大跨度建筑的結(jié)構(gòu)類型及造型講義PPT（共76）

大跨跨度度建建筑筑的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)類類型型及及造造型型譚夢(mèng)夢(mèng)琪琪060507012007301400大跨跨度度建建筑筑基基本本情情況況大跨跨度度建建筑筑：：跨跨度度>30M大跨跨度度結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)（（《鋼結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)規(guī)規(guī)范范》）：：跨跨度度>60M主要要應(yīng)應(yīng)用用：：（（公公用用））影影劇劇院院、、體體育育場(chǎng)場(chǎng)館館、、展展覽覽會(huì)會(huì)議議場(chǎng)場(chǎng)所所、、航航空空港港等等；；（（工工業(yè)業(yè)））裝裝配配車車間間、、飛飛機(jī)機(jī)庫(kù)庫(kù)、、大大跨跨廠廠房房等等古老老的的大大跨跨度度建建筑筑發(fā)發(fā)展展技術(shù)術(shù)落落后后，，巨巨大大的的斗斗獸獸場(chǎng)場(chǎng)無(wú)無(wú)法法做做出出覆覆蓋蓋，，只只能能做做成成露露天天的的雄雄偉偉廣廣場(chǎng)場(chǎng)古老老的的穹穹窿窿結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)三角拱石梁肋拱筒拱交叉拱古代代拱拱的的發(fā)發(fā)展展肋拱拱的的極極致致運(yùn)運(yùn)用用拱結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的受受力力原原理理拱：：外外力力作作用用下下內(nèi)內(nèi)彎彎矩矩值值小小，，主主要要為為軸軸向向壓壓力力，，且且分分布布均均勻勻現(xiàn)代代拱拱的的形形式式分分類類，，運(yùn)運(yùn)用用兩鉸鉸拱拱、、無(wú)無(wú)鉸鉸拱拱，，超超靜靜定定結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)；；三三鉸鉸拱拱，，靜靜定定結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)材料料：：鑄鑄鐵鐵、、鋼鋼筋筋混混凝凝土土等等材材料料的的運(yùn)運(yùn)用用，，一一改改古古老老石石材材的的笨笨重重Q：現(xiàn)現(xiàn)代代技技術(shù)術(shù)中中拱拱結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的優(yōu)優(yōu)缺缺點(diǎn)點(diǎn)？？A:充分分利利用用抗抗壓壓材材料料特特性性，，比比梁梁結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)減減小小結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)斷斷面面尺尺寸寸D:支座座處處產(chǎn)產(chǎn)生生水水平平推推力力，，必必須須設(shè)設(shè)寬寬厚厚堅(jiān)堅(jiān)固固的的拱拱腳腳支支座座Q:解決決支支座座推推力力的的方方法法1、拱腳支座處，設(shè)水平拉桿，平衡推力，減小墻、柱斷面尺寸2、由框架結(jié)構(gòu)抵抗水平推力，保證框架剛度，連接牢固由基基礎(chǔ)礎(chǔ)直直接接承承受受的的方方式式僅在在推推力力不不大大，，地地質(zhì)質(zhì)條條件件較較好好時(shí)時(shí)?。。。”本w育學(xué)院田徑房落地拱暴露出來(lái)，以強(qiáng)烈的結(jié)構(gòu)自身韻律美化室內(nèi)環(huán)境，利用高側(cè)窗采光。剛架架剛架架：：橫橫梁梁和和柱柱整整體體連連接接，，構(gòu)構(gòu)成成一一種種門門式式結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)外加加荷荷載載下下，，結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)產(chǎn)產(chǎn)生生微微小小形形變變，，產(chǎn)產(chǎn)生生相相應(yīng)應(yīng)的的內(nèi)內(nèi)應(yīng)應(yīng)力力。。