建筑结构选型01总论.ppt

建筑结构选型,结构是万能的 不合理的结构是万万不能的,绪 论,结构的定义 以一定的材料，建造具有足够抵抗能力的空间骨架，抵御自然界可能发生的各种作用，为人类的需要服务，即结构。 结构是运用物质条件的技术。 随着材料与力学的进步，结构不断向前发展。,绪 论,结构的主要作用 形成人类活动的空间 由板（平板、壳面板）、梁（直梁、曲梁）、桁架、网架等这类水平方向的结构构件，和柱、墙、框架等这类竖直方向的结构构件组成。 为人群和车辆提供通道 用以上构件组成桥梁结构。 抵御自然界水、土、岩石等侧向压力的作用 水坝、护堤、挡土墙、隧道等水工结构。 构成为其它专门用途服务的空间 烟囱、水塔、油罐、筒仓及水池等特种结构。,绪 论,结构所要解决的问题 使骨架形成的空间能良好的服务于人类生活、生产的要求和人类对美观的需要； 能抵御自然界各种作用（地心引力、风力、地震作用等），因而需要有抵抗力； 充分发挥所采用材料的作用； 实施过程中的施工技术问题； 如连接构造问题、经济问题。,绪 论,结构选型定义 选择一个结构安全合理、施工技术可行的结构型式，达到建筑物的适用、经济、美观。 结构选型的重要性 只有正确符合结构逻辑的建筑才具有真实的表现力和实际的实践性。 只有掌握结构型式的基本力学特点及其适用范围，才能比较自由地进行建筑创造。,绪 论,主要内容 1.1 结构与建筑的关系 1.2 结构选型与型式 1.3 建筑材料的力学性能与结构型式 1.4 建筑结构选型的优化设计,1.1 结构与建筑的关系,1 结构是房屋的骨架，是建筑物赖以存在的物质基础 建筑材料和建筑技术的发展决定着结构型式的发展，而结构型式对建筑的影响最为直接明显。 建筑与结构相互影响又相互促进。 建筑与结构的时空关系 时间关系 结构即建筑建筑与结构建筑依赖结构 （古代） （近代） （现代） 空间关系 单层多层及中高层超高层,1.1 结构与建筑的关系,举例 十九世纪以前，材料和技术的局限性 帕提农神庙 罗马万神庙 悬空寺 应县木塔 十九世纪以后，材料和技术的发展,古希腊帕提农神庙,神庙坐西向东，由46根多立克柱环绕，长边方向每边17根，短边方向每边8根。,古希腊帕提农神庙,限于当时的建筑技术和材料，只能采用简单加工的石梁和石柱。,粗壮、坚实 空间小 内部石柱林立,古罗马万神庙,万神庙（潘提翁神庙）（Pantneon） 是继希腊神庙艺术的又一发展，充分利用拱券技术，材料为混凝土。 将希腊柱式结构与拱券创造性结合在一起。 拱券式殿堂建筑，是世界上最大的圆顶建筑之一。,恒山悬空寺,始建于北魏后期，距今约1400年，木结构 结构 在悬崖上凿洞，插入木梁（铁扁担），一部分建筑架在木梁上，另一部分利用突出的岩石作为基础。 木柱及插入岩石的巨大木梁承受重量。 真正的重心撑在坚硬岩石里，利用力学原理半插飞梁为基。,恒山悬空寺,施工 类似筑栈道的方法 ，阁楼的底座铺设在铁扁担上。,材料 木梁采用当地特产铁杉木加工成为方形； 立木为原木； 木材用桐油浸泡，不怕被白蚁咬，具有防腐作用。,应县木塔,始建于辽清宁二年(公元1056年)； 金明昌六年(公元1195年)增修完毕。 是我国现存最高最古的一座木构塔式建筑 台基4m高，塔高67.31m，底层直径30.27m，呈平面八角形。第一层立面重檐，以上各层均为单檐，共五层六檐，各层间夹设暗层，实为九层。,应县木塔,木塔的设计，充分利用传统建筑技巧，广泛采用斗拱结构，全塔共用斗拱54种，每个斗拱都有一定的组合形式，每层都形成了一个八边形中空结构层。 各层均用内、外两圈木柱支撑，每层外有24根柱子，内有八根，木柱之间使用了许多斜撑、梁、枋和短柱，组成不同方向的复梁式木架。 我国古代建筑艺术的最高水平。,台北101大厦（台北国际金融中心）,地下5层、地上101层 塔楼高508米 大厦的构架完美体现了古代中国传统的建筑艺术。 以吉祥数字“八”作为设计单元，每8层为一个单元，模仿竹节构筑的含义，也增加了大厦的牢固性。 大厦外墙刻有“如意”图案，代表着中国的传统文化中的如意吉祥和幸运。,台北101大厦（台北国际金融中心）,抗风设计 92楼悬挂在大楼中心、直径5.5米、重达800吨的悬浮阻尼球。 其主要功能是保护大厦的建筑主体，避免大楼在强风中大幅晃动。