大跨建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)思與結(jié)構(gòu)選型讀書筆記

1、讀書筆記大空間公共建筑結(jié)構(gòu)與建筑有著密切的關(guān)系，建筑的形象及構(gòu)筑，以及建筑的空間，都與結(jié)構(gòu)形式息息相關(guān)。結(jié)構(gòu)本身制約著建筑的外觀造型，影響著建筑的構(gòu)筑方式以及建設(shè)成本，在一定程度上影響或限制了設(shè)計師的構(gòu)思。但是，如果掌握各種結(jié)構(gòu)形式的特點并很好地利用，就可以由被動變主動，創(chuàng)作出別具特色的建筑作品。總之，建筑與結(jié)構(gòu)在大空間公共建筑設(shè)計中有著很強的依存、制約和促進的關(guān)系。在我國，自從實施改革開放政策以來，大空間建筑發(fā)展迅速，并出現(xiàn)了很多聞名世界的建筑。其中，體育建筑是重要的一份子。例如深圳體育館和吉林冰球館，都以其特殊的造型和結(jié)構(gòu)形式被人們所熟知。博覽建筑也因其重要的作用迅速發(fā)展，其中由于功能要求

2、，大空間博覽建筑如雨后春筍般出現(xiàn)。還有交通建筑，特別是航空港建筑發(fā)展迅速，規(guī)模巨大。幾乎我國各省市中心城市都建設(shè)起現(xiàn)代化機場候機樓。這些機場采用了各種結(jié)構(gòu)形式，造型多種多樣，成為現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)的一個重要展示場。國外經(jīng)濟發(fā)達國家的大空間公共建筑有著更長的歷史和卓越的成就，羅馬小體育館和利雅得體育場、墨西哥城咖啡廳都以其獨特的造型、結(jié)構(gòu)形式和新材料新技術(shù)的應(yīng)用得到世界各國的關(guān)注?，F(xiàn)實表明，大空間建筑的構(gòu)筑都與結(jié)構(gòu)形式關(guān)系密切，不同的結(jié)構(gòu)形式有著各自的特點，我們只有掌握了它們的優(yōu)點和缺點，才能更好的利用它們，創(chuàng)作出更好的作品。一、 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)點：用鋼量比桁架等平面結(jié)構(gòu)少得多，重量輕，施工簡便（螺栓球節(jié)

3、點），工期短，造價低，抗震性能好，剛度大等等。適用范圍：廣泛，小至一二十米的雨篷，大至上百米的屋蓋。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)對建筑平面空間布局的制約相對較小，外觀輕快平直，對建筑體型影響也較小，給建筑創(chuàng)作留有較大的構(gòu)思余地。發(fā)展現(xiàn)狀：在我國，經(jīng)過多年的研究和大量實踐的檢驗修正，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計理論已比較成熟，并培育了比較強大的設(shè)計和理論研究隊伍，足以勝任各種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)。施工技術(shù)較成熟，經(jīng)驗豐富，并形成了專業(yè)化生產(chǎn)和施工的廠家。二、 網(wǎng)殼優(yōu)點：靠空間體形受力，工廠生產(chǎn)構(gòu)件現(xiàn)場組裝的施工方便、快速，受力合理，剛度大，自重輕，體形美觀多變，技術(shù)經(jīng)濟指標好。形式：球面網(wǎng)殼、雙曲面扁網(wǎng)殼、柱面網(wǎng)殼、扭網(wǎng)殼（雙曲拋物線

4、面網(wǎng)殼），并有多種組合形式。缺點：因為網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)只有保持合理的空間體形才具備受力合理的特點，所以，對建筑的平面空間形狀有很強的制約作用，對建筑體形有決定性的影響。三、 懸索結(jié)構(gòu)受力特點：將結(jié)構(gòu)內(nèi)力的拉壓分開，分別由長于受拉的鋼索和長于受壓的鋼筋混凝土或木結(jié)構(gòu)承受拉力和壓力，發(fā)揮各自專長。優(yōu)點：受力合理，耗材省。建筑輪廓流暢，形體優(yōu)美。我國發(fā)展現(xiàn)狀：輪輻式雙層索系、雙曲拋物面索系、索桁架平面索系、索桁架空間索系、單層平面索系、傘形單層輻射索系、懸掛索網(wǎng)、斜拉屋蓋，以及組合式索網(wǎng)屋蓋。四、 薄膜結(jié)構(gòu)優(yōu)點：材質(zhì)輕薄透光、表面光潔亮麗、形狀飄逸多變。缺點：膜材造價較高，使用壽命相對較短。大跨結(jié)構(gòu)發(fā)展的動

