大跨度建筑的結(jié)構(gòu)類型及造型課件

大跨度建筑的結(jié)構(gòu)類型及造型譚夢(mèng)琪060507012007301400大跨度建筑的結(jié)構(gòu)類型及造型譚夢(mèng)琪大跨度建筑基本情況大跨度建筑：跨度>30M大跨度結(jié)構(gòu)（《鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范》）：跨度>60M主要應(yīng)用：（公用）影劇院、體育場(chǎng)館、展覽會(huì)議場(chǎng)所、航空港等；（工業(yè)）裝配車間、飛機(jī)庫(kù)、大跨廠房等大跨度建筑基本情況大跨度建筑：跨度>30M古老的大跨度建筑發(fā)展技術(shù)落后，巨大的斗獸場(chǎng)無(wú)法做出覆蓋，只能做成露天的雄偉廣場(chǎng)古老的大跨度建筑發(fā)展技術(shù)落后，巨大的斗獸場(chǎng)無(wú)法做出覆蓋，只能古老的穹窿結(jié)構(gòu)古老的穹窿結(jié)構(gòu)三角拱石梁肋拱筒拱交叉拱古代拱的發(fā)展三角拱石梁肋拱筒拱交叉拱古代拱的發(fā)展大跨度建筑的結(jié)構(gòu)類型及造型)課件肋拱的極致運(yùn)用肋拱的極致運(yùn)用拱結(jié)構(gòu)的受力原理拱：外力作用下內(nèi)彎矩值小，主要為軸向壓力，且分布均勻拱結(jié)構(gòu)的受力原理拱：外力作用下內(nèi)彎矩值小，主要為軸向壓力，且現(xiàn)代拱的形式分類，運(yùn)用兩鉸拱、無(wú)鉸拱，超靜定結(jié)構(gòu)；三鉸拱，靜定結(jié)構(gòu)材料：鑄鐵、鋼筋混凝土等材料的運(yùn)用，一改古老石材的笨重現(xiàn)代拱的形式分類，運(yùn)用兩鉸拱、無(wú)鉸拱，超靜定結(jié)構(gòu)；三鉸拱，靜Q：現(xiàn)代技術(shù)中拱結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)？A:充分利用抗壓材料特性，比梁結(jié)構(gòu)減小結(jié)構(gòu)斷面尺寸D:支座處產(chǎn)生水平推力，必須設(shè)寬厚堅(jiān)固的拱腳支座Q：現(xiàn)代技術(shù)中拱結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)？A:充分利用抗壓材料特性，比梁Q:解決支座推力的方法1、拱腳支座處，設(shè)水平拉桿，平衡推力，減小墻、柱斷面尺寸2、由框架結(jié)構(gòu)抵抗水平推力，保證框架剛度，連接牢固Q:解決支座推力的方法1、拱腳支座處，設(shè)水平拉桿，平衡推力，由基礎(chǔ)直接承受的方式僅在推力不大，地質(zhì)條件較好時(shí)！！北京體育學(xué)院田徑房落地拱暴露出來(lái)，以強(qiáng)烈的結(jié)構(gòu)自身韻律美化室內(nèi)環(huán)境，利用高側(cè)窗采光。由基礎(chǔ)直接承受的方式僅在推力不大，地質(zhì)條件較好時(shí)?。”本w育剛架剛架：橫梁和柱整體連接，構(gòu)成一種門式結(jié)構(gòu)外加荷載下，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生微小形變，產(chǎn)生相應(yīng)的內(nèi)應(yīng)力。如柱對(duì)梁的約束力，使梁有恢復(fù)原來(lái)形狀的趨勢(shì)，從而減小梁中彎矩。剛架剛架：橫梁和柱整體連接，構(gòu)成一種門式結(jié)構(gòu)外加荷載下，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)支梁與剛架的彎矩內(nèi)力比較可根據(jù)彎矩分布情況設(shè)計(jì)截面大小——彎矩大的部位截面大，可充分發(fā)揮材料潛力！