建筑结构选型-第1章绪论.ppt

建筑结构选型,第一章绪论,内容提要,结构选型的意义结构选型的基本原则,结构选型的意义,追求建筑和结构的完美统一,结构的构件按一定规律排列，本身具有装饰效果和美学表现力。但并非结构就是美，建筑师需自然地显现和坦露结构具有美学价值的因素，对其进行艺术加工，来达到表现建筑美的目的。,意大利佛罗伦萨运动场大看台-力学和美学的统一,1.挑梁外形与弯矩（受力）图的统一（美学和力学的统一）；2.利用混凝土的可塑性对外轮廓进行艺术处理（材料和美学的统一）；3.挑梁根部椭圆三角挖空，减轻自重，且获艺术效果；4.直接显现结构的自然形体，摒弃贵重附贴式装饰材料的浓装艳抹、虚假庸俗感。,结构选型的意义,追求建筑和结构的完美统一,功能决定空间，空间排列决定结构体系，从而自然形成建筑外形。在此基础上，根据构图原理并挖掘结构的美学因素来构造艺术形象。,意大利罗马小体育宫外形-整体外观比例协调、形象优美、质朴洗练。,1.球顶下缘拱起，避免不利弯矩。同时可丰富轮廓，避免因视错觉产生下陷感；2.球顶及其顶部小圆盖、斜叉撑及其腰梁（“腰带”）等各部份划分适宜，外形比例匀称；3.小圆盖下的玻璃窗和球顶下的带形窗遥相呼应，又与屋顶、附属用房形成虚实对比；4.“腰带”在深深的背景上浮现出来，即丰富了层次，又产生了尺度感；5.斜叉撑完全暴露在外，混凝土表面不加装饰，显得刚劲有力，表现出体育特有的技巧与力量，使建筑获得强烈的个性；6.结构接近地面处，由于高度不够无法使用，于是将之划在隔墙之外，清晰地显现了结构特点，形象地表现了独具风格的艺术效果；7.穹隆的檐边，是屋面到斜撑的过渡，起承上启下的作用。其波浪起伏的外形，丰富优美而自然；8.屋顶的天窗，既满足功能需要，又恰如其分地凸起，在外观上起提神的作用。,结构选型的意义,追求建筑和结构的完美统一,好的建筑，是建筑和结构的统一，同时兼顾施工和经济因素。,意大利罗马小体育宫外形与内景-构图、相似、韵律、虚实对比，使内外和谐统一,1.球顶由预制菱形槽板拼装，上浇混凝土面层形成整体并兼作防水，板间拱肋交错形成精美图案，如盛开的秋菊，素雅高洁；2.球顶边缘支点很小，斜撑上部逐渐收细，颜色浅淡，在对应悬挂于球顶上深色吊灯的对比作用下，使球顶好象悬浮在空中，独特意境令人叹为观止；3.穹顶尺度从中到边由小到大，最外边变为三个一组的大构件，顺着拱肋走向，将力集中到支点。此轮廓与叉撑上部形成菱形，预制槽板菱形相似，但通透轻盈。此相似形状的有韵律的重复和虚实对比手法，使穹顶分外轻巧和谐；4.装配整体式结构，既省了大量模板，又保证了结构整体性，中央天窗对施工安放起重机非常理想；5.整体建筑无任何多余装饰，经济效果良好。,结构选型的基本原则,满足功能的要求,建筑物的三维尺度，体量大小和空间组合关系都应根据业主对客观空间环境的要求来确定,北京工人体育馆,如比赛体育场馆应根据运动项目定出场地的最小尺度及高度，再根据观众座位、视线要求和设备布置等定出跨度、长度和高度。,酒泉卫星发射中心火箭垂直总装测试厂房,工业建筑应考虑车间的使用性质、工艺流程、工艺设备、垂直和水平运输、通风采光等要求初步定出建筑物的跨度、开间及最低高度,总高93.75m、30多层楼高，是亚洲目前最高的单层建筑；350余吨的大门堪称亚洲第一大门。,结构选型的基本原则,满足功能的要求,建筑空间包括使用空间和非使用空间。为提高空间使用率、节省费用，必须想法减少非使用空间。,1.剖面形式应与使用空间要求相适应如体育场馆采用悬索结构体系屋盖，使场地两侧看台座位向上升高与屋盖悬索的垂度协调一致，既符合功能要求，又经济利用空间，立面造型也变成轻巧新颖的形状。,北京工人体育馆,结构选型的基本原则,满足功能的要求,对于要求在建筑物中间部份有较高空间的房屋（如散粒材料库），采用落地拱最适宜。,排架结构方案有3/5的空间不能利用，盐通过皮带运输机从屋顶天窗卸入仓库时，经常冲击磨损屋架和支撑，对钢支撑和屋架有不利影响。,散装盐库方案对比,落地拱结构方案通过选择合适的矢高和外形，建筑空间得到了较为充分的利用。