5、因和條件1、 經(jīng)濟發(fā)展和社會需求2.材料3.計算理論4.計算工具5.施工技術(shù)建筑與結(jié)構(gòu) 大空間公共建筑與結(jié)構(gòu)的依存和制約關(guān)系十分顯著，其強度遠大于一般中小跨度建筑，其關(guān)系更應(yīng)深入探討。（一） 結(jié)構(gòu)對建筑的制約其主要表現(xiàn)：1、 空間和形體2、 界面和形象3、 形式美的表達（二） 建筑與結(jié)構(gòu)的相互促進大空間公共建筑對結(jié)構(gòu)的最主要要求就是形式多樣化，為建筑創(chuàng)作提供得心應(yīng)手的手段，這是建筑對結(jié)構(gòu)的最大促進。反之，當結(jié)構(gòu)技術(shù)取得突破，就為建筑設(shè)計創(chuàng)造了更大的創(chuàng)作余地，促進建筑的發(fā)展。（三） 結(jié)構(gòu)與建筑的相對關(guān)系建筑創(chuàng)作的核心在于創(chuàng)造人工空間，滿足人們的物質(zhì)和精神需要，結(jié)構(gòu)創(chuàng)作的核心是實體，是構(gòu)筑空間的有

6、形物質(zhì)?？臻g與實體相互依存，但空間是主角，是建筑的目的，實體是服務(wù)于空間的物質(zhì)手段?？梢娖渲鲝牡匚环置?。（四） 結(jié)構(gòu)與建筑的矛盾 建筑創(chuàng)作貴在創(chuàng)新，個性化則是其重要的體現(xiàn)。個性化要求不僅在于它與周圍其他建筑應(yīng)有明顯的區(qū)別，更在于它與同類建筑相比有自己的鮮明個性，不落雷同，這可能是大空間公共建筑創(chuàng)作的最大難點。建筑個性化創(chuàng)作直接涉及到結(jié)構(gòu)，要求結(jié)構(gòu)形式靈活多樣，為建筑創(chuàng)作提供較廣泛的自由選擇和加工改造的余地。然而，現(xiàn)實情況是流行的結(jié)構(gòu)形式同需要相比很有限，同多樣化的需求差距較大，矛盾比較突出。這或許就是大空間公共建筑與結(jié)構(gòu)的最本質(zhì)的矛盾。建筑師與工程師 建筑工程是多學(xué)科知識的凝聚和多種專業(yè)技術(shù)的

7、綜合，它既需要專業(yè)分工和細化，做精深的技術(shù)工作，更需要專業(yè)間的密切合作，創(chuàng)作出融合協(xié)調(diào)的作品。一、 建筑師職責（一） 建筑構(gòu)思必須牽涉到結(jié)構(gòu)構(gòu)思，其建筑構(gòu)思需要與結(jié)構(gòu)構(gòu)思同步進行。這兩種構(gòu)思只能都由建筑師來完成。（二） 建筑造型應(yīng)該正確反映結(jié)構(gòu)形態(tài)，構(gòu)筑的建筑形體既應(yīng)經(jīng)濟合理，也應(yīng)正確表達力的傳遞，形式與技術(shù)緊密結(jié)合。（三） 建筑師肩負主持工程設(shè)計重任，應(yīng)積極協(xié)調(diào)各專業(yè)技術(shù)的交叉和矛盾，使之成為相互合作的綜合產(chǎn)品?？傊ㄖ熢诮Y(jié)構(gòu)構(gòu)思和結(jié)構(gòu)選型方面負有主導(dǎo)作用，既要有一定的概念性結(jié)構(gòu)知識和掌握構(gòu)思方法的共同語言，也要有同結(jié)構(gòu)工程師密切合作，互相理解、支持、禮讓等精神。二、 結(jié)構(gòu)工程師的任務(wù)（

