建筑結(jié)構(gòu)選型實例分析

1、建筑結(jié)構(gòu)選型作業(yè)第一章懸挑結(jié)構(gòu)：現(xiàn)代MOMA1. 工程概況：當(dāng)代MOMA位于東直門迎賓國道北側(cè)，擁有首都北京的地標(biāo)優(yōu)勢,項目規(guī)劃建筑面積22萬平方米，其中住宅為13.5萬平方米，配套商業(yè)面積達(dá)8.5萬平方米，包括多廳藝術(shù)影院，畫廊，圖書館等文化展覽設(shè)施，還包括了精品酒店，國際幼兒園，頂級餐飲，頂級俱樂部及健身房、游泳池、網(wǎng)球館等生活設(shè)施與體育休閑設(shè)施。當(dāng)代MOMA由紐約的哥倫比亞大學(xué)教授Steven Holl設(shè)計，項目規(guī)劃概念是BEIJING LINKED HYBRID，在建筑藝術(shù)方面實現(xiàn)了世界的唯一，更加充分的發(fā)掘城市空間的價值，將城市空間從平面、豎向的聯(lián)系進(jìn)一步發(fā)展為立體的城市空間。當(dāng)代M

2、OMA也是當(dāng)代置業(yè)科技主題地產(chǎn)的延續(xù)與發(fā)展，在萬國城Moma實現(xiàn)高舒適度、微能耗的基礎(chǔ)上，將大規(guī)模使用可再生的綠色能源。從可持續(xù)的觀點出發(fā)，當(dāng)代MOMA適當(dāng)?shù)母呙芏?強(qiáng)度)開發(fā)利用土地與大規(guī)模使用可再生的綠色能源是大城市發(fā)展的方向，是真正“節(jié)能省地型”的項目。在當(dāng)代MOMA的規(guī)劃設(shè)計中，更多考慮了未來城市的生活模式，引入了復(fù)合功能的概念，實現(xiàn)開放功能的城市社區(qū)，在這里不單是居住功能，而且能夠和諧的工作，娛樂、休閑消費、交通，作為一個匯集精品商業(yè)與國際文化的開放社區(qū)，充滿生氣與活力，將創(chuàng)造更和諧的國際化生活氛圍，不僅為社區(qū)創(chuàng)造更舒適的環(huán)境，更多的交往機(jī)會，也將完善城市區(qū)域功能，為北京的城市形象，

3、為北京奧運會增添光彩。項目計劃2005年初開始建設(shè)，在2008年奧運會之前建成使用。2. 結(jié)構(gòu)形式：為減輕自重，梁柱采用H型鋼，并且設(shè)置了受拉的鋼斜撐，提高懸挑結(jié)構(gòu)的剛度和承載力為承受懸挑部分重力荷載產(chǎn)生的傾覆力矩，在懸挑部分增設(shè)鋼斜撐，將傾覆力矩傳遞到塔樓上；在塔樓相應(yīng)的部位增設(shè)鋼管斜撐。使塔樓整體承受傾覆力矩。在塔樓內(nèi)除設(shè)置核心筒外。還設(shè)置了十字型剪力墻，提高塔樓整體的剛度和抗傾覆能力。長懸挑是本工程主要設(shè)計難點之一，目前主體結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件采用了中震不屈服的性能目標(biāo)，對于懸挑結(jié)構(gòu)這樣更加重要的部分，設(shè)計中采用了中震彈性設(shè)計的更高的性能目標(biāo)，即懸挑部分的構(gòu)件驗算時，按中震彈性地震力(水平地震和

4、豎向地震)與豎向荷載進(jìn)行組合，考慮荷載分項系數(shù)，材料強(qiáng)度取設(shè)計值。經(jīng)中震彈性設(shè)計驗算，懸挑部位構(gòu)件的應(yīng)力比基本上都控制在09以下。3. 施工情況：物業(yè)公司：第一物業(yè)服務(wù)有限公司建筑面積：220000平方米綠化率：34%使用率：80%容積率：2.64建設(shè)規(guī)模：地上21層、地下兩層建筑形式：框筒結(jié)構(gòu)，連廊及懸挑部分為鋼結(jié)構(gòu)第二章桁架結(jié)構(gòu)：中國國家大劇院1. 工程概況：中國國家大劇院位于北京市中心天安門廣場西，人民大會堂西側(cè)，西長安街以南，由國家大劇院主體建筑及南北兩側(cè)的水下長廊、地下停車場、人工湖、綠地組成，總占地面積11.89萬平方米，總建筑面積約16.5萬平方米，其中主體建筑10.5萬中國國家

