結(jié)構(gòu)造型有學(xué)問課件

0建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)上海大學(xué)2014.31一、結(jié)構(gòu)概述建筑物和構(gòu)筑物中承受荷載、傳遞荷載起骨架作用的部分稱為工程結(jié)構(gòu)，簡稱為結(jié)構(gòu)。2歐洲教堂一、結(jié)構(gòu)概述3穹頂：羅馬萬神廟一、結(jié)構(gòu)概述4巴塞羅那圣家族教堂一、結(jié)構(gòu)概述5古建筑一、結(jié)構(gòu)概述6古建筑一、結(jié)構(gòu)概述7上海地標(biāo)結(jié)構(gòu)概述8房屋建筑：框架結(jié)構(gòu)香港中國銀行大廈，地上70層，高315m，建成時為香港最高、世界第五的建筑物?；炷翉S房框架一、結(jié)構(gòu)概述9南京紫峰大廈，地上89層，建筑高度為450m。房屋建筑：框架——核心筒混合結(jié)構(gòu)

一、結(jié)構(gòu)概述10一、結(jié)構(gòu)概述橋梁工程——拱橋趙州橋，約1400年，空腹式圓弧形石拱橋，凈跨37m。錢塘江四橋，全長1376m，主橋跨徑組合為2×190m+9×85m。11一、結(jié)構(gòu)概述橋梁工程——懸索橋金門大橋（1937年）建于1900多米的金門海峽上總長度：2737m橋塔高度：342m12一、結(jié)構(gòu)概述結(jié)構(gòu)的選型原則：建筑功能安全可靠造價經(jīng)濟(jì)造型美觀結(jié)構(gòu)造型的選擇稱為結(jié)構(gòu)選型。結(jié)構(gòu)選型合理的基礎(chǔ)：了解結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，發(fā)揮材料性能。13一、結(jié)構(gòu)概述使用功能、結(jié)構(gòu)效應(yīng)、建筑藝術(shù)完美統(tǒng)一。

在原場館上加上兩根大型拱，再用鋼纜拉起總面積超過10000㎡，總重量16000t的屋頂。有蓋座位由35%增加至95%。傳力路線清晰合理；造型簡潔優(yōu)雅；功能最大化滿足?？ɡ乩?4一、結(jié)構(gòu)概述創(chuàng)作理念：

建筑的美能夠由力學(xué)的工程設(shè)計表達(dá)出來，大自然中的形態(tài)美同時也有驚人的力學(xué)效應(yīng)。15一、結(jié)構(gòu)概述法國里昂TGV車站

美國密爾沃基美術(shù)館

卡拉特拉瓦作品16一、結(jié)構(gòu)概述

結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究任務(wù)（1）研究結(jié)構(gòu)的組成規(guī)律和合理形式；（2）研究結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移的計算方法，以保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性設(shè)計的科學(xué)性。17（二）結(jié)構(gòu)分類按照結(jié)構(gòu)的力學(xué)特點(diǎn)來分類1.梁——通常由水平方向的受彎桿組成二、結(jié)構(gòu)的計算簡圖及分類18二、結(jié)構(gòu)的計算簡圖及分類2.剛架——通常由受彎的梁、柱組成，常含有剛結(jié)點(diǎn)193.桁架——由拉壓桿組成，僅結(jié)點(diǎn)受荷載二、結(jié)構(gòu)的計算簡圖及分類204.拱——在豎向荷載下產(chǎn)生水平推力的曲桿結(jié)構(gòu)二、結(jié)構(gòu)的計算簡圖及分類其他還有板殼結(jié)構(gòu)、索膜結(jié)構(gòu)和組合結(jié)構(gòu)21按照計算特性來分類靜定結(jié)構(gòu)：桿件的內(nèi)力可由平衡條件唯一確定。二、結(jié)構(gòu)的計算簡圖及分類超靜定結(jié)構(gòu)：桿件的內(nèi)力不能由平衡條件唯一確定，必須同時考慮變形條件才能唯一確定。22結(jié)構(gòu)力學(xué)中定量計算的方法主要有：計算靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力的隔離體平衡法；計算結(jié)構(gòu)位移的虛功法；計算超靜定結(jié)構(gòu)的力法和位移法；用計算機(jī)計算的方法——有限單元法。三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析：定量的計算和定性的分析