簡(jiǎn)支梁與剛架的彎矩內(nèi)力比較可根據(jù)彎矩分布情況設(shè)計(jì)截面大小——?jiǎng)偧艿姆诸愋问絼偧艿姆诸愋问浇ㄖ煨蛯?shí)例該游泳館采用不對(duì)稱鋼筋混凝土剛架結(jié)構(gòu)，利用結(jié)構(gòu)下部空間布置跳水臺(tái)，部分剛架暴露，部分吊頂。建筑造型實(shí)例該游泳館采用不對(duì)稱鋼筋混凝土剛架結(jié)構(gòu)，利用結(jié)構(gòu)下門式剛架結(jié)構(gòu)大跨度，多跨間的工業(yè)廠房們，采用門式剛架，輕巧，安裝方便，節(jié)約。門式剛架結(jié)構(gòu)大跨度，多跨間的工業(yè)廠房們，采用門式剛架，輕巧，桁架結(jié)構(gòu)桁架：由各個(gè)桿件鉸結(jié)組成的一種格構(gòu)式結(jié)構(gòu),多作屋頂承重結(jié)構(gòu)。材料強(qiáng)度充分利用，省材料，自重減輕，常用木材、鋼材、鋼筋混凝土建造。桁架結(jié)構(gòu)梁柱框架桿件間鉸結(jié)鋼筋混凝土現(xiàn)澆桿件內(nèi)軸向內(nèi)力，拉或壓主要為彎矩應(yīng)力分布均勻不均勻桁架結(jié)構(gòu)桁架：由各個(gè)桿件鉸結(jié)組成的一種格構(gòu)式結(jié)構(gòu),多作屋頂承桁架的類型上：三角形、梯形、拱形、無(wú)斜腹桿拱形左：三鉸拱式、三鉸剛架式桁架式、排架式桁架結(jié)構(gòu)桁架的類型上：三角形、梯形、拱形、無(wú)斜腹桿拱形左：三鉸拱式、三鉸剛架式鋼桁架1898，巴黎世博會(huì)機(jī)械館三鉸剛架式鋼桁架1898，巴黎世博會(huì)機(jī)械館北京體育館，6000人，跨度56M,桁架暴露于比賽大廳，頂部設(shè)有天窗，以利于采光和通風(fēng)。北京體育館，6000人，跨度56M,桁架暴露于比賽大廳，頂部排架式鋼桁架敦煌市火車站——無(wú)柱風(fēng)雨棚排架式鋼桁架敦煌市火車站——無(wú)柱風(fēng)雨棚廣州會(huì)展中心廣州會(huì)展中心拱、剛架、桁架同屬平面力系，解決屋頂結(jié)構(gòu)問(wèn)題。但還是有很大局限性。二戰(zhàn)后，新型大跨度建筑涌現(xiàn)不斷。形式更加新穎，結(jié)構(gòu)更加合理，讓人耳目一新。如：空間網(wǎng)格、折板與薄殼、懸索、張拉膜等結(jié)構(gòu)。拱、剛架、桁架同屬平面力系，解決屋頂結(jié)構(gòu)問(wèn)題。但還是有很大局看看這些新建筑看看這些新建筑折板定義：由一定傾斜角度整體相連的一種薄板體系，常用鋼筋混凝土，鋼絲網(wǎng)水泥建造。組成：折板+橫隔構(gòu)件折板定義：由一定傾斜角度整體相連的一種薄板體系，常用鋼筋混凝A：結(jié)構(gòu)厚度薄，省材料，可預(yù)制裝配，省模板，可做大跨度屋頂，也可作外墻。平行折板扇形折板扇形板：一端波長(zhǎng)小，一端大，放射狀，適用于梯形平面。A：結(jié)構(gòu)厚度薄，省材料，可預(yù)制裝配，省模板，可做大跨度屋頂，巴西圣保羅會(huì)堂：D=60M,扇形折板從中心向四周呈輻射狀圓形；切割手法形成三角形外墻，結(jié)構(gòu)與建筑造型完美統(tǒng)一。聯(lián)合國(guó)教科文組織會(huì)議大廳：頂棚和墻壁作為折板，呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)的韻律，空間的深度。巴西圣保羅會(huì)堂：D=60M,扇形折板從中心向四周呈輻射狀圓薄殼結(jié)構(gòu)受啟發(fā)于自然界的種子外殼、蛋殼、貝殼……以最少的材料獲得堅(jiān)硬的外殼！A:利用混凝土可塑性，主要承受曲面內(nèi)軸向力，彎矩扭矩很??；強(qiáng)度、剛度好；薄殼厚僅為跨度幾百分之一，一般平板結(jié)構(gòu)的十分之一。自重輕、省材料、外形多樣。