大跨度建筑的結構類型及造型

大跨度(kuàdù)建筑的結構類型及造型譚夢琪060507012007301400共七十七頁大跨度建筑基本(jīběn)情況大跨度建筑：跨度>30M大跨度結構（《鋼結構規(guī)范》）：跨度>60M主要應用：（公用(gōngyòng)）影劇院、體育場館、展覽會議場所、航空港等；（工業(yè)）裝配車間、飛機庫、大跨廠房等共七十七頁古老(gǔlǎo)的大跨度建筑發(fā)展技術落后，巨大的斗獸場無法做出覆蓋，只能做成露天(lùtiān)的雄偉廣場共七十七頁古老的穹窿(qiónɡlónɡ)結構共七十七頁三角拱石梁肋拱筒拱交叉拱古代(gǔdài)拱的發(fā)展共七十七頁共七十七頁肋拱的極致(jízhì)運用共七十七頁拱結構(jiégòu)的受力原理拱：外力作用下內彎矩值小，主要(zhǔyào)為軸向壓力，且分布均勻共七十七頁現代拱的形式(xíngshì)分類，運用兩鉸拱、無鉸拱，超靜定(jìnɡdìnɡ)結構；三鉸拱，靜定(jìnɡdìnɡ)結構材料：鑄鐵、鋼筋混凝土等材料的運用，一改古老石材的笨重共七十七頁Q：現代技術(jìshù)中拱結構的優(yōu)缺點？A:充分利用抗壓材料特性，比梁結構減小結構斷面尺寸D:支座(zhīzuò)處產生水平推力，必須設寬厚堅固的拱腳支座(zhīzuò)共七十七頁Q:解決支座(zhīzuò)推力的方法1、拱腳支座處，設水平拉桿，平衡推力，減小墻、柱斷面尺寸2、由框架結構抵抗水平推力，保證框架剛度，連接牢固共七十七頁由基礎直接承受(chéngshòu)的方式僅在推力不大，地質(dìzhì)條件較好時??！北京體育學院田徑房落地拱暴露出來，以強烈的結構自身韻律美化室內環(huán)境，利用高側窗采光。共七十七頁剛架剛架：橫梁和柱整體連接，構成(gòuchéng)一種門式結構外加荷載下，結構產生微小形變(xíngbiàn)，產生相應的內應力。如柱對梁的約束力，使梁有恢復原來形狀的趨勢，從而減小梁中彎矩。共七十七頁簡支梁與剛架的彎矩內力(nèilì)比較可根據彎矩分布情況設計截面(jiémiàn)大小——彎矩大的部位截面大，可充分發(fā)揮材料潛力！共七十七頁剛架的分類(fēnlèi)形式共七十七頁建筑造型實例(shílì)該游泳館采用不對稱鋼筋混凝土剛架結構(jiégòu)，利用結構(jiégòu)下部空間布置跳水臺，部分剛架暴露，部分吊頂。共七十七頁門式剛架結構大跨度(kuàdù)，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。共七十七頁桁架(héngjià)結構桁架：由各個桿件鉸結組成的一種格構式結構,多作屋頂承重結構。材料強度充分利用，省材料，自重減輕，常用(chánɡyònɡ)木材、鋼材、鋼筋混凝土建造。桁架結構梁柱框架桿件間鉸結鋼筋混凝土現澆桿件內軸向內力，拉或壓主要為彎矩應力分布均勻不均勻共七十七頁桁架(héngjià)的類型上：三角形、梯形(tīxíng)、拱形、無斜腹桿拱形左：三鉸拱式、三鉸剛架式桁架式、排架式桁架結構共七十七頁三鉸剛架式(jiàshì)鋼桁架1898，巴黎(bālí)世博會機械館共七十七頁北京體育館，6000人，跨度(kuàdù)56M,桁架暴露于比賽大廳，頂部設有天窗，以利于采光和通風。共七十七頁排架式(jiàshì)鋼桁架敦煌市火車站——無柱風雨(fēngyǔ)棚共七十七頁廣州會展中心共七十七頁拱、剛架、桁架同屬(tónɡshǔ)平面力系，解決屋頂結構問題。但還是有很大局限性。二戰(zhàn)后，新型大跨度建筑涌現不斷。形式更加新穎，結構更加合理，讓人耳目一新。如：空間網格、折板與薄殼、懸索、張拉膜等結構。共七十七頁看看(kànkàn)這些新建筑共七十七頁折板定義：由一定傾斜角度整體相連(xiānɡlián)的一種薄板體系，常用鋼筋混凝土，鋼絲網水泥建造。組成：折板+橫隔構件共七十七頁A：結構厚度薄，省材料，可預制裝配，省模板，可做大跨度屋頂，也可作(kězuò)外墻。平行折板扇形折板扇形板：一端(yīduān)波長小，一端(yīduān)大，放射狀，適用于梯形平面。共七十七頁巴西圣保羅會堂：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，結構與建筑造型完美統一。聯合國教科文組織會議大廳：頂棚和墻壁作為折板，呈現結構(jiégòu)的韻律，空間的深度。共七十七頁薄殼結構(jiégòu)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(huòdé)堅硬的外殼！A:利用混凝土可塑性，主要承受曲面內軸向力，彎矩扭矩很??；強度、剛度好；薄殼厚僅為跨度幾百分之一，一般平板結構的十分之一。自重輕、省材料、外形多樣。D:現澆施工，費工、費時、費模板，結構計算復雜，不易承受集中荷載。共七十七頁薄殼結構(jiégòu)形式筒殼圓頂殼雙曲扁殼雙曲拋物面殼共七十七頁雙曲扁殼與雙曲拋物面殼共七十七頁北京火車站——雙曲扁殼共七十七頁薄殼結構(jiégòu)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。不簡單重復上述基本形式，而是巧妙(qiǎomiào)地運用交貫、切割、改變參數等方法，重新組合再創(chuàng)造。造型獨特新穎，突出建筑個性。共七十七頁法格勒諾布爾冰球館：四片筒形薄殼十字(shízì)正交，花瓣形美國“未來航空港”設計方案：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(gùdìng)筒殼。兩套殼體，巧妙“相貫”。共七十七頁墨西哥花田市餐廳(cāntīng)，正方形平面，屋頂由四個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。共七十七頁巴黎國家(guójiā)工業(yè)與技術中心陳列館三束錐狀雙曲面薄殼交匯于屋頂(wūdǐnɡ)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。共七十七頁埃羅·沙里寧，1/8球面薄殼，平面為曲邊三角形，邊梁向上卷起，傳遞荷載至三個支座，地下埋設水平(shuǐpíng)拉桿，平衡推力，銅板覆蓋，玻璃幕墻曲面外墻。美國麻省理工學院禮堂(lǐtáng)共七十七頁肯尼迪機場(jīchǎng)候機樓四片雙曲面鋼砼薄殼合圍成屋頂，展翅飛翔的大鳥。采光帶分開四部分，邊梁朝支座逐漸(zhújiàn)加寬，適應增大的內力。模型實驗，藝術與結構的完美結合，沒有生硬的幾何圖形痕跡。共七十七頁空間網格(wǎnɡɡé)結構多根桿件以一定(yīdìng)規(guī)律節(jié)點連接空間結構形式平板網架曲面網殼1、多向受力結構，整體性強，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、結構高度小，有效利用空間；4、桿件規(guī)格統一，易于生產。共七十七頁平板(píngbǎn)網架支座(zhīzuò)簡支交叉桁架體系+角錐體系兩向正交三向交叉共七十七頁兩向正交體系(tǐxì)的正放和斜放：三向交叉體系(tǐxì)可滿足的平面形狀：共七十七頁角錐體系三角錐四角(sìjiǎo)錐六角錐共七十七頁室外(shìwài)空間網架運用（網架~平板(píngbǎn)屋頂）共七十七頁首都工人(gōngrén)體育館：