如柱柱對(duì)對(duì)梁梁的的約約束束力力，，使使梁梁有有恢恢復(fù)復(fù)原原來(lái)來(lái)形形狀狀的的趨趨勢(shì)勢(shì)，，從從而而減減小小梁梁中中彎彎矩矩。。簡(jiǎn)支支梁梁與與剛剛架架的的彎彎矩矩內(nèi)內(nèi)力力比比較較可根根據(jù)據(jù)彎彎矩矩分分布布情情況況設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)截截面面大大小小———彎矩矩大大的的部部位位截截面面大大，，可可充充分分發(fā)發(fā)揮揮材材料料潛潛力力??！剛架架的的分分類類形形式式建筑筑造造型型實(shí)實(shí)例例該游游泳泳館館采采用用不不對(duì)對(duì)稱稱鋼鋼筋筋混混凝凝土土剛剛架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，，利利用用結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)下下部部空空間間布布置置跳跳水水臺(tái)臺(tái)，，部部分分剛剛架架暴暴露露，，部部分分吊吊頂頂。。門式式剛剛架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)大跨跨度度，，多多跨跨間間的的工工業(yè)業(yè)廠廠房房們們，，采采用用門門式式剛剛架架，，輕輕巧巧，，安安裝裝方方便便，，節(jié)節(jié)約約。。桁架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)桁架架：：由由各各個(gè)個(gè)桿桿件件鉸鉸結(jié)結(jié)組組成成的的一一種種格格構(gòu)構(gòu)式式結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu),多作作屋屋頂頂承承重重結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)。。材料料強(qiáng)強(qiáng)度度充充分分利利用用，，省省材材料料，，自自重重減減輕輕，，常常用用木木材材、、鋼鋼材材、、鋼鋼筋筋混混凝凝土土建建造造。。桁架結(jié)構(gòu)梁柱框架桿件間鉸結(jié)鋼筋混凝土現(xiàn)澆桿件內(nèi)軸向內(nèi)力，拉或壓主要為彎矩應(yīng)力分布均勻不均勻桁架架的的類類型型上：：三三角角形形、、梯梯形形、、拱拱形形、、無(wú)無(wú)斜斜腹腹桿桿拱拱形形左：：三三鉸鉸拱拱式式、、三三鉸鉸剛剛架架式式桁桁架架式式、、排排架架式式桁桁架架結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)三鉸鉸剛剛架架式式鋼鋼桁桁架架1898，巴巴黎黎世世博博會(huì)會(huì)機(jī)機(jī)械械館館北京京體體育育館館，，6000人，，跨跨度度56M,桁架架暴暴露露于于比比賽賽大大廳廳，，頂頂部部設(shè)設(shè)有有天天窗窗，，以以利利于于采采光光和和通通風(fēng)風(fēng)。。排架架式式鋼鋼桁桁架架敦煌煌市市火火車車站站———無(wú)柱柱風(fēng)風(fēng)雨雨棚棚廣州州會(huì)會(huì)展展中中心心拱、、剛剛架架、、桁桁架架同同屬屬平平面面力力系系，，解解決決屋屋頂頂結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)問問題題。。但但還還是是有有很很大大局局限限性性。。二戰(zhàn)戰(zhàn)后后，，新新型型大大跨跨度度建建筑筑涌涌現(xiàn)現(xiàn)不不斷斷。。形形式式更更加加新新穎穎，，結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)更更加加合合理理，，讓讓人人耳耳目目一一新新。。