大跨度建筑结构形式与建筑造型实例分析建筑构造
房屋 建筑学 大 跨度 建筑构造 大 跨度 建筑结构型式与建筑造型
房屋建筑学大跨度建筑构造大跨度建筑结构型式与建筑造型大跨度建筑结构型式与建筑造型结构是房屋的骨架，是形成建筑内部空间和外部形式的物质基础，结构是在特定的材料和施工技术条件下运用力学原理创造出来的。
某种新的结构一旦产生并在工程实践中反复出现时，便会逐渐形成一种崭新的建筑形式。
可见结构技术是影响建筑的重要因素，在大跨度建筑中尤其如此。
通过上述例子说明，在建筑设计中，选择结构型式不仅是结构工程师的工作，也是建筑师的职责，现代建筑的特点是建筑艺术与建筑技术的高度统一。
建筑师只有对各种结构形式的基本力学特征和适用范围有深入的了解才能自由地进行创作，把结构型式与建筑造型融为一体。
现就大跨度建筑常见的各种结构型式及其建筑造型作介绍。
一、拱结构及其建筑造型拱结构及其建筑造型(一)拱的受力特点、优缺点和适用范围拱是古代大跨度建筑的主要结构型式。
由于拱呈曲面形状，在外力作用下，拱内的变矩值可以降低到最小限度，主要内力变为轴向压力，且应力分布均匀，能充分利用材料的强度，比同样跨度的梁结构断面小，故拱能跨越较大的空间。
但是拱结构在承受荷载后将产生横向推力，为了保持结构的稳定性，必须设置宽厚坚固的拱脚支座抵抗横推力。
常见的方式是在拱的两侧作两道厚墙来支承拱，墙厚随拱跨增大而加厚。
很明显，这会使建筑的平面空间组合受到约束。
拱的内力主要是轴向压力，结构材料应选用抗压性能好的材料。
古代建筑的拱主要采用砖石材料，近代建筑中，多采用钢筋混凝土拱，有的采用钢桁架拱，跨度可达百米以上。
拱结构所形成的巨大空间常常用来建筑商场、展览馆、体育馆、散装货仓等建筑。
(二)拱的型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。
(三)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。
拱的矢高对建筑的外部轮廓形象影响最大。
矢高小的拱，外形起伏变化小，呈扁平状，结构占用的空间小，但水平推力和拱身轴力都偏大。
而矢高大的拱，外形起伏变化强烈，产生的水平推力和轴向力都较小，但拱身材料耗费量多，拱下形成的内部空间大，拱曲面坡度很陡，当采用油毡屋面时，容易出现沥青流淌和油毡滑移现象。
大跨度建筑结构形式与建筑造型
第三章大跨度建筑构造1龙江（Loongle）浙江林学院园林学院2009年秋概述大跨度建筑——大百科全书中关于大跨度建筑的定时是：跨度在30米以上的建筑，主要有民用建筑影剧院、体育场馆、展览馆、大会堂、航空港等。
最早的大跨度建筑可以追溯到古罗马的万神庙，公元120~124年建成‘圆形平面，穹顶直径达到43.3米，用天然混凝土浇筑而成。
大跨度建筑常用结构形式☐大跨度常用建筑结构根据结构形式，受力构件排列组合不同可分平面平面机构体系和空间结构体系两大类，共八种。
它们是：☐平面结构体系有拱、刚架以及桁（héng）架。
☐空间结构体系有网架、折板（薄壳）、悬索、膜结构以及混合结构。
☐拱是一种推力结构：在竖向荷载下产生水平推力；☐拱是一种无矩结构：通过合理拱轴可使杆件无弯矩；☐拱可充分利用材料抗压强度，断面小、跨度大。
1 拱及拱券结构特点早期罗马人在建筑中使用的拱券拱券在早期建筑中的应用拱券美国蒙哥马里体育馆用平行拱支承屋面覆盖圆形平面墨西哥马达莱纳体育中心体育宫用四道相交的拱支承屋面覆盖接近正方形的平面两片刚性拱支撑屋面索网两片交叉拱作为索网边缘构件在体育建筑中的拱2 刚架结构刚架结构特征、优缺点和适用范围:☐刚架是横梁和柱以整体连接方式构成的一种门形结构。
由于梁和柱是刚性节点，在竖向荷载作用下柱对梁有约束作用，因而能减少梁的跨中弯矩；同样，在水平荷载作用下，梁对柱也有约束作用，能减少柱内的弯矩。
☐由于刚架结构受力合理，轻巧美观，能跨越较大的跨度，制作又很方便，因而应用非常广泛。
一般用于体育馆、礼堂、食堂、菜场等大空间的民用建筑，也可用于工业建筑。
刚架结构跨度尺寸☐跨度①实腹式：50～60米②格构式两铰刚架：60～120米③格构式无铰刚架：120～150米④折线弓形刚架：40～50米高15～20米☐断面①实腹式梁高h=(1/12～1/20)L设预应力拉杆h=(1/30～1/40)L②折线弓形刚架梁高、柱宽(1/15～1/25)L钢制刚架结构的玻璃暖房钢制刚架结构的飞机库某室内体育馆的木构刚架及天窗某刚架结构车站桁架结构3☐桁架是由杆件组成的一种格构式结构体系。
