大跨度建筑的結構類型及造型

1、譚夢琪060507012007301400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）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、大跨廠房等技術落后，巨大的斗獸場無法做出覆蓋，只能做成露天的雄偉廣場三角拱三角拱石梁石梁肋拱肋拱筒拱筒拱交叉拱交叉拱古代拱的發(fā)展古代拱的發(fā)展拱：外力作用下內彎矩值小，主要為軸向壓力，且分布均勻兩鉸拱、無鉸拱，超兩鉸拱、無鉸拱，超靜定結構；三鉸拱，靜定結構；三鉸拱，靜定結構靜定結構材料：鑄鐵、材料：鑄鐵、鋼筋混凝土等鋼筋混凝土等材料的運用，材料的運用，一改古老石材一改古老石材的笨重的笨重A:充分利用抗壓材料特性，

2、比梁結構減小結構斷面尺寸D:支座處產生水平推力，必須設寬厚堅固的拱腳支座1、拱腳支座處，設水平拉拱腳支座處，設水平拉桿，平衡推力，減小墻、桿，平衡推力，減小墻、柱斷面尺寸柱斷面尺寸2、由框架結構抵抗水平、由框架結構抵抗水平推力，保證框架剛度，連推力，保證框架剛度，連接牢固接牢固僅在推力不大，地質條件較好時！僅在推力不大，地質條件較好時！北京體育學院田徑房北京體育學院田徑房落地拱暴露出來，以強烈的落地拱暴露出來，以強烈的結構自身韻律美化室內環(huán)境，結構自身韻律美化室內環(huán)境，利用高側窗采光。利用高側窗采光。剛架：橫梁和柱整體連接，構成一剛架：橫梁和柱整體連接，構成一種門式結構種門式結構外加荷載下，結

3、構產外加荷載下，結構產生微小形變，產生相生微小形變，產生相應的內應力。應的內應力。如柱對梁的約束力，如柱對梁的約束力，使梁有恢復原來形狀使梁有恢復原來形狀的趨勢，從而減小梁的趨勢，從而減小梁中彎矩。中彎矩?？筛鶕澗胤植记闆r設計截面大小可根據彎矩分布情況設計截面大小彎矩彎矩大的部位截面大，可充分發(fā)揮材料潛力！大的部位截面大，可充分發(fā)揮材料潛力！該游泳館采該游泳館采用不對稱鋼用不對稱鋼筋混凝土剛筋混凝土剛架結構，利架結構，利用結構下部用結構下部空間布置跳空間布置跳水臺，部分水臺，部分剛架暴露，剛架暴露，部分吊頂。部分吊頂。大跨度，多跨間的大跨度，多跨間的工業(yè)廠房們，采用工業(yè)廠房們，采用門式剛架，

4、輕巧，門式剛架，輕巧，安裝方便，節(jié)約。安裝方便，節(jié)約。桁架：由各個桿件鉸結組成的一種桁架：由各個桿件鉸結組成的一種格構式結構格構式結構, ,多作屋頂承重結構。多作屋頂承重結構。材料強度充分利用，省材料，自重材料強度充分利用，省材料，自重減輕，常用木材、鋼材、鋼筋混凝減輕，常用木材、鋼材、鋼筋混凝土建造。土建造。桁架結構桁架結構 梁柱框架梁柱框架桿件間鉸結桿件間鉸結鋼筋混凝土現澆鋼筋混凝土現澆桿件內軸向內力，桿件內軸向內力，拉或壓拉或壓主要為彎矩主要為彎矩應力分布均勻應力分布均勻不均勻不均勻上：三角形、梯形、拱形、上：三角形、梯形、拱形、無斜腹桿拱形無斜腹桿拱形左：三鉸拱式、三鉸剛架左：三鉸拱式

5、、三鉸剛架式桁架式、排架式桁架結式桁架式、排架式桁架結構構1898，巴黎世博會機械館，巴黎世博會機械館北京體育館，北京體育館，6000人，跨度人，跨度56M,桁架桁架暴露于比賽大廳，頂部設有天窗，以利暴露于比賽大廳，頂部設有天窗，以利于采光和通風。于采光和通風。敦煌市火車站敦煌市火車站無柱風雨棚無柱風雨棚拱、剛架、桁架同屬平面力系，解拱、剛架、桁架同屬平面力系，解決屋頂結構問題。但還是有很大局決屋頂結構問題。但還是有很大局限性。限性。二戰(zhàn)后，新型大跨度建筑涌現不斷二戰(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，。形式更加新穎，結構更加合理，讓人耳目一新。如：空間網格、折讓人耳目一新

