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1、增补第三章 衡宇结构总体系阐发第一节 把空间组成的部件作为主要结构分体系对付一个庞大的结构设计项目，设计者不应让其思路为结构的庞大性所困惑，在确定方案的早期设计阶段，设计者应冷静地、全面地考虑设计要求，凭据已有的设计经验，构想出某些解决方案，宜粗不宜细地将其构想通过若干主要构件的作用勾画出来。在方案设计时，设计者应考虑结构的根本子结构，如恒相传力的子结构和竖向传力的子结构。此时，设计者必须非常清楚地了解它们的组成以及相互间的作用。因为这样，设计者才气掌握结构体系的组成和力学性态，从而形成整体结构方案。当设计者对对结构组成的空间整体和传力路线有了清晰理解以后，就可以进一步考虑子结构的组成与传力问
2、题。此时设计者的注意力就由空间的结构性态转为力流通报路径上的竖向或横向子结构或主要的构件的存眷。虽然子结构或主要传力构件的详图设计不是方案设计阶段的任务，但是在早期设计阶段应对主要的竖向或横向子结构或构件进行开端估算，以便得出可行性评价和开端估算结结构价。在深化的详图设计阶段，设计者将对结构进行整体和局部的详细阐发盘算。同时凭据盘算的内力，对结构构件进行截面选型和设计，此时设计者的注意力已会合到具体的结构构件上。总之，随着结构的各个设计阶段由浅到深，由整体结构阐发到子结构阐发再到构件阐发，设计者对结构的注意力也由空间整体结构转到平面结构，再转到线性或非线性构件，即由三维到二维到一维。在方案设计
3、阶段，设计者的注意力总是停留在整体结构和子结构，对结构的注意力总体上停留在由空间到平面的阶段。只有需要验证方案可行性时，才会对结构的主要构件的截面进行受力验算。以上历程体现在以下几个设计阶段：（1）方案设计阶段：设计者注意力会合在结构的空间整体观点，由整体修建结构的三维阐发中得出整体结构系统的承载能力。同时，也得出整体结构与子结构间的相互干系；（2）开端设计阶段：设计者的注意力转向结构的横向和竖向子结构体系，以便创建结构主要构件相互之间的干系以及配合事情性态；（3）详图设计阶段：设计者的注意力转向结构的线性或非线性构件设计以及制造安装中的连接和结构西部设计。在设计的各个阶段中，设计者对结构整体
4、性态以及整体结构与子结构间的相互干系的理解是十分重要的。按阶段进行设计是很重要的，这可以使设计者会合解决空间形式方案中较为根本的结构问题，而不至于过早地把注意力放在一些细节问题上。这也可以使设计者包管结构整体构想与空间形式构想之间的协调，使结构总体系方案成为结构分体系的相互干系、具体设计等越发局部的问题的底子。 图4-1 把空间组成的主要部件作为根本结构分体系（a）组合观点要求从中央庭院到四个独立的空间单位有敞开入口；（b）整体空间形式方案的观点；（c）总结构体系方案要求四个独立箱形结构悬臂支承与四个抗剪支柱上；（d）作为分体系的箱形结构单位的相互干系例如，楼盖可以接纳多种质料，可以有许多种类
5、型。但在讨论它的具体方案以前，楼盖作为一个整体必须首先能有效地成为整体结构修建体系的一部门。这就是说，要认识到应到从大处着眼，才气使庞大的设计问题得到较为完善的解决。修建物结构设计的整体方案要求重视利用大空间支解的、围护结构的以及种种设备单位的部件来作为根本结构分体系的可能性；应该着眼于把外墙、内墙、屋盖、楼盖等部件的使用功效确定为既是空间支解的部件，又是结构分体系（照片4-1，图4-1）。图4-2 主要空间单位的总体特性能启示结构分体系设计方案（a）从整体上看，折板屋面可设计成折板分体系；（b）按整体设计时，由腹板和翼缘组成的墙的刚度比矩形增大得多；（c）一个大的设在中央的竖向通道可以设计成