8、一） 工程師應(yīng)及早參與結(jié)構(gòu)構(gòu)思（二） 完成結(jié)構(gòu)計算及落實技術(shù)細節(jié)三、 專業(yè)合作(一) 擴展知識，建立合作基礎(chǔ)(二) 研究結(jié)構(gòu)形態(tài)，發(fā)展邊緣學(xué)科大跨結(jié)構(gòu)的基本知識及其運用（一） 結(jié)構(gòu)的要素及其相互關(guān)系1、 結(jié)構(gòu)離不開力的作用2、 結(jié)構(gòu)在力的作用下會產(chǎn)生一定的反應(yīng)，這主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的變形上。3、 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)本身是作用-系統(tǒng)-反應(yīng)這一關(guān)系鏈中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。（二） 結(jié)構(gòu)的基本概念結(jié)構(gòu)的形態(tài)，一方面取決于建筑的功能與造型要求，另一反面取決于結(jié)構(gòu)的受力情況。1、 結(jié)構(gòu)的受力（1） 直接作用 直接以力的形式對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用（2） 間接作用 是由于地面運動、結(jié)構(gòu)變形、溫度變化、材料性能改變（材料老化、變性）等因素引

9、起結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生力的作用。2、 荷載的分類（1） 按作用時間 分為恒荷載、活荷載、偶然荷載。（2） 按分布情況 分為集中荷載、分布荷載。（3） 按作用性質(zhì) 分為靜力荷載、動力荷載。3、 結(jié)構(gòu)的效應(yīng)內(nèi)力 指結(jié)構(gòu)在直接或間接作用下，其內(nèi)部各組成部分之間產(chǎn)生的力的相互作用，包括軸力、剪力、彎矩、扭矩?？赏ㄟ^內(nèi)力對于面積的集度-應(yīng)力來反映。變形 指結(jié)構(gòu)相對于自身的形狀改變，包括長度、撓度和角度的變化。可用變形對于長度的集度-應(yīng)變來表達。位移 指結(jié)構(gòu)的整體性位置變化，還可用來描述結(jié)構(gòu)上某一點的位置變化，包括傾斜、滑移、整體沉陷和局部沉陷等。4、 結(jié)構(gòu)的約束體現(xiàn)在兩方面：支座條件 位于結(jié)構(gòu)的支撐部位，須通過

10、外力提供平衡條件。有鉸支、固定、滑動和彈性支座等形式。構(gòu)造條件 位于結(jié)構(gòu)內(nèi)部，以構(gòu)造手段控制結(jié)構(gòu)變形。另外，用于降低結(jié)構(gòu)動力效應(yīng)的主動控制或被動控制手段，也可看作是一種約束。5、 結(jié)構(gòu)的性能結(jié)構(gòu)的強度 指結(jié)構(gòu)的承載能力，即結(jié)構(gòu)能夠抵御某種作用而不至于破壞的能力。取決于材料強度、構(gòu)件形式、結(jié)構(gòu)構(gòu)成方式、結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。結(jié)構(gòu)的剛度 結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力。對大跨度建筑結(jié)構(gòu)，剛度的好壞直接反映在撓度、支座滑動、風作用下屋面的顫動幅度等方面。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定 結(jié)構(gòu)維持自身穩(wěn)定狀態(tài)的能力。主要體現(xiàn)在承載力的穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)形態(tài)的穩(wěn)定。二、結(jié)構(gòu)的分類（一）按結(jié)構(gòu)材料分類（最常用）1、砌體結(jié)構(gòu) 由磚石混凝土等各種砌塊組成。

11、多用于拱、穹頂和支撐、圍護結(jié)構(gòu)。2、木結(jié)構(gòu) 以木材為主要結(jié)構(gòu)材料，可用于剛架、拱以及大量網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。3、混凝土結(jié)構(gòu) 通常配置鋼筋。多用于以承受壓力為主的結(jié)構(gòu)。有現(xiàn)澆和裝配形式。4、鋼結(jié)構(gòu) 鋼材的抗拉、抗壓強度都很高，適用范圍較廣。此外，還有鋁合金結(jié)構(gòu)、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)、紙結(jié)構(gòu)、索結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)。（二）按結(jié)構(gòu)受力分類結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)分為：拉、壓、彎、剪、扭五大類。從整體作用來看，結(jié)構(gòu)按受力方向分為：抗水平力體系、抗豎向力體系、抗傾覆力體系等。大跨結(jié)構(gòu)主要是要抵御豎向作用。(三) 按結(jié)構(gòu)的空間布置分類結(jié)構(gòu)布置可按平面結(jié)構(gòu)與空間結(jié)構(gòu)兩類方法布置。1、 平面結(jié)構(gòu) 假定結(jié)構(gòu)的作用力及其位移和變形都在結(jié)構(gòu)所處的平面