6、。如：空間網格、折板與薄殼、懸索、張拉膜等結構。板與薄殼、懸索、張拉膜等結構。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，鋼絲網水泥建造。組成：折板+橫隔構件A A：結構厚度薄，省材料，可預制裝：結構厚度薄，省材料，可預制裝配，省模板，可做大跨度屋頂，也配，省模板，可做大跨度屋頂，也可作外墻?？勺魍鈮?。平行折板平行折板 扇形折板扇形折板扇形板：一扇形板：一端波長小，端波長小，一端大，放一端大，放射狀，適用射狀，適用于梯形平面于梯形平面。巴西圣保羅會堂：巴西圣保羅會堂：D=60M,扇形折板從扇形折板從中心向四中心向四 周呈輻射周呈輻射狀圓形；切割手法形狀圓形；切割手法形成三角形外

7、墻，結構成三角形外墻，結構與建筑造型完美統一。與建筑造型完美統一。受啟發(fā)于自然界的種子外殼、蛋殼、貝受啟發(fā)于自然界的種子外殼、蛋殼、貝殼殼以最少的材料獲得堅硬的外殼！以最少的材料獲得堅硬的外殼！A:A:利用混凝土可塑性，主要承受曲面內利用混凝土可塑性，主要承受曲面內軸向力，彎矩扭矩很小；強度、剛度好軸向力，彎矩扭矩很小；強度、剛度好；薄殼厚僅為跨度幾百分之一，一般平；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、板結構的十分之一。自重輕、省材料、外形多樣。外形多樣。D:D:現澆施工，費工、費時、費模板，結現澆施工，費工、費時、費模板，結構計算復雜，不易承受集中荷載。構計算復

8、雜，不易承受集中荷載。筒殼筒殼圓頂殼圓頂殼雙曲扁殼雙曲扁殼雙曲拋物面殼雙曲拋物面殼建筑造型是以各種幾何曲面圖形建筑造型是以各種幾何曲面圖形為基本，有圓筒形、圓球形、雙為基本，有圓筒形、圓球形、雙曲拋物面形。曲拋物面形。不簡單重復上述基本形式，而是不簡單重復上述基本形式，而是巧妙地運用交貫、切割、改變參巧妙地運用交貫、切割、改變參數等方法，重新組合再創(chuàng)造。造數等方法，重新組合再創(chuàng)造。造型獨特新穎，突出建筑個性。型獨特新穎，突出建筑個性。法格勒諾布爾冰球法格勒諾布爾冰球館：四片筒形薄殼館：四片筒形薄殼十字正交，花瓣形十字正交，花瓣形美國美國“未來航空港未來航空港”設設計方案：兩套筒殼，一計方案：兩

9、套筒殼，一是放射狀的錐形筒殼；是放射狀的錐形筒殼；另一是呈環(huán)狀的交叉固另一是呈環(huán)狀的交叉固定筒殼。兩套殼體，巧定筒殼。兩套殼體，巧妙妙“相貫相貫”。三束錐狀雙曲面薄殼交三束錐狀雙曲面薄殼交匯于屋頂中心，立面呈匯于屋頂中心，立面呈拋物線形，上下雙層殼拋物線形，上下雙層殼板組成空腔殼體，平均板組成空腔殼體，平均厚度厚度18CM,僅為跨度的僅為跨度的1/144。埃羅埃羅 沙里寧，沙里寧，1/81/8球面薄殼，平面為曲邊三球面薄殼，平面為曲邊三角形，邊梁向上卷起，傳遞荷載至三個支座，角形，邊梁向上卷起，傳遞荷載至三個支座，地下埋設水平拉桿，平衡推力，銅板覆蓋，玻地下埋設水平拉桿，平衡推力，銅板覆蓋，玻

10、璃幕墻曲面外墻。璃幕墻曲面外墻。美國麻省理工學院禮堂美國麻省理工學院禮堂四片雙曲面鋼砼薄殼合圍成四片雙曲面鋼砼薄殼合圍成屋頂，展翅飛翔的大鳥。采屋頂，展翅飛翔的大鳥。采光帶分開四部分，邊梁朝支光帶分開四部分，邊梁朝支座逐漸加寬，適應增大的內座逐漸加寬，適應增大的內力。模型實驗，藝術與結構力。模型實驗，藝術與結構的完美結合，沒有生硬的幾的完美結合，沒有生硬的幾何圖形痕跡。何圖形痕跡。多根桿件多根桿件以一定規(guī)律以一定規(guī)律節(jié)點連接節(jié)點連接空間結構形式空間結構形式平板網架平板網架曲面網殼曲面網殼1、多向受力結構，整體性強，穩(wěn)定，、多向受力結構，整體性強，穩(wěn)定，剛度大；剛度大；2、桿件主要承受軸向拉、壓