D:現(xiàn)澆施工，費(fèi)工、費(fèi)時(shí)、費(fèi)模板，結(jié)構(gòu)計(jì)算復(fù)雜，不易承受集中荷載。薄殼結(jié)構(gòu)受啟發(fā)于自然界的種子外殼、蛋殼、貝殼……以最少的材料薄殼結(jié)構(gòu)形式筒殼圓頂殼雙曲扁殼雙曲拋物面殼薄殼結(jié)構(gòu)形式筒殼雙曲扁殼與雙曲拋物面殼雙曲扁殼與雙曲拋物面殼北京火車站——雙曲扁殼北京火車站——雙曲扁殼薄殼結(jié)構(gòu)的建筑造型建筑造型是以各種幾何曲面圖形為基本，有圓筒形、圓球形、雙曲拋物面形。不簡(jiǎn)單重復(fù)上述基本形式，而是巧妙地運(yùn)用交貫、切割、改變參數(shù)等方法，重新組合再創(chuàng)造。造型獨(dú)特新穎，突出建筑個(gè)性。薄殼結(jié)構(gòu)的建筑造型建筑造型是以各種幾何曲面圖形為基本，有圓筒法格勒諾布爾冰球館：四片筒形薄殼十字正交，花瓣形美國(guó)“未來(lái)航空港”設(shè)計(jì)方案：兩套筒殼，一是放射狀的錐形筒殼；另一是呈環(huán)狀的交叉固定筒殼。兩套殼體，巧妙“相貫”。法格勒諾布爾冰球館：四片筒形薄殼十字正交，花瓣形美國(guó)“未來(lái)航墨西哥花田市餐廳，正方形平面，屋頂由四個(gè)雙曲拋物面薄殼交叉相貫組成。交叉部位殼板增厚，但僅厚4CM，各向切割，整朵水浮蓮漂浮在水面，別具匠心。墨西哥花田市餐廳，正方形平面，屋頂由四個(gè)雙曲巴黎國(guó)家工業(yè)與技術(shù)中心陳列館三束錐狀雙曲面薄殼交匯于屋頂中心，立面呈拋物線形，上下雙層殼板組成空腔殼體，平均厚度18CM,僅為跨度的1/144。巴黎國(guó)家工業(yè)與技術(shù)中心陳列館三束錐狀雙曲面薄殼交匯于屋頂中心埃羅·沙里寧，1/8球面薄殼，平面為曲邊三角形，邊梁向上卷起，傳遞荷載至三個(gè)支座，地下埋設(shè)水平拉桿，平衡推力，銅板覆蓋，玻璃幕墻曲面外墻。美國(guó)麻省理工學(xué)院禮堂埃羅·沙里寧，1/8球面薄殼，平面為曲邊三角形，邊梁向上卷肯尼迪機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓四片雙曲面鋼砼薄殼合圍成屋頂，展翅飛翔的大鳥(niǎo)。采光帶分開(kāi)四部分，邊梁朝支座逐漸加寬，適應(yīng)增大的內(nèi)力。模型實(shí)驗(yàn)，藝術(shù)與結(jié)構(gòu)的完美結(jié)合，沒(méi)有生硬的幾何圖形痕跡?？夏岬蠙C(jī)場(chǎng)候機(jī)樓四片雙曲面鋼砼薄殼合圍成屋頂，展翅飛翔的大鳥(niǎo)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)多根桿件以一定規(guī)律節(jié)點(diǎn)連接空間結(jié)構(gòu)形式平板網(wǎng)架曲面網(wǎng)殼1、多向受力結(jié)構(gòu)，整體性強(qiáng)，穩(wěn)定，剛度大；2、桿件主要承受軸向拉、壓力，符合材料特性，節(jié)??；3、結(jié)構(gòu)高度小，有效利用空間；4、桿件規(guī)格統(tǒng)一，易于生產(chǎn)?？臻g網(wǎng)格結(jié)構(gòu)多根桿件以一定規(guī)律節(jié)點(diǎn)連接空間結(jié)構(gòu)形式平板網(wǎng)架曲平板網(wǎng)架支座簡(jiǎn)支交叉桁架體系+角錐體系兩向正交三向交叉平板網(wǎng)架支座簡(jiǎn)支兩向正交三向交叉兩向正交體系的正放和斜放：三向交叉體系可滿足的平面形狀：兩向正交體系的正放和斜放：三向交叉體系可滿足的平面形狀：角錐體系三角錐四角錐六角錐角錐體系三角錐室外空間網(wǎng)架運(yùn)用（網(wǎng)架~平板屋頂）室外空間網(wǎng)架運(yùn)用（網(wǎng)架~平板屋頂）首都工人體育館：

