《結構概念和體系》課程簡介

2025/1/91《結構概念和體系》

StructuralConceptsandSystems

課程簡介本課程是工業(yè)大學土木工程學院為進行課程系列改革而開設的專業(yè)選修課(24學時)。也可作建筑學、房地產、道橋等專業(yè)的選修課。本科程突破了原有的課程體系，強調各課程之間的橫向聯(lián)系，特別注意從房屋的整體（而不是結構構件）來分析和理解結構體系，收到了較好的教學效果。2025/1/93

本課程在工業(yè)大學已講授十多年了。教材也已更新三次，新版教材《結構概念和體系》

2009年7月已由高等教育出版社列為“普通高等教育‘十一五’國家級規(guī)劃教材”和“新世紀土木工程系列教材”出版。教材附有配套的多媒體課件光盤，為學生提供了更多的工程實例和精美的彩色圖片，也可供教師上課參考。

教材及多媒體課件2025/1/95

隨著科學技術的發(fā)展，專業(yè)和學科間的分工越來越細，各專業(yè)和各課程間的橫向聯(lián)系常常被忽視。然而，一棟優(yōu)秀的建筑必然是建筑、力學、結構、設備等各專業(yè)密切配合、創(chuàng)造性合作的成果。本課程從最基本的結構概念出發(fā)，強調建筑形式、結構類型和受力特點之間的密切關系，引導學生在設計中正確處理好建筑和結構體系的總體問題。課程內容圍繞以下幾個方面展開：一些重要的結構概念；建筑設計方案階段要考慮的結構總體問題；結構水平體系和結構豎向體系的主要類型和特點;介紹國內、外著名建筑及建筑業(yè)的最新發(fā)展，剖析一些典型工程，使學生對結構體系有更深刻的理解。2025/1/96

本課程采用多媒體教學，深入淺出，圖文并茂，內容豐富，有利于學生增加感性認識，擴大知識面。本課程的多媒體課件還提供了一些必要的英語專業(yè)詞匯，以利于逐步提高專業(yè)英語閱讀能力。

本課程2001年獲工業(yè)大學優(yōu)秀教學設計一等獎；

2003年獲工業(yè)大學教學成果一等獎及黑龍江省高等學校教學成果二等獎；

2004年獲工業(yè)大學優(yōu)秀教學一等獎，并被評為工業(yè)大學的優(yōu)秀課程。

2004年在青島召開的《全國土木工程專業(yè)精品課程及精品教材建設工作研討會》上我們曾對本課程作了簡單介紹，受到兄弟院校的關注。一些專家認為《結構概念和體系》課突破了目前按學科分隔的課程體系，是土木工程專業(yè)課程體系改革的大膽創(chuàng)新和成功實踐。也有人說：“這是一門培養(yǎng)總工程師的課程?！闭n程簡介教學效果課程設置課程設置課程內容課程設置

隨著科學技術的飛速發(fā)展專業(yè)和學科之間的分工越來越細專業(yè)之間和課程之間的聯(lián)系常被忽視，學生的專業(yè)知識變得零碎了

有的學生雖能求解復雜的力學問題，卻不會從最簡單的工程結構中抽象出計算簡圖

平時往往重視構件的設計計算，而對結構體系的構成及其重要性認識不足

有的學生雖能設計高層建筑和大跨結構，但對最基本的結構概念理解不深這對科學技術的發(fā)展是非常必要的過細的分工有時也帶來一些弊病課程設置本課程是一門理論與實際聯(lián)系密切，多學科綜合性的專業(yè)選修課

引導學生深入理解結構概念，學會從房屋總體（而不是結構構件）來分析和理解結構體系。通過介紹和分析各種常見的水平結構體系和豎向結構體系鋼結構施工技術鋼筋混凝土及砌體結構經濟學等建筑設備力學房屋建筑學介紹國內外著名的建筑結構剖析典型的工程實例使學生開闊視野,提高專業(yè)素質目的在于對各門課程作橫向連系分析典型工程例：

巴黎

艾菲爾鐵塔

建于1889年，原是為紀念法國大革命勝利一百年及巴黎世博會而建的標志性建筑，高320m，是當時的世界第一高度，用鋼9,000t。它不僅滿足了標志性建筑及展覽功能要求，并且由于其優(yōu)美的造型而深受群眾喜愛，已成為法國及巴黎的象征。從力學方面分析：鐵塔可看成是嵌固在地上的懸臂梁，對于高聳入云的鐵塔來說，風荷載是其主要荷載，由于鐵塔的總體外形與風荷載引起的彎矩圖十分相似，因此充分利用了塔身材料的強度和剛度，受力非常合理；風荷載下的彎矩圖M分析典型工程例:巴黎艾菲爾鐵塔