这个大圆球会吸收大楼的振动，再将能量传递、发散到下方的弹簧系统。巧妙地解决了摇晃问题。 强风出现时阻尼器会摆动，大楼其它部分就可保持稳定。这颗阻尼球平常只会摆动个几厘米。摆荡时，阻尼装置内的液体会穿过小孔，藉此消散风的能量。,台北101大厦（台北国际金融中心）,抗震设计 可承受里氏7级以上的强烈地震，同时也能承受住百年不遇的强台风的袭击。 此时，阻尼球将摆荡1.5m,撞上一个防撞环；防撞环上另有8个的粘性缓冲器，可防止阻尼球进一步摆荡。这是第一套融入大楼整体设计的调谐质量阻尼系统。,西尔斯大厦（SEARS-TOWER）,1974年建成 110层，高443m 底层平面68.6x68.6m的正方形，为9个筒的束筒体系，小框筒为22.9x22.9m的正方形，向上在50，66和90层分别减少23个小框筒，最后剩两个小框筒到顶。,51,67,91,西尔斯大厦（SEARS-TOWER）,框筒密柱采用H形截面，柱截面自下向上逐渐分段减小。 设计总用钢量为7.6万吨， 平均用钢量约150kg/m2。,51,67,91,上海体育馆,国内大型体育馆之一, 1975年建成使用。 主馆呈圆形，高33m， 屋顶网架跨度直径110米， 可容纳观众18000人。,1.1 结构与建筑的关系,2 结构的艺术作用 各种结构体系的规律性本身具有装饰效果。 把结构的型式与建筑的空间艺术形象融合起来，即结构本身富有美学表现力。建筑师必须注意发挥这种表现力和利用这种装饰效果，自然地显示结构。 所谓自然的显示结构，不是说结构就是美，而是要袒露具有美学价值的部分，通过建筑师的艺术加工，达到表现建筑美的目的，而不是简单地表现结构本身。 这样，就可以使建筑最终达到实用、经济和美观的目的。,美国雷里（Rauleigh）竞技馆,结构受力明确，形成自平衡体系。 索、拱的材料强度充分发挥、基础很小、施工方便。 斜拱的周边以间距2.4m的钢柱支承，立柱兼作门窗的竖框，形成了以竖向分隔为节奏感很强的建筑造型。 是世界上第一座优秀的大跨度索网结构屋盖建筑，开创了现代建筑索结构的历史。,罗马小体育馆,采用外露的叉形斜柱，有力的把巨大的装配整体式钢筋砼网肋型扁圆球壳托起，结构清晰、欢快，极富结构力度。,意大利佛罗伦萨运动场大看台,钢筋混凝土梁板结构，雨蓬的挑梁伸出17m。 把雨蓬的挑梁外形与其弯矩图（二次抛物线）统一起来。但又不是简单的统一，建筑师利用混凝土的可塑性对挑梁的外轮廊进行了艺术处理，在挑梁的支座附近挖了一个三角形孔，既减耗了结构重力，也获得了很好的艺术效果。,意大利佛罗伦萨运动场大看台,这个建筑，直接地显示了结构的自然形体，进行了恰如其分的艺术加工，而又不做任何多余的装饰，使结构的形式与建筑空间艺术形象高度的融合起来，形象优美，轻巧自然，给人以建筑美的享受。 这个例子说明，建筑物的重力感、力的传递与其支承的关系，也就是结构的作用，同样也是建筑艺术表现力的重要源泉。,2002世界杯汉城体育场,剖面,平面,立面,1.1 结构与建筑的关系,2 结构的艺术作用 好的建筑设计， 建筑和结构必然是有机结合的统一体。 处理好建筑功能与建筑空间的关系，选择合理的结构体系，根据建筑构图原理，进行艺术加工，发掘建筑结构自身具有美学价值的因素，并利用它构成艺术形象。,1.2 建筑结构方案设计,1 结构的选型 多层建筑 砌体结构，底层（底部）框架结构；木结构 钢筋砼框架结构；钢框架结构 高层建筑 混凝土框架结构，钢框架结构； 钢筋砼框架剪力墙结构，钢框架支撑结构； 钢筋砼剪力墙结构； 钢筋砼筒体结构； 钢混凝土组合结构,1.2 建筑结构方案设计,1 结构的选型 单层大跨度建筑 包括屋盖结构和主要承重结构(如刚架或排架)， 其中刚架与排架仅是力学计算方法上的区分， 并不反映建筑造型的类别，能够表现建筑造型的是屋盖结构。 平面结构体系 门式刚架结构 薄腹梁结构 桁架结构 拱结构,1.2 建筑结构方案设计,1 结构的选型 空间结构体系刚性结构 薄壳结构 网格结构（网架结构、网壳结构） 折板结构 空间结构体系柔性结构 索结构 薄膜结构 空间结构体系组合（杂交）结构 索膜结构 索梁结构 索桁架结构,1.2 建筑结构方案设计,2 结构方案设计的环节 选定合理的结构技术条件（准备） 当地的结构材料及施工技术条件； 结构荷载情况；地基基础情况； 试选结构方案与结构选型 综合考虑建筑的功能要求和形象要求； 技术可行性和经济合理性； 技术先进、经济合理、安全适用、便利施工。