11、力，符合、桿件主要承受軸向拉、壓力，符合材料特性，節(jié)省；材料特性，節(jié)?。?、結構高度小，有效利用空間；、結構高度小，有效利用空間；4、桿件規(guī)格統一，易于生產。、桿件規(guī)格統一，易于生產。支座簡支支座簡支交叉桁架體系交叉桁架體系 + + 角錐角錐體系體系 兩向正交兩向正交三向交叉三向交叉三角錐三角錐四角錐四角錐六角錐六角錐（網架（網架平板屋頂）平板屋頂） 八角形平面，八角形平面，容納一萬人，主容納一萬人，主跨跨88M,鋼管桿件鋼管桿件球節(jié)點連結，網球節(jié)點連結，網架支撐在一圈混架支撐在一圈混凝土柱上。凝土柱上。美國加利福尼亞大學體育館：美國加利福尼亞大學體育館：91M122M,三角錐體系平板網架三角

12、錐體系平板網架多數底部為有推力結構，制作條件復雜；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。按形狀分：柱面網殼、球面網殼、按形狀分：柱面網殼、球面網殼、雙曲扁網殼、單塊扭網殼、四塊組雙曲扁網殼、單塊扭網殼、四塊組合型扭網殼合型扭網殼按層數分：單層、雙層按層數分：單層、雙層柱面網殼柱面網殼：適用于矩形平面，構造簡：適用于矩形平面，構造簡單施工方便，廣泛應用；具有典型拱單施工方便，廣泛應用；具有典型拱結構受力特征，需解決水平推力。結構受力特征，需解決水平推力。球面網殼球面網殼：適

13、用于圓平面，整體類似穹頂。球冠型和近似整球型。1967世博會美國館雙曲扁網殼雙曲扁網殼：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雙曲拋物面網殼：(馬鞍形)造型新穎奇特，素線為直線。德陽體育館德陽體育館雙曲拋物面網殼雙曲拋物面網殼甘肅慶陽甘肅慶陽宮體育宮體育館館曲曲面扁殼面扁殼+弧形大拱弧形大拱美國塔科馬市體育館美國塔科馬市體育館膠合木膠合木網殼網殼D=160M單層網殼單層網殼二戰(zhàn)以后，隨二戰(zhàn)以后，隨著理論研究、著理論研究、抗震性能分析抗震性能分析進一步深入，進一步深入，新材料、新施新材料、新施工工藝的運用，工工藝的運用，國外很早就采國外很早就采用各種材料建用

14、各種材料建造網殼結構。造網殼結構。肋環(huán)形空腹雙層網殼肋環(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。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。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

15、，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，中間沒有支點，功能安排更靈活； 在60M150M內，優(yōu)勢明顯。DIA:抗風荷載能力差。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際機場：單跨矩杜勒斯國際機場：單跨矩形平面，下部加穩(wěn)定索，形平面，下部加穩(wěn)定索，頂部加蓋輕質材料，加強頂部加蓋輕質材料，加強結構整體抗震動、抗風性結構整體抗震動、抗風性能。能。D=94M ，輪輻式雙層懸索，輪輻式雙層懸索，上下索各上下索各144根，在外環(huán)上根，在外環(huán)上錯開半間布置；鋼砼外環(huán)支錯開半間布置；鋼砼外環(huán)支撐在環(huán)形框架的撐在環(huán)形框架的48根柱上；根柱上；內環(huán)為鋼結構圓筒，內環(huán)為鋼結構圓筒，

16、D=26M。由兩組曲率相反的拉索交叉組成索網。由兩組曲率相反的拉索交叉組成索網。鋼索固定在兩根混凝土柱上，鋼索固定在兩根混凝土柱上，金屬板材覆蓋屋面。金屬板材覆蓋屋面。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、膜面抵抗局部集中荷載的能力差 為提高膜面的抗風能力，可將其設計成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呈反向的雙曲面形式正負曲面。且對拉正負曲面。且對拉索施加適當的預應力，以保證無論何方向的索施加適當的預應力，以保證無論何方向的風力作用都不會松弛。風力作用都不會松弛。 抹面材料宜選擇輕質、高抹面材料宜選擇輕質、高強、耐高溫、低溫、防火性好，強、耐高溫、低溫、防火性好，有一定透明度的材料。有一定透明度的材料。常見骨架：桁架、拱、網架、網殼常見骨架：桁架、拱、網架、網殼膜材僅為表皮使用，自身結構承載作膜材僅為表皮使用，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型也受到支撐骨架的限制利用膜材料制成氣囊，充氣后，總是以曲線和曲面來構