從建筑方面分析：現(xiàn)在，艾菲爾鐵塔已成為巴黎和法國的象征。每年有六百多萬旅游者登塔觀光，旅游收入也十分可觀。可見一棟優(yōu)秀的建筑在社會、政治、經濟和文化中所起的重大作用。分析典型工程例:巴黎艾菲爾鐵塔

從結構方面分析：塔底部斜框架結構合理，加大了跨度，使車流人流在塔下暢通無阻，更顯鐵塔的雄偉壯觀。艾菲爾鐵塔可謂建筑結構的完美統(tǒng)一。2025/1/914分析典型工程例:巴黎艾菲爾鐵塔

課程設置更深刻地理解和體會一些重要的結構概念本課程的意義

了解作為建筑功能和形式因素的結構體系及其基本類型

了解和掌握建筑方案中空間形式和結構性能的相互關系學會從工程中抽象出計算簡圖學會用近似方法快速估算和比較各種設計方案

使得在房屋設計的方案階段就能保證建筑設計與結構設計的基本協(xié)調。課程內容課程簡介課程設置教學效果課程內容緒論

(Introduction)第一章一些重要的結構概念(SomeImportantConceptsofStructure)

第二章結構設計中的總體問題(TheGeneralProblemsinStructuralDesign)第三章結構的水平體系(TheHorizontalSystemsofStructure)第五章工程實例簡介(IntroductionofEngineeringExamples)第四章結構的豎向體系(TheVerticalSystemsofStructure)目錄(Outline)第一章一些重要的結構概念(SomeImportantConceptsofStructure)

2025/1/9181.1基本受力狀態(tài)(TheBasicMechanicalStates)第一章一些重要的結構概念(SomeImportantConceptsofStructure)

1.1基本受力狀態(tài)(TheBasicMechanicalStates)1.2材料對結構的影響(TheEffectsofMaterialonStructure)1.3關于構件尺度的概念(TheConceptsofMembers’Dimension)1.4構件受力后的變形(TheDeformationsofMemberafterLoading)1.5預應力的概念(TheConceptsofPre-stress)2025/1/919

強調拉、壓、彎、剪、扭五種基本受力狀態(tài)對材料的利用率，指出拉、壓對材料的利用率最高，桁架、拱、網架、張拉索結構、膜結構等都是充分利用拉壓的工程實例。課程內容：第一章一些重要的結構概念基本受力狀態(tài)c)扭qb)彎剪τσa)拉壓HHHH2025/1/920課程內容：第一章一些重要的結構概念材料對結構的影響

石板或素混凝土梁，由于其抗拉強度ft遠小于抗壓強度fc，即ft<<fc

，當拉應力超過抗拉強度時梁就開裂破壞，破壞由

ft引起。

木梁，由于天然木材有彎曲，切割成矩形木梁時木紋與梁軸不平行，而木材的橫紋抗拉強度遠小于順紋抗拉強度，在主拉應力作用下，當主拉應力大于木材橫紋抗拉強度

fttr

時，就發(fā)生斜向撕裂。

鋼管受彎，鋼材的拉壓強度是相同的，即fy=f’y，但由于受壓時可能引起較薄的管壁局部失穩(wěn)，當壓應力超過φfy’時受壓區(qū)局部屈曲而早于受拉區(qū)破壞。a)磚石b)鋼管c)木材（斜紋）2025/1/921

以在自重作用下的一根簡支梁為例，說明按比例放大結構是很危險的。Lbh

結構尺度的影響課程內容：第一章一些重要的結構概念關于構件尺度的概念2025/1/922

現(xiàn)分別以下角標1和10代表原梁和放大10倍后的梁矩形截面梁

b10=10b1；

h10=10h1

；

L10=10L1自重線荷載

g10

=b10h10γ=100g1最大剪力

V10=g10

L10

/2

=1000V1最大彎矩

M10=g10L102

/8=10000M1截面抵抗矩

W10=bh2/6

=1000W1

鋼筋混凝土梁抗彎、抗剪承載力由鋼筋控制

[M10]

=As10

fy(

h010-0.5x10)

=1000[M1]由混凝土控制

[M10]

=b10

xb

fc

(

h010-0.5x

b10)

=1000[M1]最大抗剪力

[V10]max=0.25b10

h10=

100[V1]max

撓度跨中撓度

f10

=5g10

L104/（384EI10）=100f1課程內容：第一章一些重要的結構概念關于構件尺度的概念Lbh

可見，在結構設計中按比例放大結構是很危險的；截面高度的選擇也必須考慮結構尺度的影響，對于跨度較大的梁截面應偏高一些。教材或規(guī)范上建議的梁的高跨比只在常用的跨度范圍內才適用，超過這個范圍就不對了。2025/1/923