大跨度建筑的结构类型及造型
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。
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。
美 国 麻 省 理 工 学 院 礼 堂
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。
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
平板网架 曲面网壳 空间结构形式
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。
主要大跨度建筑构造
空间结构体系
——网架
——折板
——薄壳 ——悬索
——……
（把结构的所有组成构件协同 起来共同跨越空间，作为整体 来考虑——整体作用大于单个 作用之和，且多向受力比单向 受力更发挥材料潜力，空间工 作比平面工作更符合力的自然 传递路线）
2 十种常用的大跨度结构形式
特点 ——刚结点（与排架结构对比）：大大减少梁的跨中弯距 ——结构断面小，外形简洁，可暴露结构构件 ——门型刚架中部向上微翘有利于综合利用室内空间，扩大
净空高度 ——适用于40m跨度以内，动荷载不能太大（吊车≤10T，
远小于排架）
——刚架结构的造型
扩展：薄腹梁结构体系
常用作T、工字梁 自重较大，跨度6~18
不宜选用） 2 跨度<36m——预应力钢筋混凝土。
18~24m亦可选用普通钢筋混凝土 3 跨度<18m钢筋混凝土组合屋架 4 房屋内部以及所在地区相对湿度>75%，通
风不良者，或者有侵蚀揭纸，不宜选择木屋架 和钢屋架
3.1.4 网架结构及其造型
概念：一种由多根杆件以一定规律通过节点组成 的空间结构
2.6 薄壳结构及其造型
概念：一种薄得不至于产生明显弯曲应力，但 是厚度足以承受压力、拉力、剪力的形抵抗结 构
——薄壳结构的特点与类型
特点：曲面内轴向力；薄、轻、省、跨大、造 型丰富；费工费时、隔热效果不好、易开裂、 容易引起室内声音的反射和混响
类型 筒壳、球壳、扁壳、鞍形壳
——薄壳结构的特点与类型
发展 现代大跨度建筑造型已经有较大自由
结构是在特定 的材料和施工 技术条件下运 用力学原理创 造出来的房屋 的骨架
建筑师——选 择结构形式； 需要对各种结 构的基本的力 学特征和适用 范围有深入的 了解，才能够 自由创作，结 构和形式统一。
10大跨度建筑结构形式与建筑造型
——网架结构的类型
类型 外形 平板（支座为简支）
曲面 （实质是一种挖空的薄壳） 不常用 层数 单层、双层、多层 材料 木、钢、钢筋混凝土
——平板网架的构成
平板网架 —— 构造简单：双层平 板，无侧推力，只 需简单支座 — —可覆盖各种形式 平面
●交叉桁架体系 （两向或三向；正 放与斜放）
——桁架结构的类型
类型
按构成
●三角形 结构高度最低 1/5-1/2 ≤18m
●拱形
受力最好
1/6-1/8
18-36m 60m
（无斜腹杆）
15-30m
●梯形
受力较好 ，制作方便 ,但自身结
构稳定性相对差些
1/6-1/8 18-36m 72m
按材料
●钢
适宜36m以上跨度，自重轻
●钢筋混凝土
——轴向受压（无弯距、只要求材料的受压 性能好，可以很薄。相同截面高的拱与梁， 由于前者的曲面作用，跨度相差n倍）
——有横向侧推力
三铰拱
两铰拱
无铰拱
承受拱水平推力的处理手法
1 由拉杆承受水平推力——拉杆拱 优点：支撑拱的侧墙不承受拱的推力，简化了支座受力
状况 单跨、多跨、高低跨；布局灵活，外形轻巧
30m...... 高跨比h/l=0.75
适用范围：体育馆、礼堂、食堂、菜场等 民用建筑。
刚架结构的形式： 三铰刚架——刚度稍差，跨度较小 两铰刚架——刚度大，跨度较大，不均匀沉降
时产生附加内力。 无铰刚架——刚度大，跨度较大，不均匀沉降
时产生附加内力。
钢架之间以纵梁及板整体连接（相当于肋形屋盖，钢架 相当于主梁）
——网架结构的造型要素
网架支撑方 式与建筑造 型
拱形网架支 撑在两排列 柱上
大跨度建筑构造案例
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悬索结构
1日本代代木体育馆 2慕尼黑奥林匹克体育馆