如如：：空空間間網(wǎng)網(wǎng)格格、、折折板板與與薄薄殼殼、、懸懸索索、、張張拉拉膜膜等等結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)。?？纯催@些些新建筑筑折板定義：由由一定傾傾斜角度度整體相相連的一一種薄板板體系，，常用鋼鋼筋混凝凝土，鋼鋼絲網(wǎng)水水泥建造造。組成：折折板+橫隔構(gòu)件件A：結(jié)構(gòu)厚厚度薄，，省材料料，可預(yù)預(yù)制裝配配，省模模板，可可做大跨跨度屋頂頂，也可可作外墻墻。平行折板板扇扇形折折板扇形板：：一端波波長(zhǎng)小，，一端大大，放射射狀，適適用于梯梯形平面面。巴西圣保羅會(huì)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(jié)構(gòu)與建筑造型完美統(tǒng)一。聯(lián)合國(guó)教教科文組組織會(huì)議議大廳：：頂棚和和墻壁作作為折板板，呈現(xiàn)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的的韻律，，空間的的深度。薄殼結(jié)構(gòu)構(gòu)受啟發(fā)于于自然界界的種子子外殼、、蛋殼、、貝殼……以最少的的材料獲獲得堅(jiān)硬硬的外殼殼！A:利用混凝凝土可塑塑性，主主要承受受曲面內(nèi)內(nèi)軸向力力，彎矩矩扭矩很很?。粡?qiáng)強(qiáng)度、剛剛度好；；薄殼厚厚僅為跨跨度幾百百分之一一，一般般平板結(jié)結(jié)構(gòu)的十十分之一一。自重重輕、省省材料、、外形多多樣。D:現(xiàn)澆施工工，費(fèi)工工、費(fèi)時(shí)時(shí)、費(fèi)模模板，結(jié)結(jié)構(gòu)計(jì)算算復(fù)雜，，不易承承受集中中荷載。。薄殼結(jié)構(gòu)構(gòu)形式筒殼圓頂殼雙曲扁殼殼雙曲拋物物面殼雙曲扁殼殼與雙曲曲拋物面面殼北京火車車站——雙曲扁殼殼薄殼結(jié)構(gòu)構(gòu)的建筑筑造型建筑造型型是以各各種幾何何曲面圖圖形為基基本，有有圓筒形形、圓球球形、雙雙曲拋物物面形。。不簡(jiǎn)單重重復(fù)上述述基本形形式，而而是巧妙妙地運(yùn)用用交貫、、切割、、改變參參數(shù)等方方法，重重新組合合再創(chuàng)造造。造型型獨(dú)特新新穎，突突出建筑筑個(gè)性。。法格勒諾諾布爾冰冰球館：：四片筒筒形薄殼殼十字正正交，花花瓣形美國(guó)“未未來(lái)航空空港”設(shè)設(shè)計(jì)方案案：兩套套筒殼，，一是放放射狀的的錐形筒筒殼；另另一是呈呈環(huán)狀的的交叉固固定筒殼殼。兩套套殼體，，巧妙““相貫””。墨西哥花花田市餐餐廳，正方形形平面，，屋頂由由四個(gè)雙雙曲拋物物面薄殼殼交叉相相貫組成成。交叉叉部位殼殼板增厚厚，但僅僅厚4CM，各向切切割，整整朵水浮浮蓮漂浮浮在水面面，別具具匠心。。巴黎國(guó)家家工業(yè)與與技術(shù)中中心陳列列館三束錐狀狀雙曲面面薄殼交交匯于屋屋頂中心心，立面面呈拋物物線形，，上下雙雙層殼板板組成空空腔殼體體，平均均厚度18CM,僅為跨度度的1/144。埃羅·沙里寧，，1/8球面薄殼殼，平面面為曲邊邊三角形形，邊梁梁向上卷卷起，傳傳遞荷載載至三個(gè)個(gè)支座，，地下埋埋設(shè)水平平拉桿，，平衡推推力，銅銅板覆蓋蓋，玻璃璃幕墻曲曲面外墻墻。美國(guó)麻省省理工學(xué)學(xué)院禮堂堂肯尼迪機(jī)機(jī)場(chǎng)候機(jī)機(jī)樓四片雙曲曲面鋼砼砼薄殼合合圍成屋屋頂，展展翅飛翔翔的大鳥鳥。采光光帶分開開四部分分，邊梁梁朝支座座逐漸加加寬，適適應(yīng)增大大的內(nèi)力力。模型型實(shí)驗(yàn)，，藝術(shù)與與結(jié)構(gòu)的的完美結(jié)結(jié)合，沒沒有生硬硬的幾何何圖形痕痕跡?？臻g網(wǎng)格格結(jié)構(gòu)多根桿件件以一定規(guī)規(guī)律節(jié)點(diǎn)連接接空間結(jié)構(gòu)構(gòu)形式平板網(wǎng)架架曲面網(wǎng)殼殼1、多向受受力結(jié)構(gòu)構(gòu)，整體體性強(qiáng)，，穩(wěn)定，，剛度大大；2、桿件主主要承受受軸向拉拉、壓力力，符合合材料特特性，節(jié)節(jié)??