正確估計和判斷構件受力后的變形曲線，對估算和分析結構內力十分重要。對一般桿件，若忽略N和V

的影響，則

M/EI=1/ρ=d2y

/

dx2

雙鉸拱受荷后拱跨中曲率變小，拱腳上部曲率變大?？梢?，此拱跨中承受正彎矩，兩側拱腳上部承受負彎矩。

雙鉸拱左半跨受荷后左半跨承受正彎矩，右半跨度承受負彎矩。

無鉸拱在全跨及半跨均布荷載下的變形曲線（左）及彎矩圖（右）。細心對比后就會對曲率與彎矩的對應關系有所理解。yMyMyMMyqqq

雖然在此例中彎矩M、曲率1/ρ的變化與變形y很相似，應當指出，對于曲線形桿件上式中彎矩M應與曲率增量(1/ρ-1/ρ0）相似，即與變形y

的二次導數相似，而不是與變形y

相似。M

/EI=1/ρ=d2y

/dx2

對于等截面構件曲率和彎矩成正比課程內容：第一章一些重要的結構概念構件受力后的變形2025/1/924

預應力的概念具有普遍意義。預應力只是一個力，而且是一個內力，內力不會是構件失穩(wěn)。課程內容：第一章一些重要的結構概念預應力的概念+=2025/1/925

對一塊薄板施加預應力會不會使薄板失穩(wěn)呢?

當壓桿有偶然偏心或偶然側向力作用而彎曲后，附加的力矩可能使構件越來越彎曲，甚至導致破壞，這就是失穩(wěn)。軸向力作用下的薄板或長細桿件有可能發(fā)生失穩(wěn)。桿件截面中心桿件截面中心課程內容：第一章一些重要的結構概念預應力的概念

預應力是一個內力，當一塊預應力薄板發(fā)生偶然彎曲后，預應力產生的附加力矩以及彎曲后的預應力筋對混凝土板的側壓力與偶然彎曲方向相反，將使構件變直?？梢?，預應力不但不會使壓桿失穩(wěn)，而且會使壓桿更加穩(wěn)定。這就不難理解為什么有時我們會對預制長柱、長樁施加預應力了。

當然，若預應力過大，也會把薄板壓碎，但這不是穩(wěn)定問題，而是承載力問題。2025/1/926課程內容：第一章一些重要的結構概念預應力的概念黃河小浪底工程預防山體滑坡的預應力錨桿2025/1/927關于預應力的概念（小結）預應力是加荷前預先施加給構件的應力；預應力僅僅只是一個力

(不一定要預應力鋼筋)，例如,用手搬書時就沒有預應力鋼筋；預應力充分利用了材料的抗壓強度和抗拉強度，可提高混凝土的抗裂性，但不會提高構件的承載力；預應力引起的構件反拱可以抵消恒載的撓度，但對可變荷載引起的變形，幾乎沒有影響；預應力在構件中是一個內力，它不會使構件失穩(wěn)，反而可提高構件的穩(wěn)定性。例如，可對預制樁施加預應力，以提高運輸和打樁時樁的穩(wěn)定性；預應力的概念具有普遍意義，例如：懸索結構、膜結構、充氣結構等。課程內容：第一章一些重要的結構概念預應力的概念2025/1/928課程內容：第一章一些重要的結構概念圈梁和構造柱關于圈梁：

從房屋的總體來分析混合結構房屋圈梁的受力狀態(tài)底圈梁頂圈梁2025/1/929課程內容：第一章一些重要的結構概念圈梁和構造柱

從這個例子中我們可以看出，圈梁不是梁，只是一個受拉桿件，真正起作用的是其中很少的一點配筋。圈梁的混凝土只是保證鋼筋和砌體共同工作的媒體。當我們正確認識到圈梁是一個受拉桿件后，我們就不難理解為什么圈梁要成“圈”，圈梁和“圈”內混凝土樓板可形成剛性板塊。圈梁不能隨意彎折，圈梁的鋼筋不能有“內折角”，必須錨固可靠等。2025/1/930課程內容：第一章一些重要的結構概念圈梁和構造柱

在混合結構的抗震構造中還廣泛采用構造柱。構造柱和圈梁一樣，截面小，配筋少，往往不被重視。然而，構造柱和圈梁從整體上把房屋緊緊地捆綁在一起，大大加強了房屋的整體性。

地震中，盡管房屋的局部可能有損傷，構造柱和圈梁可保證房屋整體不散架，不坍塌。從而有效地提高了房屋的抗震能力。不難看出，構造柱沒有基礎，也不是“柱”，在抗震中它主要起捆綁作用，也只是個拉桿。圈梁構造柱2.2建筑結構上的作用力(TheloadsonBuildingStructure)2.4結構的剛度和變形(TheStiffnessandDeformationofStructure)2.5房屋不對稱的影響(TheEffectofUnsymmetricalBuilding)2.7結構總體系的構成(TheConstituteofGeneralStructuralSystem)2.3房屋的高寬比與抗傾覆問題(TheRatioofheight-widthandOverturningStability)2.1概述(Introduction)2.6結構的總體估算(TheGeneralEstimationofStructure)課程內容：第二章結構設計中的總體問題2.4結構的剛度和變形(TheStiffnessandDeformationofStructure)2025/1/932物理學關于剛度的定義：剛度是產生單位“變形”所需要的“力”。這里所指的“變形”和“力”都是廣義的，“變形”可以是位移、曲率、剪切角、扭轉角、應變等；“力”可以是軸力、彎矩、剪力、扭矩或應力等。