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1
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2
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受力特点：索网只承受轴向拉力，无弯矩无剪力
优点：节省材料，减轻自重、建筑造型丰富、跨越 巨大空间不需中间支点、施工快捷
缺点：强风吸引下易丧失稳定性而破坏
适用范围：覆盖体育馆、大会堂、展览馆等建筑屋 顶
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薄壳结构
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组合网架结构 管桁结构
预应力网格结构 张弦梁结构
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缺点：刚度差
适用范围：体育馆。影剧院。展览馆、食堂、菜场、 商场等
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网架结构
1上海体育馆 2佛山岭南明珠体育馆
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2
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受力特点：有多根杆以一定规律通过节点组成的结 构
优点：整体性强、利于抗震、节省材料、结构高度 小有效利用空间、便于生产、形式多样
缺点：支座条件复杂
使用范围：大跨度公共建筑屋顶
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刚架结构
1斯特拉斯堡停车场 2展览厅门宫
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6
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受力特点：梁柱刚性节点，外力作用下结构合理 优点：轻巧美观，跨度大，制作方便 缺点：刚度较差 适用范围：体育馆、礼堂、食堂、菜场等
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膜结构
1上海八万人体育馆 2水立方
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1
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受力特点：空气压力支承膜面、或柔性钢索或刚性 骨架网索将膜材绷紧
大跨度建筑构造案例
大跨度建筑构造(史上最全面)详解
大跨度建筑构造
本章内容 主要的大跨结构类型及造型特点 屋顶的构造处理要点 天窗设计要点
学习重点
各类型大跨结构的基本力学原理和特征
建筑造型与结构的有机结合。 尺度的概念 屋顶构造及天窗
大跨度结构的跨度没有统一的衡量标准，国 家标准《钢结构设计规范》、《网架结构设 计与施工规程》将60m以上定义为大跨度结 构，计算和构造均有特殊规定。我国目前最 大跨度做到340m，以钢索和膜材做成的索膜 结构最大已做到320m。
如何选择结构形式
——造型 ——空间利用的合理性 ——对内部装饰的影响
万神庙
穹顶直径达43.3米。顶 端高度也是43.3米。它中央 开一个直径8.9米的圆洞。结 构为混凝土浇筑，为了减轻 自重，厚墙上开有壁龛，龛 上有暗券承重，龛内置放神 像。神像外部造形简洁，内 部空间在圆形洞口射入的光 线映影之下宠伟壮观，富有 神秘感。
大跨度建筑构造----概论
界定：30M以上 我国现行钢结构规：60M 以上 历史
——万神庙 ——美国· 底特律· 韦恩县体育馆 （Wayne County stadium ） （266m，圆形钢网壳） ——上海体育馆 （110m，圆形钢平板网架） ——英国千年穹 （365m，帐篷结构）
二、刚架结构及其造型
结构类型
——无铰刚架、两铰刚架、三铰刚架
二、刚架结构及其造型
三、桁架结构及其造型
特点 结构类型 造型
桁架由以铰接三角形为单元
(空腹桁架是刚接四边形)、不承受垂直于杆轴的荷
载的杆件组成的格构体系
空腹桁架:桁架通常由上下弦杆和腹杆组成，普通桁架（称之为实腹桁架）的腹