5、大劇院標(biāo)志平方米，地下附屬設(shè)施6萬平方米。2. 結(jié)構(gòu)形式：桁架結(jié)構(gòu)中的桁架指的是桁架梁，是格構(gòu)化的一種梁式結(jié)構(gòu)。桁架結(jié)構(gòu)常用于大跨度的廠房、展覽館、體育館和橋梁等公共建筑中。由于大多用于建筑的屋蓋結(jié)構(gòu)，桁架通常也被稱作屋架。當(dāng)涉及大跨度或重荷載時，用于建筑的屋蓋結(jié)構(gòu)的桁架通常稱作屋架，桁架要比梁更經(jīng)濟(jì)。桁架，是由一些細(xì)長直桿按適當(dāng)方式分別在兩端連接而成的幾何形狀不變的結(jié)構(gòu)。桁架按其材料可分為木桁架、鋼筋混凝土桁架、鋼桁架。國家大劇院殼體外形是半個超級橢球體，其長軸長度為212.20m，短軸長度為143.64m，高度為46.285m。其內(nèi)部主要布置有一個容納2416人的戲劇廳、一個容納2017人

6、的音樂廳、一個容納1040人的劇場。國家大劇院殼體鋼結(jié)構(gòu)主要由148榀沿橢球面均勻垂直布置的平面桁架、11840根水平布置的環(huán)向系桿、對稱布置的四塊平面斜撐及頂部結(jié)構(gòu)組成，也就是說國家大劇院是以眾多桁架組成的殼體結(jié)構(gòu)。殼體總用鋼量約6760t，主要鋼材材質(zhì)為Q345D鋼。平面桁架按照是否外露分為長軸桁架和短軸桁架，短軸桁架區(qū)域的屋面采用玻璃形式，為外露構(gòu)件，采用厚度為60mm鋼板條作為桁架的弦桿和腹桿，共46榀，總重量約為2050t；長軸桁架區(qū)域的屋面采用鈦合金板形式，為隱蔽構(gòu)件，其弦桿和腹桿均為H型鋼截面，共102榀，總重量約為2100t。水平布置的環(huán)向系桿采用140、194等規(guī)格的鋼管，通

7、過兩端的半球與平面桁架連接。平面斜撐布置在長軸區(qū)域，截面均采用H型鋼截面。頂部結(jié)構(gòu)由鋼管環(huán)梁、箱形梁、頂部短軸桁架、頂部長軸桁架、連系桿組成，鋼管環(huán)梁的規(guī)格為1117.6×26，頂部短軸桁架、頂部長軸桁架、連系桿與下部結(jié)構(gòu)近似，總重量約為1050t。第三章剛架結(jié)構(gòu)：國家體育場（鳥巢）1. 工程概況：所在地：中國北京，設(shè)計師：雅克·赫爾佐格和皮埃爾·德梅隆。國家體育場俗稱鳥巢，位于北京奧林匹克公園中心區(qū)南部，為2008年第29屆奧林匹克運動會的主體育場。工程總占地面積21公頃，建筑面積258,000。場內(nèi)觀眾坐席約為91000個，其中臨時坐席約11000個。國家體育

8、場，被譽為“第四代體育館”的偉大建筑，見證的不僅僅是人類21世紀(jì)在建筑與人居環(huán)境領(lǐng)域的不懈追求，也見證著中國這個東方文明古國不斷走向開放的歷史進(jìn)程。其設(shè)計新穎，配套設(shè)施完備，象征意義深遠(yuǎn)。2. 結(jié)構(gòu)形式：鋼架結(jié)構(gòu)是指梁柱之間為剛性連接的結(jié)構(gòu)。在豎向荷載作用下，由于柱對梁的約束作用減小了梁跨中的彎矩和撓度。在水平荷載作用下，由于梁對柱子的約束作用減少了柱內(nèi)的彎矩和側(cè)向變?yōu)?。鋼架結(jié)構(gòu)的承載力的剛度很大。國家體育場屋頂鋼結(jié)構(gòu)上覆蓋了雙層膜結(jié)構(gòu)，即固定于鋼結(jié)構(gòu)上弦之間的透明的上層ETFE膜和固定于鋼結(jié)構(gòu)下弦之下及內(nèi)環(huán)側(cè)壁的半透明的下層PTFE聲學(xué)吊頂?！傍B巢”外形結(jié)構(gòu)主要由巨大的門式鋼架組成，共有24