,1.2 建筑结构方案设计,2 结构方案设计的环节 初步力学分析、初选结构构造尺度 各主要部件的强度、刚度、变形、稳定分析； 确定各结构构件的具体形式与尺度； 进行经济比较、做出优选设计,1.2 建筑结构方案设计,3 影响结构方案设计的主要因素 客观物质基础和技术条件基础。 建筑设计的功能要求； 剧院的观众厅； 体育馆设计； 工业建筑； 建筑结构材料具备的条件； 新型建材的适用性与局限性； 结构设计理论的发展与计算手段的改进； 经济条件的制约（投资成本的控制）； 地区自然条件的影响（温度、地质、地震）,1.2 建筑结构方案设计,4 建筑结构方案的经济分析 综合的经济分析： 对于结构方案不但要看它的一次投资造价，而且要看其长期的经济效益（如维护、维修费用，运营费用），除了以货币指标核算结构的建造成本以外，还要从材料的消耗减少和劳动力节约等各项指标来进行衡量。,1.3 建筑材料的力学性能与结构型式,结构的合理性表现在首先表现在该结构的材料强度能否充分发挥，即用最少的材料，获得最大的效果。 确定结构型式时遵循的原则 选择能充分发挥材料性能的结构型式； 合理选用结构材料。,1.3.1结构材料的力学特点,1 砖石 就地取材，经济； 各向异性（抗压高、抗拉、弯、折低）； 组砌，整体性差，自重大。 2 木材 质轻且坚（相对强度高）； 就地取材，加工方便； 各向异性（顺纹，斜纹、横纹）； 疵病影响； 易腐朽、易燃烧、易虫蛀； 不符合环保政策。,1.3.1结构材料的力学特点,3 砼 水泥工业污染严重； 各向异性（抗压高、抗拉、弯、折低）； 浇注，可塑性好，自重大。 4 钢材 各向同性，相对强度高； 防火性能差。 价格高。,1.3.2充分发挥材料性能的结构型式,构件轴心受力比偏心受力或受弯状态能更充分利用材料的强度。 因此，人们根据力学原理及材料的特性创造出了多种型式的结构，使这些结构的构件处于无弯矩的状态或减小弯矩峰值，从而使材料的抗拉和抗压性能得到充分发挥。,1.3.2充分发挥材料性能的结构型式,受力状态的比较,a）中心受压 b）受弯,1.3.3构件和结构形式的演变,构件形式的演变 充分发挥材料强度 通常跨度的楼盖梁 矩形截面（a） 工字型截面（b） 平行弦桁架（c） 折线（拱）桁架（d）,1.3.3构件和结构形式的演变,目的 充分发挥材料强度 通常跨度的楼盖梁 矩形截面 工字型截面 格构式梁（桁架） 以提高梁的承载力和刚度（图2b的通道）。为了实现结构的更大跨越，则必须按图2b的通道和，把梁演变成拱和索，它的横向扩展就变成了空间结构，如图2c所示。,1.3.3构件和结构形式的演变,提高构件的承载力和刚度,a）简支梁弯矩图,b）伸臂梁弯矩图,c）刚架弯矩图,1.3.3构件和结构形式的演变,从构件到结构 实现结构的更大跨越。,a）拱,b)悬索,1.3.3构件和结构形式的演变,从平面结构到空间结构 实现空间的更大跨越。,1.3.4 合理选用结构材料,选用材料的原则是扬长避短 美国休斯敦贝壳广场大厦 52层，筒体结构体系，全部采用高强轻质混凝土 对材料的综合评价 指标：单位容重的强度指标（R/），m。 R：材料的强度，kN/m2； ：材料的单位容重kN/m3 R/r：材料以其自身的重量把自己压坏所需的高度 钢材最好，木材次之，砌体最差。,耶鲁大学冰球馆,美国建筑师沙里宁设计，1958年建成。 冰球馆的外形象一只海龟似的甲壳动物。 冰球馆采用悬索结构，钢索挂在中间一道拱形脊梁和周边的梁圈上。容纳3000名观众。,北京朝阳体育馆,平面呈橄榄形，外形为变曲马鞍形。 屋面采用索拱、索网结构，有四片大墙拉起两根主索，下面连接四十四根承重索和十八根稳定索，把屋顶悬吊起来。 比赛场地长44米，宽34米。,1.4 建筑结构选型的优化设计,物尽其用，尽量充分发挥材料的强度; 结合当地材料供应和荷载工况情况，选择尽可能适合的结构形式和构件类型； 考虑经济指标的影响； 考虑施工手段选择施工方便的合适形式； 考虑使用功能和耐久年限来选择合适的结构形式； 考虑城市规划和建设规模选择合适的结构形式； 考虑防火要求的优化选型。,