兩向正交網(wǎng)架

99M1x12.2M，1967，

我國(guó)跨度最大的平板網(wǎng)架之一首都工人體育館：

兩向正交網(wǎng)架

99M1x12.2M，196南京五臺(tái)山體育館

——三向交叉桁架平板網(wǎng)架

八角形平面，容納一萬(wàn)人，主跨88M,鋼管桿件球節(jié)點(diǎn)連結(jié)，網(wǎng)架支撐在一圈混凝土柱上。南京五臺(tái)山體育館

——三向交叉桁架平板網(wǎng)架

美國(guó)加利福尼亞大學(xué)體育館：91M×122M,三角錐體系平板網(wǎng)架美國(guó)加利福尼亞大學(xué)體育館：91M×122M,三角錐體系平板網(wǎng)曲面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)多數(shù)底部為有推力結(jié)構(gòu)，制作條件復(fù)雜；但相較網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，外形豐富，造型多變。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)VS薄殼：一改鋼筋混凝土薄殼施工時(shí)需要支大量模板，濕作業(yè)勞動(dòng)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的劣勢(shì)，采用計(jì)算機(jī)計(jì)算方式，安裝方便，結(jié)構(gòu)更合理。曲面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)多數(shù)底部為有推力結(jié)構(gòu)，制作條件復(fù)雜；但相較網(wǎng)架結(jié)網(wǎng)殼按形狀分：柱面網(wǎng)殼、球面網(wǎng)殼、雙曲扁網(wǎng)殼、單塊扭網(wǎng)殼、四塊組合型扭網(wǎng)殼……按層數(shù)分：?jiǎn)螌?、雙層網(wǎng)殼按形狀分：柱面網(wǎng)殼、球面網(wǎng)殼、雙曲扁網(wǎng)殼、單塊扭網(wǎng)殼、四柱面網(wǎng)殼：適用于矩形平面，構(gòu)造簡(jiǎn)單施工方便，廣泛應(yīng)用；具有典型拱結(jié)構(gòu)受力特征，需解決水平推力。柱面網(wǎng)殼：適用于矩形平面，構(gòu)造簡(jiǎn)單施工方便，廣泛應(yīng)用；具有典球面網(wǎng)殼：適用于圓平面，整體類似穹頂。球冠型和近似整球型。1967世博會(huì)美國(guó)館球面網(wǎng)殼：適用于圓平面，整體類似穹頂。球冠型和近似整球型。1雙曲扁網(wǎng)殼：矢高小，空間利用率高；但支撐邊梁也需做成相應(yīng)弧形，帶來(lái)施工難度雙曲拋物面網(wǎng)殼：(馬鞍形)造型新穎奇特，素線為直線。德陽(yáng)體育館——雙曲拋物面網(wǎng)殼甘肅慶陽(yáng)宮體育館——曲面扁殼+弧形大拱雙曲扁網(wǎng)殼：矢高小，空間利用率高；但支撐邊梁也需做成相應(yīng)弧形羅馬小體育宮：D=60M

1620個(gè)混凝土預(yù)制菱形構(gòu)件拼合，最薄處：25mm

完整秀美的天頂如一朵盛開(kāi)的向日葵。羅馬小體育宮：D=60M

1620個(gè)混凝土預(yù)制菱形構(gòu)件拼合，美國(guó)塔科馬市體育館膠合木網(wǎng)殼D=160M單層網(wǎng)殼二戰(zhàn)以后，隨著理論研究、抗震性能分析進(jìn)一步深入，新材料、新施工工藝的運(yùn)用，國(guó)外很早就采用各種材料建造網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。美國(guó)塔科馬市體育館二戰(zhàn)以后，隨著理論研究、抗震性能分析進(jìn)一步日本名古屋體育館：D=187.2M,1996

世界上跨度最大單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)日本名古屋體育館：D=187.2M,1996

