大跨度建筑结构选型.ppt

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1、,第三章 大跨度建筑结构选型 建筑三要素：坚固、适用和美观 定义：大跨度建筑通常是指跨度在30m以上的建筑，我国现行钢结构规范则规定跨度60m以上结构为大跨度结构。适用范围：大跨度结构主要用于民用建筑的影剧院、体育场馆、展览馆、大会堂、航空港以及其他大型公共建筑。在工业建筑中则主要用于飞机装配车间、飞机库和其他大跨度厂房。大跨度建筑迅速发展的原因：1）主体需要2）客观条件保证,3.1大跨度建筑结构形式与建筑造型 结构技术是影响建筑空间形式及造型的重要因素,3.1.1拱结构及其建筑造型1）定义：拱是一种在荷载作用下主要承受轴向压力，有时也承受弯矩而有支座推力的曲线或折线的杆形结构。2）受力特点：

2、拱结构由拱圈及其支座组成。支座承受垂直力、水平推力以及弯矩。拱圈主要承受轴向压力。3）拱的形式拱结构按组成和支座方式不同分为三铰拱、两铰拱和无铰拱三种,3.1.1拱结构及其建筑造型4）拱结构的建筑造型拱结构的造型主要取决于：矢高大小和平衡拱推力的方式。拱结构水平推力处理方式分为三种：1.由拉杆承受拱推力,3.1.1拱结构及其建筑造型4）拱结构的建筑造型拱结构水平推力处理方式分为三种：2.由框架结构承受拱推力,3.1.1拱结构及其建筑造型4）拱结构的建筑造型拱结构水平推力处理方式分为三种：3.由基础承受拱推力,3.1.2刚架结构及其建筑造型刚架结构是指梁和柱刚性连接的一种门形结构形式。1）受力特

3、点、优缺点和适用范围受力特点：梁和柱之间刚性连接，在竖向荷载作用下柱对梁有约束作用，在水平荷载作用下，梁对柱也有约束作用。优点：造型轻巧，富于变化，节省材料，受力合理，下部的空间较大。适用范围：体育馆、礼堂、食堂、菜场等大空间建筑。2）刚架结构的形式按结构组成和构造方式的不同，分为无铰刚架、两铰刚架、三铰刚架。,3.1.2刚架结构及其建筑造型3）刚架结构的建筑造型实际工程中，常将刚架做成“Y”形和“”形的预制构件，组成单跨、多跨、高低跨、悬挑跨等各种造型。,3.1.3桁架结构及其建筑造型桁架结构（Truss structure）中的桁架指的是桁架梁，是格构化的一种梁式结构。1）受力特点、优缺点

4、和适用范围受力特点：各杆件受力均以单向拉、压为主，故杆件内力为轴向力。优点：受力合理、能充分发挥材料强度，耗材少，自重轻。适用范围：体育馆、影剧院、展览馆、食堂、菜场、商场等各种跨度的建筑屋盖结构。2）桁架结构形式分为三角形、梯形、拱形、无斜腹杆式和三铰拱式等。三角形桁架可用钢、木或钢筋混凝土制作。适用跨度不大于18m的建筑。梯形桁架可用钢或钢筋混凝土制作，常用跨度为1836m。桁架矢高与跨度之比一般为f/L=1/81/6。,3.1.3桁架结构及其建筑造型2）桁架结构形式拱形桁架可用钢或钢筋混凝土制作，外形呈抛物线，矢高与跨度之比一般为1/81/6，常用跨度为1836m。无斜腹杆桁架，常用跨度

5、为1530m。跨度大于36m，宜用钢桁架，小于36m，可用钢筋混凝土桁架。,3.1.3桁架结构及其建筑造型3）桁架结构的建筑造型 实际工程中，可采用单坡、双坡、单跨、多跨等多种形式。,3.1.3桁架结构及其建筑造型实例：北京体育馆和重庆体育馆,3.1.4网格结构及其建筑造型网格结构是由很多杆件从两个方向或几个方向按一定的规律布置，通过节点连接而成的一种网状空间杆系结构。1）受力特点、优缺点和适用范围受力特点：杆件主要承受轴向力。优点：1.整体性强、稳定性好、空间刚度大，有利于抗震；2.节省材料，结构高度小；3.可以有效地利用空间；4.有利于工厂生产，且便于制作，安装也较方便；5.形式多样；缺点