第3章+大跨度建筑构造
2、细部构造：
（1）承重结构
2、细部构造：
（2）玻璃的安装
2、细部构造：
（2）玻璃的安装
如用采光罩时，直接将采 光罩安装在承重结构上。
采光罩
固定型 通风型 开起型
2、细部构造：
（3）排水处理： A、当天窗面积较小时，可直接排至旁边的屋面； B、当天窗面积较大或不便排至旁边屋面时，可设天沟。 天沟的设法：a、单独构件；b 、与井字梁等结构构件结合设置。
气承式（气撑式） 气囊式（气肋式） 张拉式（索膜结构） 骨架式
2） 膜材料
织物基材：玻璃纤维、聚酯纤维 涂层：聚四氟乙烯、硅酮、聚氯乙烯
体育场张拉膜结构顶盖
可以想象把索网结构的索细化加密，直 到交织成一张薄膜
张拉膜结构的连廊
张拉膜结构的展示空间
某体育场由半透明的充气膜结构覆盖，可根据不同球队的比赛改变外观的颜色
彩板大多直接支承于檩条（槽钢、工字钢或轻钢）上。 檩条间距：一般为1.5～3.0m。 屋面板的坡度：金属板屋面≥ 5%；卷材屋面≥ 3%；
（2）、接缝构造：
A、纵向连接：
≥
构造要点:
①纵向搭接应位于檩条 处，且每块板伸入支座 长度≥50mm,故搭接处改 用双檩或檩条一侧加焊 通长角钢； ②纵向搭接长度： 坡度≥10%：200mm； 坡度＜10%：250mm； ③搭接部位设密封胶带。
（防水涂料的抗拉强度和延伸率大时采用）
（1）基层处理：同前 （2）防水层：分做两层涂刮 （3）保护层：同前
3、细部构造：
3.2.4 金属瓦屋面
材料：镀锌钢板、铝合金等
构造层次：
（可加铺一层防水卷材）
檩条
木屋面板
金属瓦（防腐处理）
建筑构造——大跨度建筑ppt课件
2 网架结构应用
对于单层工业厂房,网架结构以其大柱网、大跨度以 及屋盖可悬挂设备的特点最能适应当代工业不同生产工艺 与使用的要求。
自从上世纪80 年代以来,网架开始推广应用在工业厂 房中,其数量和面积逐年递增,1991 年长春第一汽车厂的轿 车总装车间,平面尺寸为189m×420m、柱网12m ×21m,面积近8 万m2 。2006 年广东肇庆亚洲铝材工业 园型材挤压车间( 226m ×1 180m) ,面积达22 万m2 ,最 大跨度为52m,柱距16m,网架下弦分别设有3～10t 悬挂吊 车。由于工业厂房面积大、数量多,在中国的网架生产中 占有举足轻重的地位,这也是网架产量经久不衰的重要原 因。
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2 网架结构
第二次世界大战之后,在德国、英国流行了一种以钢 杆件组成的平板型网架结构。中国自上世纪60 年代初期 开始发展网架结构,并首先用于上海师范学院球类房(平面 尺寸为30.1m×40.5m)工程上。网架结构突破性的进展则 始于1968 年建成的首都体育馆,这是新中国成立以后规模 最大的公共建筑,在平面尺寸为99m×112m的屋盖上首次 采用了正交斜放平面桁架系网架。
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3 网壳结构
网壳结构早期在中国一直没有得到发展,仅有一些个 别的工程实例。例如直径60m左右的肋环斜杆型(国外称 斯威德勒穹顶) 球面网壳曾在郑州、烟台等地的体育馆屋 盖上采用。圆柱面网壳曾用在同济大学学生食堂(跨度 40m) 和乌鲁木齐机场飞机库,网壳由钢筋混凝土“网片” 组成。直到上世纪80 年代后期,网壳才开始迅速发展,这主 要是由于生产条件类似的网架制作与安装在中国已趋于成 熟所致。
初期的网架还沿用了钢桁架的做法,杆件大多采用型 钢并以螺栓连接,其后的上海体育中心万人体育馆改用网 架专用的圆钢管杆件和焊接空心球节点,这个圆形的体育 馆覆盖以净跨110m、总直径125m 的三向网架。其施工 采用了地面拼装整体吊装的新工艺。
大跨度建筑屋盖结构
广泛用于工业厂房和体育馆等
第二节 门式刚架的类型与构造
类型
1.从连接方式分：无铰刚架、两铰刚架、三铰刚架
无铰刚架：超静定刚架，结构刚度大，但地基有不均匀 沉降时，将使结构产生附加内应力
有铰刚架：静定刚架，地基有不均匀沉降时，对结构不 会产生附加内应力，但跨度大时，刚度较差，一般用于 小跨度（12m）和基础较差的情况
矢高f=1/2时，拱轴形式为半圆，水平推力为０， 受力合理，但大跨度时显得高耸，很少用于建 筑物盖
第四节 拱结构的建筑实例
湖南一散装盐库
风雨操场
室内采光效果
