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1、大跨度建筑的结构类型及造型,谭梦琪 06050701 2007301400,大跨度建筑基本情况,大跨度建筑：跨度30M 大跨度结构（钢结构规范）：跨度60M 主要应用：（公用）影剧院、体育场馆、展览会议场所、航空港等；（工业）装配车间、飞机库、大跨厂房等,古老的大跨度建筑发展,技术落后，巨大的斗兽场无法做出覆盖，只能做成露天的雄伟广场,古老的穹窿结构,古代拱的发展,肋拱的极致运用,拱结构的受力原理,拱：外力作用下内弯矩值小，主要为轴向压力，且分布均匀,现代拱的形式分类，运用,两铰拱、无铰拱，超静定结构；三铰拱，静定结构,材料：铸铁、钢筋混凝土等材料的运用，一改古老石材的笨重,Q：现代技术中拱结
2、构的优缺点？,A:充分利用抗压材料特性，比梁结构减小结构断面尺寸 D:支座处产生水平推力，必须设宽厚坚固的拱脚支座,Q:解决支座推力的方法,1、拱脚支座处，设水平拉杆，平衡推力，减小墙、柱断面尺寸,2、由框架结构抵抗水平推力，保证框架刚度，连接牢固,由基础直接承受的方式,仅在推力不大，地质条件较好时！,刚架,刚架：横梁和柱整体连接，构成一种门式结构,外加荷载下，结构产生微小形变，产生相应的内应力。 如柱对梁的约束力，使梁有恢复原来形状的趋势，从而减小梁中弯矩。,简支梁与刚架的弯矩内力比较,可根据弯矩分布情况设计截面大小弯矩大的部位截面大，可充分发挥材料潜力！,刚架的分类形式,建筑造型实例,该游
3、泳馆采用不对称钢筋混凝土刚架结构，利用结构下部空间布置跳水台，部分刚架暴露，部分吊顶。,门式刚架结构,大跨度，多跨间的工业厂房们，采用门式刚架，轻巧，安装方便，节约。,桁架结构,桁架：由各个杆件铰结组成的一种格构式结构,多作屋顶承重结构。 材料强度充分利用，省材料，自重减轻，常用木材、钢材、钢筋混凝土建造。,桁架的类型,上：三角形、梯形、拱形、无斜腹杆拱形,左：三铰拱式、三铰刚架式桁架式、排架式桁架结构,三铰刚架式钢桁架,1898，巴黎世博会机械馆,北京体育馆，6000人，跨度56M,桁架暴露于比赛大厅，顶部设有天窗，以利于采光和通风。,排架式钢桁架,敦煌市火车站无柱风雨棚,广州会展中心,拱、
4、刚架、桁架同属平面力系，解决屋顶结构问题。但还是有很大局限性。 二战后，新型大跨度建筑涌现不断。形式更加新颖，结构更加合理，让人耳目一新。如：空间网格、折板与薄壳、悬索、张拉膜等结构。,看看这些新建筑,折板,定义：由一定倾斜角度整体相连的一种薄板体系，常用钢筋混凝土，钢丝网水泥建造。 组成：折板+横隔构件,A：结构厚度薄，省材料，可预制装配，省模板，可做大跨度屋顶，也可作外墙。 平行折板 扇形折板,扇形板：一端波长小，一端大，放射状，适用于梯形平面。,联合国教科文组织会议大厅：顶棚和墙壁作为折板，呈现结构的韵律，空间的深度。,薄壳结构,受启发于自然界的种子外壳、蛋壳、贝壳以最少的材料获得坚硬的
