大跨度建筑結(jié)構(gòu)形式與建筑造型實(shí)例分析建筑構(gòu)造

1、大跨度建筑結(jié)構(gòu)形式與建筑造型實(shí)例分析建筑物的跨度和規(guī)模越來(lái)越大，目前，尺度達(dá)150 m以上的超大規(guī)模建筑已非個(gè)別；結(jié)構(gòu)形式豐富多彩，采用了許多新材料和新技術(shù)， 發(fā)展了許多新的空間結(jié)構(gòu)形式。大跨度建筑通常是指跨度在 30米以上的建筑，主要用于民用建 筑的影劇院、體育場(chǎng)、展覽館、大會(huì)堂、航空港以及其他大型公共建 筑。在工業(yè)建筑中則主要用于飛機(jī)裝配車間、 飛機(jī)庫(kù)和其他大跨度廠 房。拱是古代大跨度建筑的主要結(jié)構(gòu)形式。由于拱成曲面形狀，在外 力作用下，拱內(nèi)的彎矩可以降到最小限度，主要內(nèi)力變?yōu)檩S向壓力， 且應(yīng)力分布均勻，能充分利用材料的強(qiáng)度，比同樣跨度的梁結(jié)構(gòu)斷面 小，故拱能跨越較大的空間。但是拱結(jié)構(gòu)在承

2、受荷載后將產(chǎn)生橫向推力， 為了保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定 性，必須設(shè)置寬厚堅(jiān)固的拱腳支座抵抗橫推力。 常見(jiàn)方式是在拱的兩 側(cè)作兩道厚墻來(lái)支承拱，墻厚隨拱跨增大而加厚。很明顯，這會(huì)使建 筑的平面空間組合受到約束。拱的內(nèi)力主要是軸向壓力，結(jié)構(gòu)材料應(yīng)選用抗壓性能好的材料。 古代建筑的拱主要采用磚石材料，近代建筑中，多采用鋼筋混凝土拱, 有的采用鋼衍架拱，跨度可達(dá)百米以上。拱結(jié)構(gòu)所形成的巨大空間常 常用來(lái)建造商場(chǎng)、展覽館、體育館、散裝貨倉(cāng)等建筑。剛架是橫梁和柱以整體連接方式構(gòu)成的一種門(mén)形結(jié)構(gòu)。由于梁和柱是剛性結(jié)點(diǎn)，在豎向荷載作用下柱對(duì)梁有約束作用， 因而能減少梁的 跨中彎矩。同樣，在水平荷載作用下，梁對(duì)柱也有約束

3、作用，能減少 柱內(nèi)的彎矩。剛架結(jié)構(gòu)比屋架和柱組成的排架結(jié)構(gòu)輕巧， 可以節(jié)省鋼 材和水泥。由于大多數(shù)剛架的橫梁是向上傾斜的，不但受力合理，且結(jié)構(gòu)下部的空間增大，對(duì)某些要求高大空間的建筑特別有利。同時(shí)， 傾斜的橫梁使建筑的屋頂形成折線形，建筑外輪廓富于變化。 由于剛架結(jié)構(gòu)受力合理，輕巧美觀，能跨越較大的跨度，制作 又很方便，因而應(yīng)用非常廣泛。一般用于體育館、禮堂、食堂、菜場(chǎng) 等大空間的民用建筑，也可用于工業(yè)建筑，但剛架結(jié)構(gòu)的剛度較差， 當(dāng)?shù)踯嚻鹬亓砍^(guò)100KN時(shí)不宜采用。椼架 是由桿件組成的一種格構(gòu)式結(jié)構(gòu)體系。 桿件與桿件的結(jié)合假 定為鉸結(jié)，所以在外力作用下桿件內(nèi)力為軸向力（拉力或壓力） ，而

4、且分布均勻， 故椼架結(jié)構(gòu)比梁結(jié)構(gòu)受力合理。 椼架的桿件內(nèi)力是軸向 力，而梁的內(nèi)力主要是彎矩，且分布不均勻，梁的斷面大小常以最大 彎矩處的斷面尺寸為整個(gè)梁的斷面大小， 因此梁的材料強(qiáng)度未得到充 分利用。椼架內(nèi)力分布均勻，材料強(qiáng)度能充分利用，減少材料耗量和 結(jié)構(gòu)自重， 使結(jié)構(gòu)跨度增大。 所以椼架結(jié)構(gòu)式大跨度建筑常用的一種 結(jié)構(gòu)形式，主要用于體育館、影劇院、展覽館、食堂、菜場(chǎng)、商場(chǎng)等 公共建筑。為了使椼架的規(guī)格統(tǒng)一，有利于工業(yè)化施工，建筑的平面 形式宜采用矩形或方形。 網(wǎng)架是一種由很多桿件以一定規(guī)律組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。它具有下列優(yōu) 點(diǎn)：八、桿件之間互相起支撐作用， 形成多向受力的空間結(jié)構(gòu)， 故其整體性強(qiáng)