6、焦点筒结构分体系；（d）把最上面的过道设计成两个细长筒的连系梁，成为剪力墙和巨型框架的组合体图4-1中描述了在方案阶段可以把整个修建方案的主要空间形式单位看成总体结构体系的根本单位。从整体来看，图4-1C和图4-1d所示的箱形主要空间单位，为三唯空间和二唯平面结构体系。当从总体的角度看折板屋盖或折板墙（图4-2a和图4-2b）时，它也同样具有空间结构分体系的特性。另外，用整体要领也可以看出，大的竖向电梯井和楼梯间可以作为焦点筒结构分体系（图4-2c）。与此类似，有可能将一些较小的竖井与楼层空间部件连接在一起成为巨型框架总体系。甚至另有可能利用过道或主要的水平管道作为水平连系构件，）而墙体作为竖
7、向承重分体系（图4-2d）第二节 总体系阐发的整体与局部由于庞大结构是由一系列根本的子结构系统组成，庞大结构具有可分性，根本的子结构系统设计的优劣，直接影响到整个结构设计的质量。当把根本的结构分体系看作是总体系的方案组成部门时，对付各个单独构件来说，只是它们的平面部署才对总的整体性假定具有要害性的影响。事实上，这个阶段的主要问题是应该怎样才气把空间形式方案中的主要部件看作是能起根本结构分体系作用的。因此，对付一个空间组成部件，应该首先考虑其在总体方案中所能起到的结构作用，其次，才是考虑各单个构件的部署、尺寸巨细，或是确定连接大样等具体方案。图4-1的例子说明了这种要领，一开始修建师可以把连接在
8、一起的四个主要空间组成部件看作是悬臂式的结构箱型结构分体系。然后，研究设计每个箱形结构分体系的比力局部的要求。最后，当整个别系的可行性确定之后，就可以解决具体构件的设计和结构问题了。归纳综合起来，这个要领的思路是先确定一个总体结构方案，作为解决分体系设计中更为局部性问题的一个前提。重复一遍，应当由总体系的空间结构观点决定有关细节的设计要求，而不是相反。在方案阶段，试图将修建物作为一个整体提出一个最佳的空间方案和结构方案时，整体思路的代价是很显著的。同时还要看到，整体考虑也适用于单个分体系设计。图4-1和图4-2表明，可以先假定分体系是整体的，并凭据平面结构或空间结构来阐发它们的受力和事情性能。
9、然后，通过确定其中主要部件的根本内力和多少特性，使整体假定具体化。图4-3说明了如何运用整体要领阐发一个四角支承的折板屋盖体系的基天性能。图中的两个折板方案，比力了它们的整体与局部结构设计的干系，而未涉及具体构件的性能说明。在对根本部件的相互干系进行这种开端阐发之后，就要解决主要构件的具体性能，而这些构件是实现方案阐发整体假定所要求的。固然，设计者对付结构分体系在总的空间形式方案中相互干系的意图，将会影响他对结构分体系的处置惩罚要领（图4-4）。在总体系阶段，主要是判断和预计种种方案中，满足空间和结构要求的各分体系之间是否能实现整体的相互作用干系。因此，为了到达最优设计，需要在总体系和分体系设
10、计阶段有反馈历程。在总体系方案和分体系方案的主要特性都经过优化之后，设计者才气把注意力转到具体的设计上去。有时，可能要求结构专业人员通过详细的阐发予以验证、仔细推敲并找出根本上好的总体方案。毫无疑问，纵然在设计的最后阶段，也还需要在空间和实体结构要求之间做进一步的修改。但如果反感阶段的构想比力好，那么修改就可能比力少。图4-3 两个折板屋盖分体系方案的总体比力图4-5给出了另外一个例子，说明设计者是如何利用整体要领对空间形式方案的结构问题进行分条理研究的，这个空间形式类似于迪斯尼世界宾馆（照片4-1）。从整个修建来看，很显然，这种形式适宜于用空间拱作为总体系方案。这种可能性是存在的。由于旅馆房
11、间排列成行，横向支解墙是连续的，可以将墙设计成平面拱结构体系。通过起隔板作用的楼盖与台阶形部署的纵墙相互连接来实现这些拱分体系之间的结构连续性。在考虑结构分体系的具体设计之前，就能形成这种方案的观点。这无需预想，因为尽管拱体系的设计有许多要领，可以是混凝土结构，也可以是钢结构，但不会改变整个方案的适用性，可以将其设计成带孔的拱形梁，大概设计成带洞口的门路形桁架，这时洞口的部署可图4-4 总体系方案是选择屋盖体系设计方案的前提（a）屋盖体系简支在剪力筒结构分体系上（着重于拱的作用）；（b）屋盖和筒刚性连接，形成整体框架作用（着重于筒之间的抗弯刚度）；（c）屋盖从焦点剪力筒向外悬挑，楼盖悬挂在屋盖