；3、結(jié)構(gòu)高高度小，，有效利利用空間間；4、桿件規(guī)規(guī)格統(tǒng)一一，易于于生產(chǎn)。。平板網(wǎng)架架支座簡(jiǎn)支支交叉桁架架體系+角錐體系系兩向正交三向交叉兩向正交交體系的的正放和和斜放：：三向交叉叉體系可可滿足的的平面形形狀：角錐體系系三角錐四角錐六角錐室外空間間網(wǎng)架運(yùn)運(yùn)用（網(wǎng)架~平板屋頂頂）首都工人人體育館館：兩向正交交網(wǎng)架99M1x12.2M，1967，我國(guó)跨度度最大的的平板網(wǎng)網(wǎng)架之一一南京五臺(tái)臺(tái)山體育育館——三向交叉叉桁架平平板網(wǎng)架架八角形平平面，容容納一萬(wàn)萬(wàn)人，主主跨88M,鋼管桿件件球節(jié)點(diǎn)點(diǎn)連結(jié)，，網(wǎng)架支支撐在一一圈混凝凝土柱上上。美國(guó)加利利福尼亞亞大學(xué)體體育館：：91M××122M,三角錐體體系平板板網(wǎng)架曲面網(wǎng)殼殼結(jié)構(gòu)多數(shù)底部部為有推推力結(jié)構(gòu)構(gòu)，制作作條件復(fù)復(fù)雜；但但相較網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)構(gòu)，外形形豐富，，造型多多變。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)構(gòu)VS薄殼：一一改鋼筋筋混凝土土薄殼施施工時(shí)需需要支大大量模板板，濕作作業(yè)勞動(dòng)動(dòng)費(fèi)時(shí)費(fèi)費(fèi)力的劣劣勢(shì)，采采用計(jì)算算機(jī)計(jì)算算方式，，安裝方方便，結(jié)結(jié)構(gòu)更合合理。網(wǎng)殼按形狀分分：柱面面網(wǎng)殼、、球面網(wǎng)網(wǎng)殼、雙雙曲扁網(wǎng)網(wǎng)殼、單單塊扭網(wǎng)網(wǎng)殼、四四塊組合合型扭網(wǎng)網(wǎng)殼……按層數(shù)分分：?jiǎn)螌訉?、雙層層柱面網(wǎng)殼殼：適用于于矩形平平面，構(gòu)構(gòu)造簡(jiǎn)單單施工方方便，廣廣泛應(yīng)用用；具有有典型拱拱結(jié)構(gòu)受受力特征征，需解解決水平平推力。。球面網(wǎng)殼殼：適用于圓圓平面，，整體類類似穹頂頂。球冠型型和近似整整球型型。1967世博會(huì)會(huì)美國(guó)國(guó)館雙曲扁扁網(wǎng)殼殼：矢高高小，，空間間利用用率高高；但但支撐撐邊梁梁也需需做成成相應(yīng)應(yīng)弧形形，帶帶來(lái)施施工難難度雙曲拋拋物面面網(wǎng)殼殼：(馬鞍形形)造型新新穎奇奇特，，素線線為直直線。。德陽(yáng)體育館——雙曲拋物面網(wǎng)殼甘肅慶慶陽(yáng)宮宮體育育館——曲面扁扁殼+弧形大大拱羅馬小小體育育宮：：D=60M1620個(gè)混凝凝土預(yù)預(yù)制菱菱形構(gòu)構(gòu)件拼拼合，，最薄薄處：：25mm完整秀秀美的的天頂頂如一一朵盛盛開的的向日日葵。。美國(guó)塔塔科馬馬市體體育館館膠合木木網(wǎng)殼D=160M單層網(wǎng)網(wǎng)殼二戰(zhàn)以以后，，隨著著理論論研究究、抗抗震性性能分分析進(jìn)進(jìn)一步步深入入，新新材料料、新新施工工工藝藝的運(yùn)運(yùn)用，，國(guó)外外很早早就采采用各各種材材料建建造網(wǎng)網(wǎng)殼結(jié)結(jié)構(gòu)。。日本名名古屋屋體育育館：：D=187.2M,1996世界上上跨度度最大大單層層網(wǎng)殼殼結(jié)構(gòu)構(gòu)國(guó)家大大劇院院肋環(huán)形形空腹腹雙層層網(wǎng)殼殼，東西西跨度度122M,南北144M。整個(gè)屋屋頂呈呈橢球球形大大穹頂頂，表表面由由具有有柔和和色調(diào)調(diào)與光光澤的的僅0.44mm厚的鈦鈦金屬屬板覆覆蓋。。