大跨建筑結構構思與結構選型讀書筆記

1、讀書筆記大空間公共建筑結構與建筑有著密切的關系，建筑的形象及構筑，以及建筑的空間，都與結構形式息息相關。結構本身制約著建筑的外觀造型，影響著建筑的構筑方式以及建設成本，在一定程度上影響或限制了設計師的構思。但是，如果掌握各種結構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?？傊?，建筑與結構在大空間公共建筑設計中有著很強的依存、制約和促進的關系。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構形式被人們所熟知。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起現(xiàn)代化機場候機樓。這些機場采用了各種結構形式，造型多種多樣，成為現(xiàn)代空間結構的一個重要展示場。國外經濟發(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、結構形式和新材料新技術的應用得到世界各國的關注。現(xiàn)實表明，大空間建筑的構筑都與結構形式關系密切，不同的結構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、 網架結構優(yōu)點：用鋼量比桁架等平面結構少得多，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。網架結構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)作留有較大的構思余地。發(fā)展現(xiàn)狀：在我國，經過多年的研究和大量實踐的檢驗修正，網架結構設計理論已比較成熟，并培育了比較強大的設計和理論研究隊伍，足以勝任各種網架結構設計任務。施工技術較成熟，經驗豐富，并形成了專業(yè)化生產和施工的廠家。二、 網殼優(yōu)點：靠空間體形受力，工廠生產構件現(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，技術經濟指標好。形式：球面網殼、雙曲面扁網殼、柱面網殼、扭網殼（雙曲拋物線

4、面網殼），并有多種組合形式。缺點：因為網殼結構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、 懸索結構受力特點：將結構內力的拉壓分開，分別由長于受拉的鋼索和長于受壓的鋼筋混凝土或木結構承受拉力和壓力，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、斜拉屋蓋，以及組合式索網屋蓋。四、 薄膜結構優(yōu)點：材質輕薄透光、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。大跨結構發(fā)展的動

5、因和條件1、 經濟發(fā)展和社會需求2.材料3.計算理論4.計算工具5.施工技術建筑與結構 大空間公共建筑與結構的依存和制約關系十分顯著，其強度遠大于一般中小跨度建筑，其關系更應深入探討。（一） 結構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） 建筑與結構的相互促進大空間公共建筑對結構的最主要要求就是形式多樣化，為建筑創(chuàng)作提供得心應手的手段，這是建筑對結構的最大促進。反之，當結構技術取得突破，就為建筑設計創(chuàng)造了更大的創(chuàng)作余地，促進建筑的發(fā)展。（三） 結構與建筑的相對關系建筑創(chuàng)作的核心在于創(chuàng)造人工空間，滿足人們的物質和精神需要，結構創(chuàng)作的核心是實體，是構筑空間的有

6、形物質?？臻g與實體相互依存，但空間是主角，是建筑的目的，實體是服務于空間的物質手段?？梢娖渲鲝牡匚环置?。（四） 結構與建筑的矛盾 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)作直接涉及到結構，要求結構形式靈活多樣，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)實情況是流行的結構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構的最本質的矛盾。建筑師與工程師 建筑工程是多學科知識的凝聚和多種專業(yè)技術的

7、綜合，它既需要專業(yè)分工和細化，做精深的技術工作，更需要專業(yè)間的密切合作，創(chuàng)作出融合協(xié)調的作品。一、 建筑師職責（一） 建筑構思必須牽涉到結構構思，其建筑構思需要與結構構思同步進行。這兩種構思只能都由建筑師來完成。（二） 建筑造型應該正確反映結構形態(tài)，構筑的建筑形體既應經濟合理，也應正確表達力的傳遞，形式與技術緊密結合。（三） 建筑師肩負主持工程設計重任，應積極協(xié)調各專業(yè)技術的交叉和矛盾，使之成為相互合作的綜合產品。總之，建筑師在結構構思和結構選型方面負有主導作用，既要有一定的概念性結構知識和掌握構思方法的共同語言，也要有同結構工程師密切合作，互相理解、支持、禮讓等精神。二、 結構工程師的任務（