5、外壳！ A:利用混凝土可塑性，主要承受曲面内轴向力，弯矩扭矩很小；强度、刚度好；薄壳厚仅为跨度几百分之一，一般平板结构的十分之一。自重轻、省材料、外形多样。 D:现浇施工，费工、费时、费模板，结构计算复杂，不易承受集中荷载。,薄壳结构形式,筒壳 圆顶壳 双曲扁壳 双曲抛物面壳,双曲扁壳与双曲抛物面壳,北京火车站双曲扁壳,薄壳结构的建筑造型,建筑造型是以各种几何曲面图形为基本，有圆筒形、圆球形、双曲抛物面形。 不简单重复上述基本形式，而是巧妙地运用交贯、切割、改变参数等方法，重新组合再创造。造型独特新颖，突出建筑个性。,法格勒诺布尔冰球馆：四片筒形薄壳十字正交，花瓣形,美国“未来航空港”设计方案
6、：两套筒壳，一是放射状的锥形筒壳；另一是呈环状的交叉固定筒壳。两套壳体，巧妙“相贯”。,墨西哥花田市餐厅，正方形平面，屋顶由四个双曲抛物面薄壳交叉相贯组成。交叉部位壳板增厚，但仅厚4CM，各向切割，整朵水浮莲漂浮在水面，别具匠心。,巴黎国家工业与技术中心陈列馆,三束锥状双曲面薄壳交汇于屋顶中心，立面呈抛物线形，上下双层壳板组成空腔壳体，平均厚度18CM,仅为跨度的1/144。,埃罗 沙里宁，1/8球面薄壳，平面为曲边三角形，边梁向上卷起，传递荷载至三个支座，地下埋设水平拉杆，平衡推力，铜板覆盖，玻璃幕墙曲面外墙。,美国麻省理工学院礼堂,肯尼迪机场候机楼,四片双曲面钢砼薄壳合围成屋顶，展翅飞翔的
7、大鸟。采光带分开四部分，边梁朝支座逐渐加宽，适应增大的内力。模型实验，艺术与结构的完美结合，没有生硬的几何图形痕迹。,空间网格结构,多根杆件,以一定规律,节点连接,空间结构形式,平板网架,曲面网壳,1、多向受力结构，整体性强，稳定，刚度大； 2、杆件主要承受轴向拉、压力，符合材料特性，节省； 3、结构高度小，有效利用空间； 4、杆件规格统一，易于生产。,平板网架,支座简支 交叉桁架体系 + 角锥体系,两向正交体系的正放和斜放：,三向交叉体系可满足的平面形状：,角锥体系,三角锥 四角锥 六角锥,室外空间网架运用,（网架平板屋顶）,首都工人体育馆： 两向正交网架 99M1x12.2M，1967，
8、我国跨度最大的平板网架之一,南京五台山体育馆 三向交叉桁架平板网架,八角形平面，容纳一万人，主跨88M,钢管杆件球节点连结，网架支撑在一圈混凝土柱上。,美国加利福尼亚大学体育馆：91M122M,三角锥体系平板网架,曲面网壳结构,多数底部为有推力结构，制作条件复杂；但相较网架结构，外形丰富，造型多变。,网壳结构VS薄壳：一改钢筋混凝土薄壳施工时需要支大量模板，湿作业劳动费时费力的劣势，采用计算机计算方式，安装方便，结构更合理。,网壳,按形状分：柱面网壳、球面网壳、双曲扁网壳、单块扭网壳、四块组合型扭网壳,按层数分：单层、双层,柱面网壳：适用于矩形平面，构造简单施工方便，广泛应用；具有典型拱结构受
9、力特征，需解决水平推力。,球面网壳：适用于圆平面，整体类似穹顶。球冠型和近似整球型。,1967世博会美国馆,双曲扁网壳：矢高小，空间利用率高；但支撑边梁也需做成相应弧形，带来施工难度 双曲抛物面网壳：(马鞍形)造型新颖奇特，素线为直线。,德阳体育馆双曲抛物面网壳,甘肃庆阳宫体育馆曲面扁壳+弧形大拱,罗马小体育宫：D=60M 1620个混凝土预制菱形构件拼合，最薄处：25mm 完整秀美的天顶如一朵盛开的向日葵。,美国塔科马市体育馆 胶合木网壳 D=160M 单层网壳,二战以后，随着理论研究、抗震性能分析进一步深入，新材料、新施工工艺的运用，国外很早就采用各种材料建造网壳结构。,日本名古屋体育馆：
