僅5t多，當時已在現(xiàn)場使用的3-8t塔式起重機即可滿足需要。,2.結(jié)構(gòu)選型要考慮實際施工條件,結(jié)構(gòu)選型的基本原則,考慮經(jīng)濟,高強混凝土用強度為60MPa的混凝土代替強度為30-40MPa的混凝土，可節(jié)約混凝土用量40％，鋼材39％左右,預應力混凝土如果用強度為100MPa的混凝土制成預應力構(gòu)件，其自重將減輕到相當于鋼結(jié)構(gòu)的自重。如把混凝土強度提高到l20MPa并結(jié)合預應力技術(shù)，可使混凝土結(jié)構(gòu)代替大部分鋼結(jié)構(gòu)，并使1kg混凝土結(jié)構(gòu)達到lkg鋼結(jié)構(gòu)的承載能力。,結(jié)構(gòu)選型的基本原則,考慮經(jīng)濟,輕骨混凝土澳大利亞曾應用輕骨料混凝土建造了兩幢50層的建筑，其中一幢為高184m、直徑41m的塔式建筑，其7層以上90％的樓板和柱均用鋼筋輕骨料混凝土制作，使整個建筑物節(jié)省141萬美元,鋼管混凝土工程經(jīng)驗表明：采用鋼管混凝土柱后，承重柱自重可減輕65％左右，由于柱截面減小而相應增加使用面積，鋼材消耗指標與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)接近，而工程造價與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比可降低15%左右，工程施工工期縮短1/3。,結(jié)構(gòu)選型的基本原則,注意美觀（例子詳見“結(jié)構(gòu)選型的意義”，此處略）,本章結(jié)束！,