兩向正交網架

99M1x12.2M，1967，

我國跨度最大的平板網架之一共七十七頁南京五臺山體育館

——三向交叉(jiāochā)桁架平板網架

八角形平面，容納一萬人，主跨88M,鋼管(gāngguǎn)桿件球節(jié)點連結，網架支撐在一圈混凝土柱上。共七十七頁美國加利福尼亞大學體育館：91M×122M,三角錐體系(tǐxì)平板網架共七十七頁曲面(qūmiàn)網殼結構多數底部為有推力結構，制作條件(tiáojiàn)復雜；但相較網架結構，外形豐富，造型多變。網殼結構VS薄殼：一改鋼筋混凝土薄殼施工時需要支大量模板，濕作業(yè)勞動費時費力的劣勢，采用計算機計算方式，安裝方便，結構更合理。共七十七頁網殼按形狀(xíngzhuàn)分：柱面網殼、球面網殼、雙曲扁網殼、單塊扭網殼、四塊組合型扭網殼……按層數分：單層、雙層共七十七頁柱面網殼：適用于矩形平面，構造簡單施工(shīgōng)方便，廣泛應用；具有典型拱結構受力特征，需解決水平推力。共七十七頁球面(qiúmiàn)網殼：適用于圓平面，整體類似穹頂。球冠型和近似整球型。1967世博會美國(měiɡuó)館共七十七頁雙曲扁網殼：矢高小，空間利用率高；但支撐邊梁也需做成相應弧形，帶來施工難度雙曲拋物面網殼：(馬鞍形)造型(zàoxíng)新穎奇特，素線為直線。德陽體育館——雙曲拋物面網殼甘肅慶陽宮體育館——曲面(qūmiàn)扁殼+弧形大拱共七十七頁羅馬小體育宮：D=60M