10、D=187.2M, 1996 世界上跨度最大单层网壳结构,国家大剧院,肋环形空腹双层网壳，东西跨度122M, 南北144M。 整个屋顶呈椭球形大穹顶，表面由具有柔和色调与光泽的仅0.44mm厚的钛金属板覆盖。 前后两侧有两个类似三角形的玻璃幕墙切面，整个建筑浮于水面之上，需从一条长80M的水下通道进入演出大厅。,悬索结构,受启发于悬索桥梁，20世纪50年代后，随着高强钢丝出现，悬索结构兴起。 组成：索网、边缘构件、下部支承。 索网非常柔软，只承受轴向拉力，无弯矩也无剪力；边缘构件锚固索网，连接底部支承，可采用梁、桁架、拱等形式，应保证足够刚度；下部支承多为受压构件，常为柱。,Q:悬索结构的优缺
11、点？,A：充分发挥钢索受拉，钢砼边缘构件受压、受弯的特性，结构轻，省钢材 外形与传统建筑迥异，适用于各类平面形式 跨越巨大空间，中间没有支点，功能安排更灵活； 在60M150M内，优势明显。 DIA:抗风荷载能力差。,悬索结构形式,单层单曲面 双层单曲面 双曲面轮辐式 双曲面鞍形,杜勒斯国际机场：单跨矩形平面，下部加稳定索，顶部加盖轻质材料，加强结构整体抗震动、抗风性能。,轮辐式结构,北京工人体育馆,D=94M ，轮辐式双层悬索，上下索各144根，在外环上错开半间布置；钢砼外环支撑在环形框架的48根柱上；内环为钢结构圆筒，D=26M。,双曲抛物面悬索,由两组曲率相反的拉索交叉组成索网。,浙江省
12、人民体育馆,美国牲畜市场贸易馆,勒柯布西耶，苏联苏维埃宫，以巨大的钢砼抛物线拱来悬吊屋顶。,日本国家体育馆、游泳馆,钢索固定在两根混凝土柱上，金属板材覆盖屋面。,伦敦千禧穹顶：泰晤士河边格林威治半岛上，占地300英亩，由Richard Rogers 事务所承担建筑设计，结构设计由Buro Happold完成。,膜结构,以优良的柔软组织物为膜面材料，由空气压力支承（气承式）、或柔性钢索（张拉式）或刚性骨架（骨架式）将膜材绷紧而形成建筑空间。 A:质轻，透光、自洁性好；施工方便造型丰富。 DIA:隔声效果差、耐久性不够好、膜面抵抗局部集中荷载的能力差,张拉膜结构（帐篷结构）,为提高膜面的抗风能力，
13、可将其设计成呈反向的双曲面形式正负曲面。且对拉索施加适当的预应力，以保证无论何方向的风力作用都不会松弛。,抹面材料宜选择轻质、高强、耐高温、低温、防火性好，有一定透明度的材料。,蒙特利尔博览会 德国馆,骨撑膜结构,常见骨架：桁架、拱、网架、网壳 膜材仅为表皮使用，自身结构承载作用不能得到充分发挥，结构跨度、造型也受到支撑骨架的限制,上海八万人体育场，与它前面的老上海万人体育场,充气膜结构,利用膜材料制成气囊，充气后，总是以曲线和曲面来构成自己独特外形。 薄膜结构兼有承重和维护功能，简化建筑构造。 适用于各种形状平面，材料透明度高，即使跨度很大的建筑不设天窗也可。,其他新型结构：张悬梁和张悬网架,原理：通过张拉下弦高强拉索，使得撑杆产生向上分力，导致上弦构件产生向上的内力和形变趋势，从而抵消部分向下的外加荷载影响，达到降低上弦构件的内力，减小形变的效果。,上海浦东国际机场：屋顶最大跨度82.6M,张弦梁受力性能较好，外形简洁，富于表现力。,内容小结,穹顶、拱 刚架 桁架 空间网格（平板网架、曲面网壳） 薄板（折板、薄壳） 悬索 膜结构 新型：张悬梁,THANKS!,