23三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析1.簡單構(gòu)件塊體間抗剪不足時，不能傳遞剪力柱傳遞水平荷載作用下的剪力以及彎矩M24三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析柱的彎矩和位移25三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析2.框架式空間結(jié)構(gòu)四根獨(dú)立的柱柱之間用連桿連接26三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析變成平面問題來討論鉸接剛性連接結(jié)論：剛性連接的位移僅為鉸結(jié)的1/427框架結(jié)構(gòu)的受力討論三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析單跨與雙跨單層與雙層下一頁28三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析返回單層單跨水平位移8.70cm單層雙跨水平位移5.69cm結(jié)論：位移比值為１:0.65

29三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析

單層水平位移8.70cm雙層水平位移2.58cm結(jié)論：位移比值為1:0.30

返回30三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析

單層單跨水平位移8.70cm雙層雙跨水平位移1.55cm結(jié)論：位移比值為1:0.18

返回31三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析

結(jié)論：增加框架結(jié)構(gòu)剛度的方法有（1）加設(shè)更多或更剛的水平梁；（2）在框架內(nèi)加設(shè)內(nèi)柱；（3）增大邊柱的尺寸。問題：加設(shè)內(nèi)柱和增大邊柱的尺寸哪一種效果更好？32加設(shè)內(nèi)柱與增加柱剛度比較三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析加設(shè)兩根內(nèi)柱比較加設(shè)四根內(nèi)柱比較下一頁33三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析加設(shè)兩根內(nèi)柱水平位移4.22cm增加邊柱的剛度水平位移1.40cm

結(jié)論：位移比值為１:0.33

返回34

加設(shè)四根內(nèi)柱水平位移2.79cm增加柱的剛度水平位移0.60cm結(jié)論：位移比值為１:0.21

返回三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析35三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析

結(jié)論：增加邊柱剛度效果顯著！

對于超高型建筑物可以通過設(shè)置剪力墻、筒體結(jié)構(gòu)的方法提高整體剛度和承載力。問題：筒體太薄會出現(xiàn)屈曲破壞!.......36三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析剪力墻筒體核心筒束筒

可以將框架和它們結(jié)合形成：框架——剪力墻、框架——筒體混合結(jié)構(gòu)。南京紫峰大廈就是框架——核心筒混合結(jié)構(gòu)。37三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析上弦桿受壓上下弦桿軸力FN與力臂h形成力矩，所以剪力由腹桿承受。上下弦桿的軸力是中間大，兩頭小。3.桁架結(jié)構(gòu)下弦桿受拉同跨簡支梁的彎矩圖38三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析

折線式桁架可調(diào)整折線形式使軸力均勻，受力合理。圖示荷載，用拋物線屋架最合理，但施工最繁瑣。平行弦桁架施工最簡單，要綜合考慮。3.桁架結(jié)構(gòu)同跨簡支梁的彎矩圖39三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析4.拱結(jié)構(gòu)拱的受力特點(diǎn)水平推力與拱高成反比（對地基作用大）(2)軸力為壓力；(3)因推力的作用，拱的彎矩遠(yuǎn)小于簡支梁；(4)調(diào)整拱軸線可減小拱的彎矩。同跨簡支梁的彎矩圖C40三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析合理拱軸線：只有軸力，無彎矩，無剪力均布荷載下，拱軸線取拋物線時，拱截面的彎矩和剪力全部為零。

5.索結(jié)構(gòu)索的受力情況正好和拱相反C41三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析拱殼體42三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析為什么不用簡支梁？6.梁式結(jié)構(gòu)43三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析連續(xù)梁和簡支梁的彎矩圖比較：連續(xù)梁和簡支梁比較：連續(xù)梁的最大彎矩和位移小于同跨度的簡支梁。44三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析7.水工建筑——大壩三峽大壩（2006）:混凝土重力壩最大壩高181m；壩址處河谷寬闊，U形。二灘拱壩（1999）:混凝土拱壩壩高240m；壩址處河谷狹窄，V形。45三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析壩的主要荷載為水壓力。重力壩依靠自身的重力維持平衡，壩體越高，混凝土用量越大。

問題：壩高181m，為什么不用拱壩？46拱壩三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析受力特點(diǎn)：拱壩在水荷載作用下產(chǎn)生很大的拱端推力，對兩側(cè)山體的堅固性要求較高，適合V型河谷。

拱壩體積小，造型優(yōu)美47三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析實(shí)例分析：失事建筑2007年8月13日，湖南省鳳凰縣堤溪沱江大橋發(fā)生垮塌，64人死亡。