建筑使用与结构形式较好结合，效果良好。,落地拱方案外形,落地拱方案内景,结构选型的基本原则,满足功能的要求,钢桁架截面高度为跨度的1/8-1/12,空间平板网架结构截面高度为跨度的1/20-1/25,肋梁楼盖梁高为跨度的1/12-1/14,密肋楼盖高度为跨度的1/19-1/22,2.尽可能减小结构体系本身所占用的空间高度如当柱距为9m时，采用肋梁体系梁高约需70cm，采用密肋体系梁高仅需约47cm，每层可减少楼层高度23cm。对30层的建筑，在同样的使用空间下，结构总高可减少30X0.23=6.9m，相当减少2个楼层的高度，经济效益明显。,结构选型的基本原则,满足功能的要求,天棚为平面时，声源反射后分散，声强衰减，建筑物较长时，可能产生回声。,1.建筑物声学条件与合理几何形体相结合结构选型应注意和善于利用结构几何体形对声学效果的影响。现代大型厅堂建筑在声学条件上要求有较好的清晰度和丰满度，要求声分布均匀并具有一定的混响时间，还要求在距声源一定距离内有足够的声强。,建筑物的使用要求与结构的合理几何形体相结合,声源停止发声后声音还继续一段时间这种现象叫做混响，这段时间叫做混响时间,曲面顶盖可使反射声聚焦，严重时会混淆听觉，曲率中心接近人体高度时，干扰最严重。,曲率半径R2H时，反射声线接近平行，可避免聚焦，应尽量采用。,曲面顶盖建筑,结构选型的基本原则,满足功能的要求,北京天坛回音壁,1.建筑物声学条件与合理几何形体相结合结构选型应注意和善于利用结构几何体形对声学效果的影响。现代大型厅堂建筑在声学条件上要求有较好的清晰度和丰满度，要求声分布均匀并具有一定的混响时间，还要求在距声源一定距离内有足够的声强。,建筑物的使用要求与结构的合理几何形体相结合,声源停止发声后声音还继续一段时间这种现象叫做混响，这段时间叫做混响时间,下垂的凹曲面屋顶，可避免聚焦,圆形或椭圆形平面容易产生声场分布不均匀、聚焦或沿边反射等缺点,结构选型的基本原则,满足功能的要求,上凸式天窗,2.采光照明与结构的合理几何图形传统天窗传力路径迂回曲折，水平构件跨中弯矩增大。天窗、挡风板凸出屋面使风载作用下，屋盖构件、柱、基础受力增大。凸出屋面的天窗重心高、刚度差、连接弱、不利于抗震。此天窗非使用空间大、天然采光照度不均匀。而下沉式天窗是利用桁架上、下之间设置，在结构受力、空间利用、采光效果方面均较传统天窗优越。,建筑物的使用要求与结构的合理几何形体相结合,下沉式天窗,结构选型的基本原则,满足功能的要求,两坡起拱钢管球节点网架,3.排水与结构的合理几何图形大跨度平板网架结构一般通过起拱来解决屋面排水问题。,建筑物的使用要求与结构的合理几何形体相结合,四坡起拱钢管球节点网架,钢管球节点及网架单元,结构选型的基本原则,满足功能的要求,3.排水与结构的合理几何图形大跨度平板网架结构一般通过起拱来解决屋面排水问题。,建筑物的使用要求与结构的合理几何形体相结合,角钢板节点网架宜采用两坡起拱,角钢板节点,结构选型的基本原则,满足功能的要求,3.排水与结构的合理几何图形大跨度平板网架结构一般通过起拱来解决屋面排水问题。,建筑物的使用要求与结构的合理几何形体相结合,正方形平面周边支承两向正交斜放交叉桁架型网架适于四坡起拱,两向正交正放交叉桁架型网架只适于两坡起拱,结构选型的基本原则,满足功能的要求,3.排水与结构的合理几何图形大跨度平板网架结构一般通过起拱来解决屋面排水问题。,建筑物的使用要求与结构的合理几何形体相结合,正交正放抽空四角锥网架起拱较方便,正交斜放抽空四角锥网架起拱较困难,结构选型的基本原则,符合力学原理,1.选择能充分发挥材料性能的结构型式,轴向受力构件，截面受力均匀，可充分发挥材料的强度,受弯构件，截面受力不均，不能充分发挥材料的强度,矩形梁截面中部材料强度未能充分发挥,将矩形梁改为工字梁，减少截面中部未能充分发挥材料强度的面积和自重。性能有所改善。,将梁改成桁架，由受弯变为轴向受力构件。性能进一步改善。,根据弯矩图中间大、两端小的特点改成拱形桁架，性能更进一步改善。,结构选型的基本原则,符合力学原理,1.