6、：用钢量大；防火及防腐性能较差；造价较高。适用范围：适用于各种支承条件和各种平面形状、大小跨度的工业和民用建筑。,3.1.4网格结构及其建筑造型2）网格结构的形式按其外形可分为网架和网壳。3）网架的类型与尺寸按其构造方式不同，可分为交叉桁架体系和角锥体系两类。1.交叉桁架体系的平板网架（分两向和三向）a.两向交叉桁架构成的平板网架。（交角90度）,3.1.4网格结构及其建筑造型3）网架的类型与尺寸1.交叉桁架体系的平板网架（分两向和三向）b.三向交叉桁架构成的平板网架。（交角60度）,3.1.4网格结构及其建筑造型3）网架的类型与尺寸2.角锥体系平板网架根据锥体单元分为三角锥、四角锥、六角锥平

7、板网架等。a.三角锥体平板网架,3.1.4网格结构及其建筑造型3）网架的类型与尺寸2.角锥体系平板网架根据锥体单元分为三角锥、四角锥、六角锥平板网架等。b.四角锥体平板网架,3.1.4网格结构及其建筑造型3）网架的类型与尺寸2.角锥体系平板网架根据锥体单元分为三角锥、四角锥、六角锥平板网架等。c.六角锥体平板网架,3.1.4网格结构及其建筑造型3）网架的类型与尺寸3.平板网架的主要尺寸平板网架的高度与网格尺寸主要取决于网架的跨度。4）网架杆件断面与节点连接1.网架杆件断面常用两种：钢管或角钢。2.网架杆件节点连接,3.1.4网格结构及其建筑造型4）网架杆件断面与节点连接3.网架排水坡度的形成平

8、板网架的排水坡度一般为2%5%。起坡方法：一是网架自身起拱；另一种是在网架上弦节点加焊短钢管或角钢找出屋面坡度。5）网架和网壳结构的建筑造型影响建筑造型的因素：结构形式与结构支承方式当跨度不大时，网架支承在圈梁上，圈梁由墙或柱支承。当跨度较大时，网架则应直接支承于四周的立柱上。,3.1.4网格结构及其建筑造型5）网架和网壳结构的建筑造型建筑不允许出现较多的柱时，网架可以支承在少数几根柱子上。当建筑一边需要敞开或开设宽大的门时，网架可以支承在三边的列柱上。,3.1.4网格结构及其建筑造型6）网架结构实例,3.1.5折板结构及其建筑造型折板结构由若干狭长的薄板以一定角度相交连成折线形的空间薄壁体系

9、。1）受力特点、优缺点及适用范围折板结构由折板和横隔构件两部分组成 受力特点：从波长方向看，钢筋混凝土连续板。从跨度方向看，钢筋混凝土梁。优点：具有良好的力学性能，结构厚度薄，省材料，可预制装配，省模板，构造简单。适用范围：适宜于长条形平面的屋盖，也可作外墙。,3.1.5折板结构及其建筑造型2）折板结构形式按波长数目的多少分为单波和多波折板；按结构跨度的数目有单跨与多跨之分；按结构断面形式分为三角形折板和梯形折板；按折板的构成情况，又可分为平行折板和扇形折板；,3.1.5折板结构及其建筑造型3）折板结构的建筑造型可用于矩形、方形、梯形、多边形、圆形等平面，造型新颖，具有独特的外观。,3.1.5

10、折板结构及其建筑造型3）折板结构的建筑造型可用于矩形、方形、梯形、多边形、圆形等平面，造型新颖，具有独特的外观。,3.1.6薄壳结构及其建筑造型薄壳结构是用混凝土等刚性材料以各种曲面形式构成的薄壳结构 1）受力特点、优缺点和适用范围受力特点：空间受力状态，主要承受曲面内的轴向力，而弯矩和扭矩很小.优点：充分利用材料强度、自重轻、省材料、跨度大、外形多样。缺点：费工和费模板。适用范围：用来覆盖各种平面形状的建筑物屋顶。2）薄壳结构的形式常用的有筒壳、圆顶壳、双曲扁壳、鞍形壳等四种。,3.1.6薄壳结构及其建筑造型3）薄壳结构的建筑造型以各种几何曲面图形为基本特征，基本形式为圆筒形、圆球形、双曲抛