單位“力”作用下的“變形”稱為柔度，引起單位“變形”所需的“力”稱為剛度，柔度和剛度在數值上互為倒數。房屋剛度結構剛度截面剛度構件剛度課程內容：第二章結構設計中的總體問題結構的剛度和變形截面剛度2025/1/933

截面的拉壓剛度EA

EA=N/(ΔN/L)=N/ε

截面的彎曲剛度EI

EI=M/(1/ρ)

截面的剪切剛度GA

GA=V/γ

課程內容：第二章結構設計中的總體問題截面剛度2025/1/934課程內容：第二章結構設計中的總體問題截面剛度

討論一座小塔樓的幾種結構方案，看如何提高剛度EI？設塔樓平面尺寸相同，邊長均為5.2m，結構截面面積均為4m2。由四根1m見方柱組成，其截面剛度為四根柱截面剛度:

I1=4/12若將四根小柱合并為一根大柱，則剛度為:

I2=4I1

若將四根1m見方的柱“拍扁”，做成四片獨立的墻，每一片為0.2m×5m:

I3=12.5I1

若將上述四片墻在墻角處連成整體，形成箱形截面:

I4=50I1

5.2250.25.25.23.221.61.6113.2115.2

盡管截面面積相同，合理改變截面形式，可以大大提高構件的截面剛度。這種截面放平了就是箱型截面梁，立起來就是筒體。2025/1/935課程內容：第二章結構設計中的總體問題

構件剛度

通常指構件(Member)在特定方向上引起單位變形所需的特定荷載

例1:承受集中荷載的懸臂柱,柱長比起截面尺寸要大很多，通常稱為桿件。桿件的彎曲變形較大，相比之下剪切變形和軸向變形的影響小到可以忽略不計，所以只計彎曲變形。懸臂柱在柱頂水平力作用下的變形Δ=PL

3/3EI；在柱頂單位水平力作用下的位移δ=L

3/3EI

，稱為柔度，則產生柱頂單位側移所需的力1/δ=3EI/L

3

，稱為該柱在柱頂水平力作用下的抗側移剛度。

例2:承受均布荷載的簡支梁，也是一個桿件，可只考慮彎曲變形，其跨中撓度Δ=5qL4/(384EI）；在單位均布荷載下的跨中撓度δ=5L4/（384EI），稱為柔度。而產生單位跨中撓度所需施加的均布荷載1/δ=384EI/（5L4），稱為簡支梁在均布荷載作用下的剛度。其它支承條件、荷載情況下的變形在一般材料力學書上均可找到，大家可自行查閱參考。LEI11EIEILq(a)結構柔度(b)結構剛度2025/1/936地面運動方向結構剛度中心軸結構水平位移結構剛度中心地震力扭矩Fe引起的轉角質量中心FeFF地震力F引起的偏心荷載平行移動

房屋扭轉

在高層建筑結構中，結構抗側移剛度不對稱會使水平荷載與房屋抗側移剛度的中心(簡稱剛度中心)偏心。e課程內容：第二章結構設計中的總體問題房屋剛度

設計中應設法避免或盡可能減小扭轉變形。換句話說，應當設法使水平荷載的合力盡量接近或通過房屋的剛度中心。2025/1/937

房屋剛度是由許多組成房屋的結構構件(例如柱、框架、結構墻等)的剛度組合而成的，它們靠平面內剛度很大的樓蓋(或屋蓋)體系連系在一起，樓蓋(或屋蓋)像一個剛性盤體一樣迫使與其相連的豎向結構協(xié)調變形，只產生平移和整體轉動。

假如我們將房屋結構平移一個單位位移，則每一個柱、框架或結構墻都會產生反力，這些反力就是這些個別結構構件的抗側移剛度。這些反力的合力即為房屋結構抗側移的總剛度，此合力的作用點即為結構的剛度中心。

用這種辦法，可以很快找到結構剛度中心，也可用來調整結構剛度中心的位置。若水平荷載合力通過結構剛度中心，房屋就不會產生扭轉。課程內容：第二章結構設計中的總體問題房屋剛度合力3.1鋼筋混凝土梁的受力狀態(tài)分析(MechanicalAnalysisofR.C.Beam)3.1鋼筋混凝土梁的受力狀態(tài)分析(MechanicalAnalysisofR.C.Beam)3.2結構水平體系的主要類型和特點

(

TheMajorStylesandCharacteristicsofHorizontalStructuralSystem)課程內容：第三章結構的水平體系鋼筋混凝土梁與各種水平結構的共性和特性比較