选择能充分发挥材料性能的结构型式,当拱的形状合适时，拱截面只受压力，能充分发挥材料性能，因而可用砖、石等抗压强度较好的材料建造跨度较大的结构。,但拱受力时会产生支座推力，因而需设拉杆或抗推支座,结构选型的基本原则,符合力学原理,1.选择能充分发挥材料性能的结构型式,悬索结构是轴拉构件，所建成的悬索桥是目前可达到最大跨度的桥梁形成,薄壁空间结构主要也是受压，几十米的大跨度屋盖，薄壳厚度可做到只有几厘米。,悬索桥,薄壁空间屋盖,结构选型的基本原则,符合力学原理,1.选择能充分发挥材料性能的结构型式,简支梁的跨中弯矩较大,伸臂梁可减小跨中弯矩，并使材料正、负弯矩相当，构件受力趋于均匀,刚架亦可达到与伸臂梁相似的目的,伸臂桥,结构选型的基本原则,符合力学原理,2.合理地选择结构材料,木结构自重轻、强度好、易加工，但防腐防火性能差。,砖石结构抗压、防火防腐性能良好，但抗拉、抗震性能差，自重大。,钢结构承载能力大，延性、抗震性能良好，但防火、防锈、保温、隔热需特别注意。,钢筋混凝土结构承载、防腐、防火性能、可塑性好，但自重大。,结构选型的基本原则,符合力学原理,2.合理地选择结构材料,高强混凝土和预应力混凝土可减轻自重、抗裂、抗形变性能良好，但高强混凝土脆性较大，预应力混凝土技术复杂、价格较高。,轻骨料混凝土具有轻质高强、耐火耐腐、保温隔热好等优点，但拉、剪强度较低。,钢管混凝土承载能力大、韧性塑性好，但同样面临防火防锈等问题。,钢纤维混凝土结构承载、抗裂、延性好，但一次性投资高、施工工艺特殊。,结构选型的基本原则,便于施工,纽约环球航空公司候机厅薄壳结构结构图仅130幅，但模板图与支柱图却高达200张。在设计时未预想到施工的棘手问题。曾一度使用工具式移动模板来施工，但仍有很大局限性，因此法仅适用于截面形状、尺寸不变的筒壳结构,美国西雅图金郡体育馆采用十字形金属旋转胎模现浇而成，但此法仅适用于旋转薄壳，也有很大的局限性。,1.施工技术是实现先进结构形式的保障,结构选型的基本原则,便于施工,法国Marigane飞机库其屋盖由六波薄壳组成，采用装配式薄壳施工方法,薄壳结构主要受无矩的薄膜内力，材料强度可得到充分发挥，强度高、刚度大，在大跨度结构中得到广泛的应用，但需要高超的施工技术。现浇的施工方法，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动模板现浇法、十字形金属旋转胎模现浇法、装配式薄壳施工法等。第一种方法适用于筒壳结构，第二种方法适用于旋转薄壳，第三种方法为薄壳结构发展扫平了道路。,1.施工技术是实现先进结构形式的保障,结构选型的基本原则,便于施工,某厂房施工方案原设计选用18m装配式预应力薄腹梁，其质量加上吊具总共超过10t，需采用75t轮胎式起重机。此种起重机在当地只有两台，难以及时租用，且起重机自重大，在软弱地面上开行也将造成因难。后改用18m普通钢筋混凝土折线形屋架，质量仅5t多，当时已在现场使用的3-8t塔式起重机即可满足需要。,2.结构选型要考虑实际施工条件,结构选型的基本原则,考虑经济,高强混凝土用强度为60MPa的混凝土代替强度为30-40MPa的混凝土，可节约混凝土用量40，钢材39左右,预应力混凝土如果用强度为100MPa的混凝土制成预应力构件，其自重将减轻到相当于钢结构的自重。如把混凝土强度提高到l20MPa并结合预应力技术，可使混凝土结构代替大部分钢结构，并使1kg混凝土结构达到lkg钢结构的承载能力。,结构选型的基本原则,考虑经济,轻骨混凝土澳大利亚曾应用轻骨料混凝土建造了两幢50层的建筑，其中一幢为高184m、直径41m的塔式建筑，其7层以上90的楼板和柱均用钢筋轻骨料混凝土制作，使整个建筑物节省141万美元,钢管混凝土工程经验表明：采用钢管混凝土柱后，承重柱自重可减轻65左右，由于柱截面减小而相应增加使用面积，钢材消耗指标与钢筋混凝土结构接近，而工程造价与钢筋混凝土结构相比可降低15%左右，工程施工工期缩短1/3。,结构选型的基本原则,注意美观（例子详见“结构选型的意义”，此处略）,本章结束！,