9、根桁架柱，主體鋼結(jié)構(gòu)形成整體的巨型空間馬鞍形鋼桁架編織式“鳥巢”結(jié)構(gòu)?？磁_混凝土結(jié)構(gòu)為地下1層，地上7層的鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系。3. 施工情況：國家體育場工程為特級體育建筑，主體結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限100年，耐火等級為一級,抗震設(shè)防烈度8度,地下工程防水等級1級。工程主體建筑呈空間馬鞍橢圓形，南北長333米、東西寬294米的，高69米。鋼結(jié)構(gòu)總用鋼量為4.2萬噸，混凝土看臺分為上、中、下三層，。鋼結(jié)構(gòu)與混凝土看臺上部完全脫開，互不相連，形式上呈相互圍合，基礎(chǔ)則坐在一個相連的基礎(chǔ)底板上。第四章：網(wǎng)架結(jié)構(gòu)：“嶺南明珠”體育館1. 工程概況：“嶺南明珠”體育館位于廣東省佛山市禪城區(qū)季華五路（電

10、視塔北側(cè)），毗鄰規(guī)劃中的城市景觀軸，占地22.3km2，總建筑面積約75182m2(其中地下室建筑面積約23640m2，地上建筑面積約51612m2。項目包括擁有6000個座位的綜合體育館以及附屬體育館、全民健身廣場、地下停車場等。主體建筑結(jié)構(gòu)體系由一個主館和兩個副館（訓(xùn)練館和大眾館）組成，主體育館直徑為128.4m，建筑高度為35.48m，地上4層；訓(xùn)練館和大眾館直徑為78.4m，建筑高度約26.4m。主館與副館通過3個穹頂連為一體，優(yōu)美的圓弧外形如同一顆熠熠生輝的明珠。作為佛山市的標(biāo)志性建筑，該體育館自2005年建成以來，承擔(dān)了廣東省第12屆運動會的閉幕式及籃球、體操比賽等重大文體活動。2

11、. 結(jié)構(gòu)形式：體育館整個屋面采用連續(xù)的穹頂網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，與以往的穹頂結(jié)構(gòu)不同的是：引進(jìn)了斗拱的概念，強(qiáng)調(diào)了水平環(huán)的作用。在力學(xué)合理性方面，將以往穹頂結(jié)構(gòu)是拱的旋轉(zhuǎn)體這種考慮方法，改變?yōu)樗江h(huán)的集結(jié)體。穹頂?shù)纳习氩繛閴嚎s環(huán)，下部為張力環(huán)，水平環(huán)采用H型鋼組成的空間三角形鋼桁架，具有足夠剛度，水平環(huán)桁架通過層間立柱和外斜桿，逐層疊加形成一個牢固的穹頂。層間立柱由H型鋼和圓鋼管組成，外斜桿采用圓鋼管，鋼材均采用Q345B鋼。主館由15層水平環(huán)構(gòu)成，兩副館分別由10層水平環(huán)構(gòu)成，三個場館三層以上通過多層水平環(huán)層層疊加，收聚成三個上部相互獨立的空間穹頂，下部三層通過中間連廊連為一體。鋼屋蓋的投影面積為343

12、30m2，用鋼量為6838t，約197kg/m2。結(jié)構(gòu)構(gòu)成復(fù)雜，有22000根桿件，6000多個節(jié)點，而且多根桿件從空間不同角度匯交，節(jié)點型式多樣，對制作、加工、定位、安裝提出了很高的要求。3. 施工情況：本工程主體鋼結(jié)構(gòu)的桿件數(shù)量達(dá)22000多根，節(jié)點數(shù)量5000多個。考慮工程獨特的結(jié)構(gòu)形式，大部分節(jié)點采用H型鋼直接交匯節(jié)點或板節(jié)點，部分采用了鑄鋼節(jié)點。主體結(jié)構(gòu)總用鋼量為12500t，附屬結(jié)構(gòu)重約1400t。在工程中大量采用的H型鋼直接交匯節(jié)點構(gòu)造非常新穎，如5、6根平面加空間扭曲的H型鋼構(gòu)件直接交匯的節(jié)點做法等，在國內(nèi)外同類工程中尚屬罕見。結(jié)構(gòu)構(gòu)件、節(jié)點數(shù)量繁多，構(gòu)造復(fù)雜，加工制作難度大，