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

9、起結構內部發(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 分為靜力荷載、動力荷載。3、 結構的效應內力 指結構在直接或間接作用下，其內部各組成部分之間產生的力的相互作用，包括軸力、剪力、彎矩、扭矩。可通過內力對于面積的集度-應力來反映。變形 指結構相對于自身的形狀改變，包括長度、撓度和角度的變化?？捎米冃螌τ陂L度的集度-應變來表達。位移 指結構的整體性位置變化，還可用來描述結構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、 結構的約束體現(xiàn)在兩方面：支座條件 位于結構的支撐部位，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。構造條件 位于結構內部，以構造手段控制結構變形。另外，用于降低結構動力效應的主動控制或被動控制手段，也可看作是一種約束。5、 結構的性能結構的強度 指結構的承載能力，即結構能夠抵御某種作用而不至于破壞的能力。取決于材料強度、構件形式、結構構成方式、結構的受力狀態(tài)。結構的剛度 結構抵抗變形的能力。對大跨度建筑結構，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。結構的穩(wěn)定 結構維持自身穩(wěn)定狀態(tài)的能力。主要體現(xiàn)在承載力的穩(wěn)定和結構形態(tài)的穩(wěn)定。二、結構的分類（一）按結構材料分類（最常用）1、砌體結構 由磚石混凝土等各種砌塊組成。

11、多用于拱、穹頂和支撐、圍護結構。2、木結構 以木材為主要結構材料，可用于剛架、拱以及大量網格結構。3、混凝土結構 通常配置鋼筋。多用于以承受壓力為主的結構。有現(xiàn)澆和裝配形式。4、鋼結構 鋼材的抗拉、抗壓強度都很高，適用范圍較廣。此外，還有鋁合金結構、復合材料結構、紙結構、索結構、膜結構。（二）按結構受力分類結構的受力狀態(tài)分為：拉、壓、彎、剪、扭五大類。從整體作用來看，結構按受力方向分為：抗水平力體系、抗豎向力體系、抗傾覆力體系等。大跨結構主要是要抵御豎向作用。(三) 按結構的空間布置分類結構布置可按平面結構與空間結構兩類方法布置。1、 平面結構 假定結構的作用力及其位移和變形都在結構所處的平面

12、內。優(yōu)點：結構傳力路線明確，構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、 空間結構 將結構定義為三維空間受力結構體系。與結構實際工作情況更加接近，設計結果也更為經濟。此外，結構還可按形態(tài)分為體、線、面等結構。三、 結構的力學規(guī)律與造型相關的主要的結構原則：（一） 力的分布與描述力是物體間的一種作用。包含外力與內力。內力是用于描述構件內部力的分布情況的一種物理量。（二） 力與變形的關系結構的變形曲線與荷載、支座條件、結構布置等都有直接關系。（三） 受壓構件的確定（四） 結構的整體性幾何不變的結構是穩(wěn)定體系，有靜定與超靜定之分。四、 結構的構成結構單體：能夠維持結構形態(tài)穩(wěn)定的最

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

14、、大跨建筑結構的組成1、屋蓋結構 覆蓋大空間且直接承擔屋面荷載的結構2、支承結構 支承屋蓋結構并將力傳給基礎的結構。3、基礎 與地基直接接觸并承接上部結構作用的結構或構件。（一）屋蓋結構減小結構自重、提高結構剛度是結構選型和優(yōu)化設計的目的所在。屋蓋結構是大跨建筑土建投資的重點，對經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） 支承結構支承體系的設置與屋蓋結構的選型設計直接相關。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） 基礎基礎采用何種形式、提供何種反力，與上部結構有著密切關系。三、 大跨建筑結構的幾何形式（一） 曲面的幾何形式及其構成方法1、 簡單曲面的幾何描述主曲率：曲率中數(shù)學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