世界上跨國(guó)家大劇院肋環(huán)形空腹雙層網(wǎng)殼，東西跨度122M,南北144M。整個(gè)屋頂呈橢球形大穹頂，表面由具有柔和色調(diào)與光澤的僅0.44mm厚的鈦金屬板覆蓋。前后兩側(cè)有兩個(gè)類似三角形的玻璃幕墻切面，整個(gè)建筑浮于水面之上，需從一條長(zhǎng)80M的水下通道進(jìn)入演出大廳。國(guó)家大劇院肋環(huán)形空腹雙層網(wǎng)殼，東西跨度122M,南北144大跨度建筑的結(jié)構(gòu)類型及造型)課件大跨度建筑的結(jié)構(gòu)類型及造型)課件懸索結(jié)構(gòu)受啟發(fā)于懸索橋梁，20世紀(jì)50年代后，隨著高強(qiáng)鋼絲出現(xiàn)，懸索結(jié)構(gòu)興起。組成：索網(wǎng)、邊緣構(gòu)件、下部支承。索網(wǎng)非常柔軟，只承受軸向拉力，無(wú)彎矩也無(wú)剪力；邊緣構(gòu)件錨固索網(wǎng)，連接底部支承，可采用梁、桁架、拱等形式，應(yīng)保證足夠剛度；下部支承多為受壓構(gòu)件，常為柱。懸索結(jié)構(gòu)受啟發(fā)于懸索橋梁，20世紀(jì)50年代后，隨著高強(qiáng)鋼絲出Q:懸索結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)？A：充分發(fā)揮鋼索受拉，鋼砼邊緣構(gòu)件受壓、受彎的特性，結(jié)構(gòu)輕，省鋼材外形與傳統(tǒng)建筑迥異，適用于各類平面形式跨越巨大空間，中間沒(méi)有支點(diǎn)，功能安排更靈活；

在60M~150M內(nèi)，優(yōu)勢(shì)明顯。DIA:抗風(fēng)荷載能力差。Q:懸索結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)？A：充分發(fā)揮鋼索受拉，鋼砼邊緣構(gòu)件受壓懸索結(jié)構(gòu)形式單層單曲面雙層單曲面雙曲面輪輻式雙曲面鞍形杜勒斯國(guó)際機(jī)場(chǎng)：?jiǎn)慰缇匦纹矫?，下部加穩(wěn)定索，頂部加蓋輕質(zhì)材料，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體抗震動(dòng)、抗風(fēng)性能。懸索結(jié)構(gòu)形式單層單曲面杜勒斯國(guó)際機(jī)場(chǎng)：?jiǎn)慰缇匦纹矫?，下部加穩(wěn)輪輻式結(jié)構(gòu)輪輻式結(jié)構(gòu)北京工人體育館D=94M，輪輻式雙層懸索，上下索各144根，在外環(huán)上錯(cuò)開(kāi)半間布置；鋼砼外環(huán)支撐在環(huán)形框架的48根柱上；內(nèi)環(huán)為鋼結(jié)構(gòu)圓筒，D=26M。北京工人體育館D=94M，輪輻式雙層懸索，上下索各144根雙曲拋物面懸索由兩組曲率相反的拉索交叉組成索網(wǎng)。雙曲拋物面懸索由兩組曲率相反的拉索交叉組成索網(wǎng)。浙江省人民體育館

美國(guó)牲畜市場(chǎng)貿(mào)易館浙江省人民體育館

美國(guó)牲畜市場(chǎng)貿(mào)易館勒·柯布西耶，蘇聯(lián)蘇維埃宮，以巨大的鋼砼拋物線拱來(lái)懸吊屋頂。勒·柯布西耶，蘇聯(lián)蘇維埃宮，以巨大的鋼砼拋物線拱來(lái)懸吊屋頂。日本國(guó)家體育館、游泳館鋼索固定在兩根混凝土柱上，金屬板材覆蓋屋面。日本國(guó)家體育館、游泳館鋼索固定在兩根混凝土柱上，金屬板材覆蓋倫敦千禧穹頂：泰晤士河邊格林威治半島上，占地300英畝，由RichardRogers事務(wù)所承擔(dān)建筑設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由BuroHappold完成。倫敦千禧穹頂：泰晤士河邊格林威治半島上，占地300英畝，由R膜結(jié)構(gòu)以優(yōu)良的柔軟組織物為膜面材料，由空氣壓力支承（氣承式）、或柔性鋼索（張拉式）或剛性骨架（骨架式）將膜材繃緊而形成建筑空間。A:質(zhì)輕，透光、自潔性好；施工方便造型豐富。DIA:隔聲效果差、耐久性不夠好、膜面抵抗局部集中荷載的能力差膜結(jié)構(gòu)以優(yōu)良的柔軟組織物為膜面材料，由空氣壓力支承（氣承式）張拉膜結(jié)構(gòu)（帳篷結(jié)構(gòu)）為提高膜面的抗風(fēng)能力，可將其設(shè)計(jì)成呈反向的雙曲面形式——正負(fù)曲面。且對(duì)拉索施加適當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力，以保證無(wú)論何方向