各種水平結構的共性就是都要承受彎矩和剪力，只是受力方式不同。

梁作為受彎構件雖然在材料強度利用上不是很好，但梁中隱含著上斜式平行弦桁架、下斜式平行弦桁架、帶拉桿拱、懸索結構等多種結構受力狀態(tài)，因此，梁的截面高度才可能更小。當跨度不很大時，為了充分利用層高，盡可能減小結構高度，梁還是一種很有效的結構形式。3.2結構水平體系的主要類型和特點

(

TheMajorStylesandCharacteristicsofHorizontalStructuralSystem)3.2結構水平體系的主要類型和特點

(

TheMajorStylesandCharacteristicsofHorizontalStructuralSystem)課程內容：第三章結構的水平體系3.1鋼筋混凝土梁的受力狀態(tài)分析(MechanicalAnalysisofR.C.Beam)一、屋架、屋面板及支撐系統(tǒng)組成的水平結構體系(TheHorizontalStructuralsystemsCombinedbyTrusses、SlabsandBraces)二、裝配式梁板組成的樓蓋或屋蓋(

FloorsorRoofsCombinedbyassemblybeamsandSlabs)三、裝配整體式樓(屋)蓋(Assembly-MonolithicConcreteFloors(Roofs))五、網架體系(LatticegridSystems)四、現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓(屋)蓋(MonolithicReinforcedConcreteFloors(Roofs))3.2結構水平體系的主要類型和特點

(

TheMajorStylesandCharacteristicsofHorizontalStructuralSystem)六、張拉索結構(Tension-CableStructures)八、拱結構(

ArchStructure)九、薄殼結構(ShellStructure)十一、結構轉換層(TheHorizontalstructure－TransitionStory)十二、門式剛架(

PortalFrame)十、組合結構(CompositeStructure)七、膜結構

(MembraneStructure)3.2結構水平體系的主要類型和特點

(

TheMajorStylesandCharacteristicsofHorizontalStructuralSystem)張拉索結構（Tension-CableStructure）

以高強鋼絲、鋼絞線為主要承重結構，是超大跨度結構的主要形式。張拉索結構按其拉索的布置也可分為多種形式：(一)斜拉索結構（DiagonalTension-CableStructure）

這種結構以斜拉索為水平結構提供中間支座。課程內容：第三章結構的水平體系張拉索結構上海楊浦大橋課程內容：第三章結構的水平體系張拉索結構上海楊浦大橋2025/1/945課程內容：第三章結構的水平體系張拉索結構蘇通長江大橋－世界最長的斜拉索橋大橋從蘇州跨過長江到南通，離長江出?？?08km，橋長8,146km,2003年6月開工，已于2007年9月通車。大橋創(chuàng)四項世界記錄：斜拉橋主跨1088m;大橋主塔高達300.4m;主橋最長斜拉索長達577m;基礎樁徑為3m,樁長131m，主塔承臺118m×52m，用混凝土60,000m3。蘇通長江大橋施工現(xiàn)場2025/1/946課程內容：第三章結構的水平體系張拉索結構2025/1/947課程內容：第三章結構的水平體系張拉索結構

(二)懸索結構

(SuspendedCableStructure)

以下垂的懸索為主要承重結構，荷載均懸掛在主索上。懸索結構的主索只承受拉力，其抗彎剛度為零，不能承受任何彎矩，所以懸索的形狀會隨著荷載的變化而改變。

當懸索自動把形狀調整到沿懸索全長彎矩處處為零時，就達到平衡狀態(tài)。根據力學原理可知，此時懸索的形狀正好與簡支梁的彎矩圖形狀一致。懸索結構是一種柔性結構，在活荷載作用下，懸索會變形。當活荷載與恒載相比很小時，這些變形也會很小，甚至小到可以忽略不計。美國舊金山（SanFrancisco）金門大橋（GoldenGateBridge）主跨1280m，主索直徑910mm，懸索下垂122m1937年建成，曾保持27年世界記錄課程內容：第三章結構的水平體系張拉索結構

全長3071m，橋面寬33.8m,按6車道高速公路設計，主跨跨度1385m，框架式鋼筋混凝土塔柱高193m，橋下通航凈高50m。每根主纜直徑0.9m，由二萬多根直徑5.35mm的鍍鋅高強鋼絲組成，兩根主纜總重達17000t；主橋箱形截面鋼梁（36.9m×3m）用鋼達18000t。北錨碇采用大型深沉井基礎，平面尺寸為69m×51m×58m，為世界第一大沉井；南錨碇為90000m3混凝土的重力錨。

特大跨懸索橋

世界排名第一：日本的明石海峽大橋，建成于1998年，主跨達1990m；

世界排名第二：丹麥的亨伯大橋，正在興建中，主跨1624m；

世界排名第三：英國的亨伯爾（Hamber）橋，建成于1981年，主跨1410m；

世界排名第四：江陰長江公路大橋，建成于1999年，全長2888m，主跨1385m。課程內容：第三章結構的水平體系張拉索結構江陰長江公路大橋

(1999年10月通車)