1620個混凝土預制菱形(línɡxínɡ)構件拼合，最薄處：25mm

完整秀美的天頂如一朵盛開的向日葵。共七十七頁美國(měiɡuó)塔科馬市體育館膠合木網殼D=160M單層網殼二戰(zhàn)以后，隨著(suízhe)理論研究、抗震性能分析進一步深入，新材料、新施工工藝的運用，國外很早就采用各種材料建造網殼結構。共七十七頁日本(rìběn)名古屋體育館：D=187.2M,1996

世界上跨度最大單層網殼結構共七十七頁國家大劇院肋環(huán)形空腹雙層網殼，東西跨度122M,南北144M。整個屋頂呈橢球形大穹頂，表面由具有柔和色調與光澤的僅0.44mm厚的鈦金屬板覆蓋。前后兩側有兩個類似(lèisì)三角形的玻璃幕墻切面，整個建筑浮于水面之上，需從一條長80M的水下通道進入演出大廳。共七十七頁共七十七頁共七十七頁懸索結構(jiégòu)受啟發(fā)于懸索橋梁，20世紀50年代后，隨著高強鋼絲出現，懸索結構興起。組成：索網、邊緣構件、下部支承。索網非常柔軟，只承受(chéngshòu)軸向拉力，無彎矩也無剪力；邊緣構件錨固索網，連接底部支承，可采用梁、桁架、拱等形式，應保證足夠剛度；下部支承多為受壓構件，常為柱。共七十七頁Q:懸索結構(jiégòu)的優(yōu)缺點？A：充分發(fā)揮鋼索受拉，鋼砼邊緣構件受壓、受彎的特性，結構輕，省鋼材外形與傳統建筑迥異，適用于各類平面形式跨越巨大空間，中間(zhōngjiān)沒有支點，功能安排更靈活；

在60M~150M內，優(yōu)勢明顯。DIA:抗風荷載能力差。共七十七頁懸索結構(jiégòu)形式單層單曲面(qūmiàn)雙層單曲面雙曲面輪輻式雙曲面鞍形杜勒斯國際機場：單跨矩形平面，下部加穩(wěn)定索，頂部加蓋輕質材料，加強結構整體抗震動、抗風性能。共七十七頁輪輻(lúnfú)式結構共七十七頁北京工人體育館D=94M，輪輻式雙層懸索，上下(shàngxià)索各144根，在外環(huán)上錯開半間布置；鋼砼外環(huán)支撐在環(huán)形框架的48根柱上；內環(huán)為鋼結構圓筒，D=26M。共七十七頁雙曲拋物面懸索由兩組曲率相反(xiāngfǎn)的拉索交叉組成索網。共七十七頁浙江省人民(rénmín)體育館

美國(měiɡuó)牲畜市場貿易館共七十七頁勒·柯布西耶，蘇聯蘇維埃宮，以巨大(jùdà)的鋼砼拋物線拱來懸吊屋頂。共七十七頁日本(rìběn)國家體育館、游泳館鋼索固定在兩根混凝土柱上，金屬板材覆蓋(fùgài)屋面。共七十七頁倫敦千禧穹頂：泰晤士河邊格林威治半島上，占地300英畝，由RichardRogers事務所承擔(chéngdān)建筑設計，結構設計由BuroHappold完成。共七十七頁膜結構以優(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(júbù)集中荷載的能力差共七十七頁張拉膜結構（帳篷(zhàngpeng)結構）為提高膜面的抗風能力，可將其設計成呈反向的雙曲面形式——正負曲面。且對拉索施加適當的預應力，以保證無論何方向的風力作用(zuòyòng)都不會松弛。抹面材料宜選擇輕質、高強、耐高溫、低溫、防火性好，有一定透明度的材料。共七十七頁蒙特利爾(ménɡtèlìěr)博覽會

德國館共七十七頁骨撐膜結構常見(chánɡjiàn)骨架：桁架、拱、網架、網殼膜材僅為表皮使用，自身結構承載作用不能得到充分發(fā)揮，結構跨度、造型也受到支撐骨架的限制上海八萬人體育場，與它前面(qiánmian)