12、边沿（着重于牢固主要的拉索）图4-5 在设计特殊的空间形式时，整体要领是有用的以与过道空间以及相邻的门道一致。同样，纵向拱也可以设计成桁架或剪力墙。由于有了整体要领，岂论是反感阶段照旧具体设计阶段，设计者的创造能力就只会受到他们的想象力和见地的限制。整体要领也适用于庞大的修建形式，比力对称的大概是单个形式的修建，如前面所举的那些例子。显然，在非对称的庞大形式的设计中，还需要解决其它问题。注意，纵然是单个形式的修建，其内部也可能是非对称的。根本的整体要领应该是将一个庞大的空间形式分别成若干半独立形式的比力简朴的组成部门。举例说，图4-6说明了如何通过把一个别性庞大的修建整体形式剖析成若干崎岖差异
13、的、是非跨度差异的或其它一些简朴的空间结构组成部门，使一个庞大形式的修建得到简化。由于水平力对修建物崎岖差异部门所起的作用差异十分大，因此，宜于把每个部门看成一个单独的结构来处置惩罚。与此类似，一幢修建物也可以凭据它们的根本跨度或使用性质剖析成差异的结构区段。因此，对付图4-6种的修建物，每个区段的设计可以互不相同。唯一庞大的问题是，在差异结构区段的接壤处，结构的内力和位移应该得到协调。图4-6 庞大形式和使用要求可以通过剖析简化在讨论并说明了应用整体要领阐发结构的观点和逻辑干系之后，本章的其余几节将讨论四个应用实例。这些例子中所接纳的形式都是比力简朴的，有单层、两层、12层的以及15层的修建
14、；类型有单跨单层的大空间以及分成小间的高层办公楼和高层公寓，另有一幢两层的车库。通过几个差异类型分体系相互干系的方案描述和阐发，可以说明在实际上怎样能使整体假定具体化。在这些例子中，将不涉及用什么质料或构件详图等开端设计的问题，这些将在以后的章节中再讨论。主要是想说明，怎样把一幢修建看作一个总的结构体系，竖向力和水平力又是怎样通过主要结构分体系的相互作用通报到修建物的底子上的，在所有这些例子中，无论是接纳钢结构，照旧钢筋混凝土结构，照旧预应力混凝土结构，设计都是可行的。但是，通过这些例子所用的整体要领，应当认识到，用一些透彻的悟性假定以及仅少量的盘算，往往就能对总体系方案提出主要结构方案。可以
15、看到盘算是轻便而完整的，并不很精确，重点是强调解体的观点，而不是纠缠于细节。第三节 单层开敞空间修建例4-161.0m，坡屋顶（图4-7）。通过方案阐发此修建反抗横载、活荷载和风荷载的总要求。有关盘算荷载的具体要领将在第5章讨论，目前接纳如下荷载：假设屋顶横载（DL222，投影面积高为9.1m，宽为261.0m。同样，忽略吸力的作用。2，比风荷载小，对屋顶设计不起控制作用。但是，尽管风荷载的压强要高些，但活荷载的作用依然可能比风荷载越发倒霉。这是因为修建范例允许在风荷载作用下结构各部位的应力可以比活荷载作用下的应力大（一般要大1/3）。 图4-7 总荷载简直定（假设所有荷载在投影面上为均匀漫衍
16、）为了确定抗力的整体要求，可以假定围护墙面为刚性连接的板。但真正结构的整体性是由一系列的刚架形成的，每榀刚架由两侧的柱和两根带坡度的屋面大梁所组成。它们相互刚性连接，形成门架型结构根本体系，蒙受屋顶的荷载，并把荷载传给底子（图4-8）。次要的屋面构件和墙体壁板构件起到联系刚架的作用，并起到空间围护作用。修建物两端有山墙，开有所需要的门窗洞口。图4-8 整体结构体系方案图4-9 全部屋面荷载作用下由整体刚架作用引起的总水平反力的近似值作用于修建物的横向水平力由刚架蒙受。为了把纵向作用的水平力传给底子，在屋顶中部两个开间的屋面设置铰剪撑。这些有铰剪撑的屋面开间加大了屋盖的纵向刚度，因而能蒙受纵向水平力的作用，并把水平力传到两侧的柱间支撑，再传到底子。总