在許多懸索結構中，美國明尼亞波利斯(Minneapolis)聯(lián)邦儲備銀行大廈的結構設計很有特色。此銀行為一座11層大樓，跨度達83.2

m，用懸索作為主要承重結構，懸索錨固在兩側的兩個筒體結構上，筒體承受大樓的全部豎向荷載。柱頂設有大梁，以平衡懸索在柱頂產生的水平力，整個大樓就懸掛在懸索和頂部大梁上。索的水平力將由柱頂大梁來平衡，相當于給大梁施加一個壓力。可以看出，只要精心調整索對大梁的偏心距，可以大大減小大梁的彎矩。美國明尼亞波利斯(Minneapolis)聯(lián)邦儲備銀行大廈筒體

課程內容：第三章結構的水平體系張拉索結構課程內容：第三章結構的水平體系懸索結構屋面北京朝陽體育館（外景）2025/1/952課程內容：第三章結構的水平體系拱結構拱2025/1/953課程內容：第三章結構的水平體系拱結構拱上承式拱下承式拱中承式拱加拿大溫哥華室內體育場——膜結構課程內容：第三章結構的水平體系膜結構2025/1/955課程內容：第三章結構的水平體系薄殼結構球殼雙曲扁殼雙曲扁殼V形折板課程內容：第三章結構的水平體系組合結構體系英東游泳館

從內部看，橫向人字形平面鋼桁架外形與兩跨連續(xù)梁的彎矩圖相似，有效地減小了桁架中的彎矩。4.2關于“框架作用”的推理（DiscussiononFrameAction）4.4提高高層結構體系整體承載力和抗側移能力的有效措施（SomeEffectiveWaystoImprovetheCarryingCapacityandStiffnessofHigh-riseBuildingStructure）4.1框架作用(FrameAction)

4.5未來超高層建筑結構

(High-riseBuildingStructureinFuture)課程內容：第四章結構的豎向體系4.3結構豎向體系的主要類型和特點(TheMajorStylesandCharacteristicsoftheVerticalStructuralSystem)2025/1/958課程內容：第四章結構的豎向體系房屋高度對結構的影響房屋高度對結構的影響：圖中頂端側移Δ與h4成正比。可見高層建筑設計的難點是剛度問題，要設法提高房屋結構的剛度。(c)(d)VM(e)hNqi(b)(a)2025/1/959芝加哥（Chicago）湖點大廈（Lakepointtower）

抗側移剛度不足，風荷載作用下下層層間位移過大，造成許多玻璃幕墻破碎?？梢?，高層建筑既要考慮頂點側移，還要考慮層間位移。課程內容：第四章結構的豎向體系2025/1/960課程內容：第四章結構的豎向體系框架作用H/2hHHEIM反彎點Va)獨立柱b)排架c)框架柱頂水平力作用下獨立柱、排架和框架比較dHHEI=∞EI=∞dH/2H/2h/2h/2hH/2H/2MHh/2Hh/2完全框架作用2025/1/961課程內容：第四章結構的豎向體系

框架作用的推理

框架作用的概念具有普遍意義。例如右圖,將框架轉90o，利用“框架作用”提高懸挑結構的剛度。樓面結構水平懸挑構件樓面結構水平懸挑構件轉90o的框架2025/1/962課程內容：第四章結構的豎向體系框架作用的推理HhH/2H/2V增加內柱的影響EI=∞h/2h/2H/mH/mm-柱數2025/1/963

從圖b)可以看出，橫梁與立柱鉸接時對框架的變形沒有任何約束，兩根立柱的變形曲線與獨立柱的變形曲線完全相同。若橫梁與立柱剛接，見圖c)，情況就完全不同了，為簡化分析，這里以“完全框架作用”為例，設n為層數，即橫梁總數。顯然立柱剪力沒有變，仍為H/2，但此時立柱可以看成是由2n段長為h/2n的小柱組成，其框架頂端側移Δn為2n根懸臂柱側移的總和。即：Mn=(H/2)×h/(2n)=M1/(2n)

Δn

=2n×(H/2)×(h/2n)3/3ECIC

=(1/4n2)×Δ1課程內容：第四章結構的豎向體系

框架作用的推理

請注意，這里Δn與層數(或橫梁數)n的平方成反比，可見增加剛性橫梁可大大減小框架側移，尤其當n

很大時，效果就尤為明顯。這樣，我們就不難理解金門大橋高高的立柱上為什么要設置多道剛性橫梁了。在高層建筑結構中，多層框架的作用也類似。沿房屋短方向布置框架，承重的框架橫梁截面要比連系梁大，可以有效提高“框架作用”，增強房屋沿短方向的抗側移剛度。所以設計人員一般都沿房屋的短方向布置主框架。HHhHEI=∞反彎點反彎點a)單層框架b)加鉸接橫梁c)加剛接橫梁增加橫梁的影響課程內容：第四章結構的豎向體系框架作用的推理