5、、 穩(wěn)定性好、空間剛度大，有利于抗震；當(dāng)荷載作用于網(wǎng)架各節(jié)點(diǎn)上時(shí)， 桿件主要承受軸向力， 故能充分 發(fā)揮材料的強(qiáng)度， 節(jié)省材料；網(wǎng)架結(jié)構(gòu)高度小， 可以有效的利用空間； 結(jié)構(gòu)的桿件規(guī)格統(tǒng)一，有利于工廠化生產(chǎn)；網(wǎng)架形式多樣，可創(chuàng)造豐 富多彩的建筑形式。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)主要用來(lái)建造大跨度公共建筑的屋頂， 適用于多種平面形狀，如圓形、方形、三角形、多邊形等各種平面建 筑。折板結(jié)構(gòu)是以一定傾斜角度整體相連的一種薄板體系。 折板結(jié)構(gòu)通常 用鋼筋混凝土建造，也可用鋼絲網(wǎng)水泥建造。經(jīng)濟(jì)跨度9-4M。折板結(jié)構(gòu)由折板和橫隔構(gòu)件組成， 在波長(zhǎng)方向， 折板猶如一塊折 疊起伏的鋼筋混凝土連續(xù)板， 折板如同一鋼筋混凝土梁， 其強(qiáng)

6、度隨折 板的矢高（ f ）而增加。橫隔構(gòu)件的作用是將折板在支座處牢固地結(jié) 合在一起，如果沒(méi)有它，折板會(huì)坍塌而破壞。橫隔構(gòu)件可根據(jù)建筑造 型需要來(lái)設(shè)計(jì)，如鋼筋混凝土橫隔板、橫隔梁等。折板的波長(zhǎng)不宜太 大，否則板太厚，不經(jīng)濟(jì)，一般不應(yīng)大于 12M?？缍扰c波長(zhǎng)之比大于等于 1時(shí)成為長(zhǎng)折板，小于 1時(shí)成為短折板。 為了獲得良好的力學(xué)性能，長(zhǎng)折板的矢高不宜小于跨度的1/15-1 /10,短折板的矢高則不宜小于波長(zhǎng)的1/8.折板結(jié)構(gòu)呈空間受力狀態(tài)，具有良好的力學(xué)性能，結(jié)構(gòu)厚度薄， 省材料,可預(yù)置裝配,省模板,構(gòu)造簡(jiǎn)單。折板結(jié)構(gòu)可用來(lái)建造大跨 度屋頂,也可用作外墻。薄殼 結(jié)構(gòu)是用混凝土等剛性材料以各種曲面形

7、式構(gòu)成的薄板結(jié) 構(gòu)，呈空間受力狀態(tài)，主要承受曲向內(nèi)的軸內(nèi)力，而彎矩和扭矩很小， 所以混凝土強(qiáng)度能得到充分利用。由于是空間結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度和剛度都非 常好。薄殼厚度僅為其跨度的幾百分之一。 而一般的平板結(jié)構(gòu)厚度至 少是跨度的幾十分之一。所以薄殼結(jié)構(gòu)具有自重輕、省材料、跨度大、 外形多樣的優(yōu)點(diǎn)，可用來(lái)覆蓋各種平面形狀的建筑物屋頂。 但大多數(shù) 薄殼結(jié)構(gòu)的形體較復(fù)雜，多采用現(xiàn)澆施工，費(fèi)工、費(fèi)時(shí)、費(fèi)模板，且 結(jié)構(gòu)計(jì)算較復(fù)雜，不宜承受集中荷載，這些缺點(diǎn)在一定程度上影響了 它的推廣作用。國(guó)家大劇院國(guó)家大劇院殼體采用大跨度鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)部是傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié) 構(gòu)，由北京市建筑設(shè)計(jì)研究院承擔(dān)結(jié)構(gòu)計(jì)算， 中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院