前后兩兩側(cè)有有兩個(gè)個(gè)類似似三角角形的的玻璃璃幕墻墻切面面，整整個(gè)建建筑浮浮于水水面之之上，，需從從一條條長(zhǎng)80M的水下下通道道進(jìn)入入演出出大廳廳。懸索結(jié)結(jié)構(gòu)受啟發(fā)發(fā)于懸懸索橋橋梁，，20世紀(jì)50年代后后，隨隨著高高強(qiáng)鋼鋼絲出出現(xiàn)，，懸索索結(jié)構(gòu)構(gòu)興起起。組成：：索網(wǎng)網(wǎng)、邊邊緣構(gòu)構(gòu)件、、下部部支承承。索網(wǎng)非非常柔柔軟，，只承承受軸軸向拉拉力，，無(wú)彎彎矩也也無(wú)剪剪力；；邊緣緣構(gòu)件件錨固固索網(wǎng)網(wǎng)，連連接底底部支支承，，可采采用梁梁、桁桁架、、拱等等形式式，應(yīng)應(yīng)保證證足夠夠剛度度；下下部支支承多多為受受壓構(gòu)構(gòu)件，，常為為柱。。Q:懸索結(jié)結(jié)構(gòu)的的優(yōu)缺缺點(diǎn)？？A：充分分發(fā)揮揮鋼索索受拉拉，鋼鋼砼邊邊緣構(gòu)構(gòu)件受受壓、、受彎彎的特特性，，結(jié)構(gòu)構(gòu)輕，，省鋼鋼材外形與與傳統(tǒng)統(tǒng)建筑筑迥異異，適適用于于各類類平面面形式式跨越巨巨大空空間，，中間間沒有有支點(diǎn)點(diǎn)，功功能安安排更更靈活活；在60M~150M內(nèi)，優(yōu)優(yōu)勢(shì)明明顯。。DIA:抗風(fēng)荷荷載能能力差差。懸索結(jié)結(jié)構(gòu)形形式單層單單曲面面雙層單單曲面面雙曲面面輪輻輻式雙曲面面鞍形形杜勒斯斯國(guó)際際機(jī)場(chǎng)場(chǎng)：?jiǎn)螁慰缇鼐匦纹狡矫?，，下部部加穩(wěn)穩(wěn)定索索，頂頂部加加蓋輕輕質(zhì)材材料，，加強(qiáng)強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)整體體抗震震動(dòng)、、抗風(fēng)風(fēng)性能能。輪輻式式結(jié)構(gòu)構(gòu)北京工工人體體育館館D=94M，輪輻輻式雙雙層懸懸索，，上下下索各各144根，在在外環(huán)環(huán)上錯(cuò)錯(cuò)開半半間布布置；；鋼砼砼外環(huán)環(huán)支撐撐在環(huán)環(huán)形框框架的的48根柱上上；內(nèi)內(nèi)環(huán)為為鋼結(jié)結(jié)構(gòu)圓圓筒，，D=26M。雙曲拋拋物面面懸索索由兩組組曲率率相反反的拉拉索交交叉組組成索索網(wǎng)。。浙江省省人民民體育育館美國(guó)牲牲畜市市場(chǎng)貿(mào)貿(mào)易館館勒·柯布西西耶，，蘇聯(lián)聯(lián)蘇維維埃宮宮，以以巨大大的鋼鋼砼拋拋物線線拱來(lái)來(lái)懸吊吊屋頂頂。日本國(guó)國(guó)家體體育館館、游游泳館館鋼索固固定在在兩根根混凝凝土柱柱上，，金屬屬板材材覆蓋蓋屋面面。倫敦千千禧穹穹頂：：泰晤晤士河河邊格格林威威治半半島上上，占占地300英畝，，由RichardRogers事務(wù)所所承擔(dān)擔(dān)建筑筑設(shè)計(jì)計(jì)，結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)由由BuroHappold完成。。膜結(jié)構(gòu)構(gòu)以優(yōu)良良的柔柔軟組組織物物為膜膜面材材料，，由空空氣壓壓力支支承（（氣承承式））、或或柔性性鋼索索（張張拉式式）或或剛性性骨架架（骨骨架式式）將將膜材材繃緊緊而形形成建建筑空空間。。A:質(zhì)輕，，透光光、自自潔性性好；；施工工方便便造型型豐富富。DIA:隔聲效效果差差、耐耐久性性不夠夠好、、膜面面抵抗抗局部部集中中荷載載的能能力差差張拉膜膜結(jié)構(gòu)構(gòu)（帳帳篷結(jié)結(jié)構(gòu)））為提高高膜面面的抗抗風(fēng)能能力，，可將將其設(shè)設(shè)計(jì)成成呈反反向的的雙曲曲面形形式——正負(fù)曲曲面。。且對(duì)對(duì)拉索索施加加適當(dāng)當(dāng)?shù)念A(yù)預(yù)應(yīng)力