在此基礎上如果加大梁和柱的截面尺寸，則剩下可供開窗洞的尺寸就越來越小，最后洞口為零時，就成了一片實墻。在結構設計中，把這種抵抗側力的鋼筋混凝土墻稱為結構墻?？梢姡Y構墻和多層多跨框架之間并沒有明確的界線。

增設內柱或橫梁都可以有效提高框架的抗側移剛度。若同時增設內柱和橫梁，實際上就形成了多層多跨框架結構。2025/1/965課程內容：第四章結構的豎向體系結構墻的簡化計算(a)整體墻

其工作狀態(tài)就象一片懸臂深梁；若在結構墻上開一些小洞，則其工作狀態(tài)仍是結構墻，只在洞口局部有一些應力集中現(xiàn)象。(b)整體小開口墻洞口開大2025/1/966課程內容：第四章結構的豎向體系結構墻的簡化計算（c）聯(lián)肢墻(d)組合整體墻(e)壁式框架

當梁柱都較寬，節(jié)點處形成一個剛性區(qū)域時，設計中應考慮剛域的影響。洞口開大再開大再開大剪力墻-框架的相互轉化剛域鉸

合理的假設既可簡化計算，又盡可能減小誤差。2025/1/967一、混合結構房屋的豎向體系

(VerticalStructuralSystemofMixedStructure)二、排架體系(BentFrameSystem)四、結構墻體系

(ShearWallSystem)五、框架-結構墻體系

(Frame－ShearWallSystem)

三、框架體系(FrameSystem)

課程內容：第四章結構的豎向體系結構豎向體系的主要類型和特點2025/1/968六、筒體

(Tube)七、巨型框架體系(GiantFrameSystem)九、蒙皮結構體系

(ShinPlateStructure)十、其他組合體系

(OtherMixedStructuralSystems)八、巨型桁架體系(GiantTrussSystem)課程內容：第四章結構的豎向體系結構豎向體系的主要類型和特點：課程內容：第四章結構的豎向體系結構豎向體系的主要類型和特點筒體及其組合巨型桁架體系課程內容：第四章結構的豎向體系結構豎向體系的主要類型和特點巨型框架體系700001800007800吊桿格構柱香港匯豐銀行懸掛體系早期的懸掛結構課程內容：第四章結構的豎向體系結構豎向體系的主要類型和特點2025/1/972蒙皮結構

1983年建成的美國匹次堡市梅隆銀行大廈是蒙皮結構的一次大膽嘗試。大廈高222m，地面以上54

層。蒙皮結構承擔大廈全部水平荷載，內部框架只承擔局部重力荷載。蒙皮鋼板厚度：38層以下為8mm，38層以上為6

mm。課程內容：第四章結構的豎向體系結構豎向體系的主要類型和特點2025/1/973利用合理的體形適當加強結構受力最大部位設置剛性橫梁（或桁架）把豎向荷載集中在主要的承重構件上利用合理的體形課程內容：第四章結構的豎向體系

提高高層結構體系整體承載力和抗側移能力的其他有效措施

其他有效措施2025/1/974課程內容：第四章結構的豎向體系

提高高層結構體系整體承載力和抗側移能力的其他有效措施結構平面形狀對剛度的影響2025/1/975課程內容：第四章結構的豎向體系

提高高層結構體系整體承載力和抗側移能力的其他有效措施立面和豎向構件布置的影響2025/1/976課程內容：第四章結構的豎向體系

提高高層結構體系整體承載力和抗側移能力的其他有效措施適當加強結構受力最大部位：1．根據內力大小，改變構件截面尺寸及承載力;2.在框架-結構墻體系中采用帶邊框的剪力墻；為剪力墻設置翼墻；把縱橫向結構墻結合在一起；3．適當加強房屋的角柱。用邊框(柱)和翼墻加強剪力墻2025/1/977內筒外框架體系的荷載傳遞課程內容：第四章結構的豎向體系

提高高層結構體系整體承載力和抗側移能力的其他有效措施把豎向荷載集中在主要的承重構件上傳給框架的豎向荷載傳給筒體的豎向荷載WHVRVL2025/1/978課程內容：第四章結構的豎向體系

提高高層結構體系整體承載力和抗側移能力的其他有效措施筒體上設置剛性橫梁（桁架）上海錦江飯店豎向剖面A-A豎向剖面B-B水平桁架水平桁架剛性橫梁在筒體結構中的作用VV剛性橫梁普通橫梁2025/1/979課程內容：第四章結構的豎向體系未來超高層建筑結構