11、物面形。,3.1.7悬索结构及其建筑造型悬索结构是由柔性受拉索及其边缘构件所形成的承重结构。1）悬索结构的受力特点、优缺点和适用范围悬索结构由索网、边缘构件和下部支承结构三部分组成。受力特点：索网只承受轴向拉力。边缘构件是索网的支座，索网通过锚固件固定在边缘构件上。下部支承结构一般是受压构件。优点：1.省材料、自重轻；2.造型新、形式多；3.空间灵活；4.施工方便。缺点：在强风吸引力的作用下容易丧失稳定而破坏。,3.1.7悬索结构及其建筑造型2）悬索结构形式 按其外形和索网的布置方式分为单曲面悬索和双曲面悬索，单层悬索与双层悬索。1.单层单曲面悬索结构单层单曲面悬索由许多相互平行的拉索组成，像

12、一组平行悬吊的缆索，屋面外表呈下凹的圆筒形曲面。,3.1.7悬索结构及其建筑造型2）悬索结构形式 2.双层单曲面悬索结构3.双曲面轮辐式悬索结构,3.1.7悬索结构及其建筑造型2）悬索结构形式 4.双曲面鞍形悬索结构这种悬索结构由两组曲率相反的拉索交叉组成索网，形成双曲抛物面，外形像马鞍，故称为鞍形悬索结构。,3.1.7悬索结构及其建筑造型3）悬索结构的建筑造型悬索结构的造型特点：1.悬索只能受拉不能受压，外形大多呈曲面；2.悬索结构是由两种不同材料构件组成，即钢索网和钢筋混凝土边缘构件,3.1.7悬索结构及其建筑造型实例：美国瑞利市牲畜展赛馆,3.1.7悬索结构及其建筑造型实例：北京工人体育

13、馆,3.1.7悬索结构及其建筑造型实例：美国汉普敦体育馆,3.1.8膜结构及其建筑造型由高强薄膜材料及加强构件通过一定方式使其内部产生一定的预张应力以形成某种空间形状，并能承受一定的外荷载作用的一种空间结构形式。1）相关特点：优点：质地柔韧、厚度小、重量轻，具有良好的环保性、透光性、自清洁性，施工简便。缺点：耐久性不够好，隔声效果也较差，膜面难以抵抗局部集中荷载。膜结构体系由膜面、边索和脊索、谷索、支承结构、锚固系统，以及各部分之间的连接节点等组成。,3.1.8膜结构及其建筑造型2）膜结构分类按支承条件分类为：柔性支承结构体系、刚性支承结构体系、混合支承结构体系。,3.1.8膜结构及其建筑造型

14、2）膜结构分类膜结构按结构可分为：骨格式膜结构、张拉式膜结构、充气式膜结构。,3.1.8膜结构及其建筑造型2）膜结构分类1.张拉式膜结构（Tension Suspension Structure）,3.1.8膜结构及其建筑造型2）膜结构分类1.张拉式膜结构（Tension Suspension Structure）优点：轻巧柔软、透明度高、采光好、省材料、构造简单、安装快速、便于拆卸、外形丰富多样。缺点：抗风能力差、稳定性弱。设计时应综合考虑拉索的支点位置、膜的曲率和预应力值等因素的影响。设计要点：a.膜面材料的选择。b.拉索应能够使膜材形成一种方向相反的双曲面。c.要有足够的拉索保证膜材表面

15、曲面的连续。d.尽量减少内部支架，避免影响内部空间使用。,3.1.8膜结构及其建筑造型2）膜结构分类2.骨架式膜结构（Frame Supported Structure）,3.1.8膜结构及其建筑造型2）膜结构分类3.充气式膜结构（Pneumatic Structure）优点：造型美观，适用性强，膜材透明度高。缺点：运行及维护费用高。适用范围：体育馆、展览馆、餐厅、医院等，特别适合于防震救灾等临时性建筑和永久性建筑。充气膜结构的形式分两种：a.气承式充气膜结构；b.气肋式充气膜结构,3.1.8膜结构及其建筑造型3）实例a.日本大阪世博会富士馆（1970）,3.1.8膜结构及其建筑造型3）实例b.日本东京圆顶运动场（1988）,