原因：1.拱產(chǎn)生水平推力，高橋墩應(yīng)用鋼筋混凝土。2.連拱橋橋墩兩邊拱的推力可以抵消，拆腳手架時要保持對稱性。3.地基沉陷對無鉸拱產(chǎn)生很大內(nèi)力。4.主拱圈未達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度就開始拆腳手架。48三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析美國明尼阿波利斯市大都會球場,巨大充氣屋頂。2010年12月12日倒塌。原因：歸咎于強(qiáng)風(fēng)、低溫和大雪負(fù)荷的組合。失事建筑49三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析爭議建筑丹麥建筑師烏特松的得獎方案因結(jié)構(gòu)選型與施工工藝兩方面的失誤，無法把原設(shè)計的殼體選型付之實(shí)現(xiàn)。開工后的第五年，不得不修改原設(shè)計，采用預(yù)制的預(yù)應(yīng)力混凝土落地三鉸拱。施工工期長達(dá)14年，于1973年建成，造價5000萬英鎊，是預(yù)算的14倍。

藝術(shù)造型違背結(jié)構(gòu)選型所致50爭議建筑造型新奇、大膽，因為扭曲的塔樓和大尺度的懸挑，使結(jié)構(gòu)傳力不合理，飽受爭議。三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析51幕墻結(jié)構(gòu)三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析52迪拜建筑三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析53迪拜建筑三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析54三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析

建筑杰作

香港中國銀行大廈55三、結(jié)構(gòu)造型的學(xué)問：結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析建筑杰作：美國雷里競技館兩組曲率相反的拉索：承重索、穩(wěn)定索邊緣構(gòu)件為兩個落地交叉斜拱：斜拱承受索的拉力，拱底部的倒V型鋼架傳遞拱的壓力，下部的基礎(chǔ)拉桿平衡水平分力。中間低兩端高的形狀，合理地利用建筑空間。馬鞍形懸索結(jié)構(gòu)56結(jié)構(gòu)造型有學(xué)問建筑之美源于結(jié)構(gòu)之美，結(jié)構(gòu)之美源于力學(xué)之美！57南京紫峰大廈(381

m)在7度地震下大廈頂部位移近2.0m。迪拜“公主塔”全球最高住宅建筑107層，高413.4m。高層建筑在風(fēng)載、地震作用下的振動結(jié)構(gòu)抗震58

已建和開工建設(shè)的小灣、大崗山、二灘和溪洛渡等工程，都是300

m級高壩，壩址都位于高烈度地震區(qū)(>8度)，抗震安全成為工程設(shè)計的控制工況。大壩在地震作用下的振動結(jié)構(gòu)抗震59分析工程對象，提煉力學(xué)模型。建立數(shù)學(xué)模型，通常是微分方程組或代數(shù)方程組。方程求解，解析解或數(shù)值解。1.2研究思路60

理論計算法試驗量測法計算-試驗混合法1.3研究方法61軍隊行軍經(jīng)過橋梁時，長官為什么會命令士兵“便步走”？1.4共振現(xiàn)象為了避免有節(jié)奏的行軍導(dǎo)致橋梁產(chǎn)生共振。62-增大結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度抵御地震作用。

地震時承重構(gòu)件（梁,柱,節(jié)點(diǎn)）通過產(chǎn)生裂縫或破壞，實(shí)現(xiàn)消能，導(dǎo)致在強(qiáng)烈地震下工程結(jié)構(gòu)由于關(guān)鍵承重構(gòu)件的破壞而喪失承載力。截面增大質(zhì)量增大地震荷載增大如何解決這一問題呢？2.1

地震災(zāi)害傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)如何抵御地震作用？63什么是工程振動控制？能量原結(jié)構(gòu)控制裝置吸能響應(yīng)減小控制裝置2.2基本概念64

被動控制

附加控制裝置使原結(jié)構(gòu)動特性發(fā)生變化，受控結(jié)構(gòu)的響應(yīng)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，控制過程不需能量。

主動控制

除附加控制裝置外，還能外加能量，產(chǎn)生與振動反向的控制力，以衰減受控結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。

混合控制

需部分輸入能量，如：基底隔震與MR或TMD組合等。2.2基本概念65隔震支座多層鋼板夾多層橡膠3.3控制形式663.3控制形式67調(diào)頻質(zhì)量阻尼器(TMD)

振動時附加質(zhì)量產(chǎn)生反向的慣性力，并增加阻尼消耗能量，使受控結(jié)構(gòu)的響應(yīng)衰減。3.3控制形式68244m悉尼塔2個TMD3.3控制形式278mCiticorpBuilding，紐約

410噸混凝土塊和兩個彈簧阻尼器組成的TMD安裝在63層。日本千葉港觀光塔125m69阿聯(lián)酋迪拜海上人工島上的七星級酒店

阿拉伯之塔12個TMD3.3控制形式321m70主動質(zhì)量阻尼系統(tǒng)(AMD)3.3控制形式71296m京橋成和大廈(1989)Yo