從毛竹的聯(lián)想！

人們已建成象原紐約世界貿易中心和西爾斯大廈這樣的超高層建筑。如果我們把這樣的大樓看成一根根“巨型桿件”，那么，利用框架作用、框筒、巨型框架、巨型桁架的概念，在基本不增大“巨型桿件”彎矩的條件下，不難設計出更高更大的未來超高層建筑。如果再考慮到利用結構體形等提高結構承載力和剛度的其他措施，還可把房屋建造得更高。

在介紹超高層建筑的同時我們也利用“9.11”事件，及時反思建造超高層建筑的利和弊，以及防災減災問題5.1概述及國內建筑業(yè)的發(fā)展簡介5.3從上海浦東建設看中國建筑業(yè)的最新成就5.2國外建筑業(yè)的發(fā)展簡介課程內容：第五章工程實例簡介5.1概述及國內建筑業(yè)的發(fā)展簡介2025/1/982課程內容：第五章工程實例簡介中國建筑業(yè)的發(fā)展簡介2025/1/983課程內容：第五章工程實例簡介中國建筑業(yè)的發(fā)展簡介2025/1/984課程內容：第五章工程實例簡介杭州灣大橋

杭州灣大橋位于我國改革開放最具活力、經濟最發(fā)達的長江三角洲地區(qū),從嘉興直通寧波。大橋總預算達人民幣160億。其中橋長36km（約118億），是目前世界上最長的跨海大橋；北岸連接線29.1km（約17億）；南岸連接線55.3km（約34億）。大橋橋寬33m，為雙向六車道，設計車速100km/h，設計使用壽命100年以上。

為什么要建成曲線形橋呢?2025/1/985課程內容：第五章工程實例簡介上海長江隧橋

2025/1/986課程內容：第五章工程實例簡介上海長江隧橋大橋主塔施工

上海長江隧道工程是一項科技含量高、施工工藝要求高和施工風險高的“三高”工程，盾構一次掘進距離7.5km和盾構直徑達15.43m均為目前世界之最，隧道最大水下埋深達55m。

2008年9月5日上海長江隧道提前實現(xiàn)雙線貫通。2009年10月,上海長江大橋工程也建成通車。至此，上海長江隧橋工程全線竣工。

盾構2025/1/987

建設中的港珠澳大橋是一座連接香港、珠海和澳門的巨大橋梁，港珠澳大橋對促進香港、澳門和珠江三角洲西岸地區(qū)經濟發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。大橋總投資將達人民幣730億元。港珠澳大橋主體工程已于2009年12月動工，將于2015至2016年完成。

港珠澳大橋示意圖課程內容：第五章工程實例簡介港珠澳大橋主航道：每天有約4000艘船舶要通過，30萬噸級巨型船舶也可自由通航工程包括三個項目：一是海中橋隧工程；二是香港、珠海和澳門的人工島口岸；三是香港、珠海、澳門三個城市的配套連接線。隧道用180米長的預制混凝土沉管連接而成，沉管每節(jié)排水量約為8萬噸，沉放時拖運到指定位置下沉、就位、連接。海底隧道最深處離海面約40m。行駛在大橋上的車輛從人工島進入海底，穿過海底隧道，又從另一個人工島鉆出重新駛上大橋。人工島人工島2025/1/988

大橋的建成將對珠江三角洲地區(qū)的很多方面產生影響，例如，從香港到珠海的公路交通將從三、四小時縮短到幾十分鐘。大橋的主航道位置將采用隧道形式，并將修建兩個人工島提供橋隧轉換設施，確保不影響前往廣州和深圳港口主航道的通行來往。港珠澳大橋全長49.968Km。其中“海中隧橋”長約35.578Km，其長度與杭州灣跨海大橋相近，將成為世界最長的跨海隧橋。課程內容：第五章工程實例簡介港珠澳大橋海中隧道人工島2025/1/989

據報道，國家已計劃投資1400億建造瓊州海峽大橋，有關專家正在就橋位選址的兩個方案進行比較選擇，爭取2012年開工，2020年建成通車。課程內容：第五章工程實例簡介瓊州海峽跨海大橋

橋多了，路通了，經濟才能更快、更好地發(fā)展。2025/1/990國家體育場--鳥巢方案（長340m，寬290m）課程內容：第五章工程實例簡介中國建筑業(yè)的發(fā)展簡介2025/1/991

國家游泳中心--水的立方方案

平面185m×185m，高35m課程內容：第五章工程實例簡介中國建筑業(yè)的發(fā)展簡介2025/1/992

當今世界最高的獨立建筑——阿聯(lián)酋迪拜塔于2004年動工，經歷了金融危機挫折，幾度停工、復工，2010年1月終于峻工。

迪拜塔有160層，高度達828m，建筑面積500,000m2，用了330,000m3混凝土和31,400t鋼材，耗資達15億美元。大樓可容納12,000人，設有1,044間住宅，49層辦公室和一家豪華酒店,以及相應娛樂設施。在