12、內(nèi)。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)傳力路線明確，構(gòu)件的合理型式易于判斷和確定，也易于同建筑的形態(tài)要求和吻合。2、 空間結(jié)構(gòu) 將結(jié)構(gòu)定義為三維空間受力結(jié)構(gòu)體系。與結(jié)構(gòu)實際工作情況更加接近，設(shè)計結(jié)果也更為經(jīng)濟。此外，結(jié)構(gòu)還可按形態(tài)分為體、線、面等結(jié)構(gòu)。三、 結(jié)構(gòu)的力學(xué)規(guī)律與造型相關(guān)的主要的結(jié)構(gòu)原則：（一） 力的分布與描述力是物體間的一種作用。包含外力與內(nèi)力。內(nèi)力是用于描述構(gòu)件內(nèi)部力的分布情況的一種物理量。（二） 力與變形的關(guān)系結(jié)構(gòu)的變形曲線與荷載、支座條件、結(jié)構(gòu)布置等都有直接關(guān)系。（三） 受壓構(gòu)件的確定（四） 結(jié)構(gòu)的整體性幾何不變的結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定體系，有靜定與超靜定之分。四、 結(jié)構(gòu)的構(gòu)成結(jié)構(gòu)單體：能夠維持結(jié)構(gòu)形態(tài)穩(wěn)定的最

13、小單位。對結(jié)構(gòu)可進行分級劃分：（框架結(jié)構(gòu)）一級結(jié)構(gòu)：支撐柱與主梁或屋架構(gòu)成的結(jié)構(gòu)骨架。二級結(jié)構(gòu)：梁、柱、屋架等。三級結(jié)構(gòu)：屋架或大梁內(nèi)部的腹桿、弦桿或受拉、受壓部件。結(jié)構(gòu)的可靠性包括：承載力方面的安全儲備，正常使用方面的可用性保證、結(jié)構(gòu)的設(shè)計保證年限。大跨建筑的結(jié)構(gòu)特點一、大跨建筑結(jié)構(gòu)的受力特點（一）豎向作用主宰結(jié)構(gòu)大跨結(jié)構(gòu)的豎向作用首先是來自結(jié)構(gòu)自重、屋面覆蓋材料和建筑附屬固定設(shè)施的重量等不變荷載的作用，其次來自作用于屋面結(jié)構(gòu)的人員、施工荷載、風、積雪、積灰等可變荷載的直接作用，還有因地震導(dǎo)致的豎向地震力和脈動風壓引起的結(jié)構(gòu)豎向振動等間接作用。（二）間接作用效應(yīng)明顯（三） 動態(tài)作用不可忽視二

14、、大跨建筑結(jié)構(gòu)的組成1、屋蓋結(jié)構(gòu) 覆蓋大空間且直接承擔屋面荷載的結(jié)構(gòu)2、支承結(jié)構(gòu) 支承屋蓋結(jié)構(gòu)并將力傳給基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)。3、基礎(chǔ) 與地基直接接觸并承接上部結(jié)構(gòu)作用的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件。（一）屋蓋結(jié)構(gòu)減小結(jié)構(gòu)自重、提高結(jié)構(gòu)剛度是結(jié)構(gòu)選型和優(yōu)化設(shè)計的目的所在。屋蓋結(jié)構(gòu)是大跨建筑土建投資的重點，對經(jīng)濟指標的影響比重也最大。屋面的覆蓋方式包括全覆蓋和半覆蓋。（二） 支承結(jié)構(gòu)支承體系的設(shè)置與屋蓋結(jié)構(gòu)的選型設(shè)計直接相關(guān)。主要是為了提供豎向支承，還通過被動約束方式來限制其整體性水平位移。（三） 基礎(chǔ)基礎(chǔ)采用何種形式、提供何種反力，與上部結(jié)構(gòu)有著密切關(guān)系。三、 大跨建筑結(jié)構(gòu)的幾何形式（一） 曲面的幾何形式及其構(gòu)成方法1、 簡單曲面的幾何描述主曲率：曲率中數(shù)學(xué)上最大和最小的兩個極值。兩個主曲率方向是彼此正交的。高斯曲率K：曲面上任一點的兩個主曲率的乘積。K=0 單曲面或零高斯曲面 ； K0 雙曲面K0 正高斯曲面；K0 負高斯曲面 可展曲面：如