8、進(jìn) 行復(fù)核。在北京市建筑質(zhì)量協(xié)會(huì)評(píng)選結(jié)構(gòu)“長(zhǎng)城杯”時(shí)， 專家評(píng)審委 員會(huì)對(duì)大劇院的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和殼體鋼結(jié)構(gòu)分階段給出了最高標(biāo)準(zhǔn)。這也是北京地區(qū)唯一獲得最高標(biāo)準(zhǔn)的殼體鋼結(jié)構(gòu)工程。姜維說(shuō)：“國(guó)家大劇院的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜， 不是規(guī)矩的剪力墻 結(jié)構(gòu)或框架結(jié)構(gòu)，而是柱子托著墻，墻架著梁，梁上又有墻。數(shù)學(xué)模型無(wú)法完全套用計(jì)算機(jī)程序。紐約TW/環(huán)球航空公司候機(jī)樓候機(jī)樓位于紐約的約翰肯尼迪機(jī)場(chǎng)，是1956年委托設(shè)計(jì)，1962年竣工的。建筑外形象展翅的大鳥(niǎo)，動(dòng)勢(shì)很強(qiáng)；屋頂由四塊澆鋼 筋混凝土殼體組合而成，幾片殼體只在幾個(gè)點(diǎn)相連，空隙處布置 天窗，樓內(nèi)的空間富于變化。這是一個(gè)憑借現(xiàn)代技術(shù)把建筑同雕 塑結(jié)合起來(lái)的

9、作品。 它極具表現(xiàn)力的混凝土外部造型和高大的內(nèi) 部空間使公眾產(chǎn)生豐富的想象， 也使它成為極富魅力的建筑之一 由于長(zhǎng)期使用，建筑已陷入反復(fù)修繕的狀態(tài)，已失去了作為一個(gè) 現(xiàn)代新建筑的典范而具有的雄偉。代代木體育場(chǎng)代代木體育館是日本建筑大師丹下健三設(shè)計(jì)的60年代的技術(shù)進(jìn)步的象征，它脫離了傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和造型，被譽(yù)為劃時(shí)代的作 品。代代木國(guó)立室內(nèi)綜合體育館的整體構(gòu)成、內(nèi)部空間以及結(jié)構(gòu) 形式，展示出丹下健三杰出的創(chuàng)造力、想象力和對(duì)日本文化的獨(dú) 到理解。采用高張力纜索為主體的懸索屋頂結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造出帶有緊 張感、力動(dòng)感的大型內(nèi)部空間。特異的外部形狀加之裝飾性的表 現(xiàn)，似乎可以追溯到作為日本古代原型的神社形式和豎穴

10、式住居， 具有原始的想象力。這可以說(shuō)是丹下健三結(jié)構(gòu)表現(xiàn)主義時(shí)期的頂 峰之作，最大限度地發(fā)揮出材料、功能、結(jié)構(gòu)、比例，直至歷史 觀高度統(tǒng)一的杰出才能。該建筑是丹下健三，也是日本現(xiàn)代建筑 發(fā)展的一個(gè)頂點(diǎn)，日本現(xiàn)代建筑甚至以此作品為界，劃分為之前 與之后兩個(gè)歷史時(shí)期。該體育館包括一座游泳館和一座球類館，1964年落成，是為1964年?yáng)|京奧運(yùn)會(huì)而建的。 兩座會(huì)館建筑都采用懸索結(jié)構(gòu)，游泳館的平面如兩個(gè)錯(cuò)置的新月型，球類館平面如蝸牛形。代代木 體育館采用新型結(jié)構(gòu)，然而又被認(rèn)為具有日本獨(dú)特的造型風(fēng)格， 因而受到廣泛贊譽(yù)“雙折板”摩天樓薩拉熱窩這座“雙折板” （diptych ）形狀的摩天樓位于薩拉熱窩的 Mariji n Dvor 區(qū).這是一個(gè)行政和商業(yè)區(qū)，建有高層建筑、議會(huì)建 筑和其他一些重要的行政樓.大廈用兩個(gè)四角形結(jié)構(gòu)組成，垂直的核心部分連接在一起，無(wú)論是垂直方向還是水平方向都有各種靈活設(shè)置的空間。 高100米的優(yōu)雅樓體充滿了多樣性和獨(dú)特性，細(xì)長(zhǎng)的身軀上有各種開(kāi)放的孔洞可以看 到Miljacka河岸。建筑的正面反映出臨近地形的體系和邏輯。大廈 的存在將分散于此的住房和周圍的山巒聯(lián)系在一起，組成了