13、是本工程深化設(shè)計與鋼結(jié)構(gòu)制作的最大特點。第五章膜結(jié)構(gòu)：世博軸1. 工程概況：2010年上海世博會世博軸及地下綜合體工程，位于世博會浦東園區(qū)核心，索膜頂棚覆蓋了10.5m標(biāo)高平臺層的大部分空間，起到遮陽擋雨的功能，滿足大量人流安全、舒適地從地上出入園、等候、安檢、票檢、休憩餐飲的需要。膜面結(jié)構(gòu)造型輕盈優(yōu)雅，與通透挺拔的陽光谷渾然天成。2. 結(jié)構(gòu)形式：索膜頂棚采用連續(xù)的張拉式索膜結(jié)構(gòu)體系,總長度約840m,最大跨度約97m,膜面總投影面積約61000m2,展開總面積約65000m2,單塊膜最大展開面積約1800m2,膜面單元一般呈三角形。膜材采用A級PTFE膜。 索膜結(jié)構(gòu)邊索單跨最大約80m，脊索

14、最大跨度約為115m，為跨度柔性結(jié)構(gòu)。膜頂主要由承重作用的脊索、邊索和穩(wěn)定作用的張拉膜構(gòu)成，1根邊索、2根脊索和膜形成了三角形為頂面的倒錐臺狀，膜面為雙向曲面，膜焊縫主要沿經(jīng)向放射形布置。整個膜頂支承于外桅桿、內(nèi)桅桿及陽光谷鋼結(jié)構(gòu)上。索膜結(jié)構(gòu)的最高點由26組外桅桿和背索、部分陽光谷的連接點構(gòu)成,最低點由19組內(nèi)桅桿下拉點、5組外桅桿和背索、部分陽光谷的連接點構(gòu)成。外桅桿一般高度為35m,緊鄰中間4個陽光谷均有1根較低的外桅桿(高度為17m),陽光谷SV5、SV6之間外桅桿高度為38m。下拉點處,膜在18m或21m標(biāo)高處固定在下拉鋼環(huán)上(鋼環(huán)直徑5m),鋼環(huán)支承于內(nèi)桅桿。 內(nèi)桅桿的增設(shè),主要控制

15、風(fēng)荷載作用下膜下拉處的水平位移及向下位移。內(nèi)桅桿與外桅桿頂部由水平索連接,水平索的增設(shè),協(xié)調(diào)了內(nèi)外桅桿的水平位移,由背索、外桅桿、水平索、內(nèi)桅桿、外桅桿、背索形成了穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系。內(nèi)桅桿頂部設(shè)斜吊索與谷索相連,以控制膜的向下位移。 索膜頂棚兩端4片膜為四邊形,每片膜對角線設(shè)有1根抗風(fēng)索。支于邊索的膜片上設(shè)有1根抗風(fēng)的短谷索。3. 施工情況：南北長1045m，東西寬地下99.5110.5m,地上80m。世博軸頂棚包括兩個不同類型的結(jié)構(gòu)體系：索膜結(jié)構(gòu)和6個建筑造型獨特的鋼結(jié)構(gòu)“陽光谷”，6個陽光谷共提供給膜結(jié)構(gòu)18個支撐點，將兩者結(jié)合成整個頂棚結(jié)構(gòu)。第六章高層混合結(jié)構(gòu)：香港中國銀行大廈1. 工程概

16、況：香港中銀大廈自1982年底開始規(guī)劃設(shè)計，至1990年3月19日銀行喬遷開始營業(yè)，歷時六年有余，大廈基地面積約8400平方米，是一塊四周被高架道路“縛綁”著的局促土地。要滿足樓地板面積需求，要在高樓林立的香港中環(huán)區(qū)“出人頭地”，唯有向高空發(fā)展，這就是如今315米的主要原因之一2. 結(jié)構(gòu)形式：整座大樓采用由八片平面支撐和五根型鋼混凝土柱所組成的混合結(jié)構(gòu)“大型立體支撐體系”，此“混凝土-鋼結(jié)構(gòu)立體支撐體系”在改進(jìn)結(jié)構(gòu)性能方面具有如下獨到之處：（1）采用幾何不變的軸力代替幾何可變的彎曲桿系，來抵抗水平荷載，更加經(jīng)濟(jì)有效。（2）利用多片平面支撐的組合，形成一個立體支撐體系，使立體支撐在承擔(dān) 部水平荷載的同時，還承擔(dān)了高樓的幾乎全部的重力，從而進(jìn)一步增強(qiáng)了立體支撐抵抗傾覆力矩的能力。（