农贸市场
飞机库
第五章 网架结构
第一节 网架结构的特点、优点与适用范 围
第二节 网架结构的分类 第三节 平板网架的结构形式 第四节 平板网架的主要尺寸 第五节 平板网架的受力特点 第六节 网架的支承方式
第一节 网架结构的特点、优点与适用范围
特点：平面桁架相互交叉结合而成 优点： 1多向受力的空间结构，跨度大 2刚度大，稳定性好 3杆件主要承受轴向力，能充分发挥 材料的强度 4高次超静定，安全度高 5结构高度小，不仅可以有效地利用建筑空间，
而且能够利用较小的杆件建造大跨度结构 6杆件类型划一，适用于工业化生产、地面拼装
第二节 桁架的外形与内力的关系
第二节 桁架的外形与内力的关系
屋架的类型
一、木屋架 特点：节间大小均匀， 杆件内力不致突变太大 适宜跨度：９～２１米 最经济跨度：９～１５米 节间长度：1.5~2.5m 节间数目：
二、钢屋架 特点：小桁架的组合， 杆件长度较短 下眩受拉 适用跨度：３６米以上
f1517l矢高f12时拱轴形式为半圆水平推力为0受力合理但大跨度时显得高耸很少用于建湖南一散装盐库风雨操场室内采光效果农贸市场飞机库第五章网架结构第六节网架的支承方式第一节网架结构的特点优点与适用范围5结构高度小不仅可以有效地利用建筑空间而且能够利用较小的杆件建造大跨度结构6杆件类型划一适用于工业化生产地面拼装的整体吊装适用范围
常用大跨度结构
大跨度建筑构造--屋顶构造
彩色压型钢板屋面
——材料形式
大跨度建筑构造--屋顶构造
彩色压型钢板屋面
——材料形式
大跨度建筑构造--屋顶构造
彩色压型钢板屋面——构造层次与细部构造： 波高以35mm为界，纵向接缝搭接长度不小于100mm
彩色压型钢板屋面
大跨度建筑构造--中庭天窗构造
四、网架结构及其造型
四、网架结构及其造型
四、网架结构及其造型
四、网架结构及其造型
四、网架结构及其造型
Palacio de los Deportes, /wiki/Venues_of_the_1968_Summer_Olympics
四、网架结构及其造型
——设置排水槽，排水槽要保证必要的排水坡度，排水路径不能过长
3. 天窗应有良好的防水性能
——足够的排水坡度、排水路线短捷畅通、接缝严密
4. 防止眩光对室内的影响
——采用具有漫反射性能的透光材料、加设折光构件
大跨度建筑构造--屋顶构造
金属瓦屋面
——构造层次：檩条、木望板、干铺油毡（一层）、瓦材（防腐处理） ——屋面划分：瓦材尺寸不宜超过2m ——细部构造：拼缝、泛水、天沟、檐口等
大跨度建筑构造--屋顶构造
金属瓦屋面拼缝构造
金 属 瓦 屋 面 构 造 实 例
金 属 瓦 屋 面 构 造 实 例
五、折板结构及其造型
特点
L1/L2≤1 L1/L2≥1 短折板 长折板 L2：波长（不宜大于12m）， L1：跨度
f长折板=（1/10~1/15）L1，f短折板≥（1/8）L1
——薄、省材；预制装配（装配整体式）；构造简单
五、折板结构及其造型
大跨度空间结构建筑构造概述
筑
材
当 代
料
建
筑 设
与
计 语
构
汇 解 析
造
1
第四章 大跨度空间结构建筑构造概述
第四章 大跨度空间结构建筑构造概述
第二节大跨度建筑的结构形式与建筑造型
六.折板结构及其建筑造型
折板是以一定倾斜度整体连接的一种 薄板体系，一般采用钢筋混凝土或钢 丝网水泥建造。 （一）受力特点、优缺点和适用范围 1. 受力特点
第四章 大跨度空间结构建筑构造概述
第二节大跨度建筑的结构形式与建筑造型
八.悬索结构及其建筑造型 （二）悬索结构的形式
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第四章 大跨度空间结构建筑构造概述
第四章 大跨度空间结构建筑构造概述
第二节大跨度建筑的结构形式与建筑造型
八.悬索结构及其建筑造型 （二）悬索结构的形式
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第四章 大跨度空间结构建筑构造概述
第四章 大跨度空间结构建筑构造概述
第二节大跨度建筑的结构形式与建筑造型
九 .张拉膜结构及其建筑造型 张拉膜结构是利用骨架、索网将各种
现代薄膜材料绷紧形成建筑空间的一种结 构。
作为新的建筑形式于本世纪五十年代 在国际上开始出现，至今已有四十多年的 历史，特别是到了七十年代以后，膜结构 的应用得到了迅速发展。膜结构重量只是 传统建筑的三十分之一,造型自由轻巧、 制作简易、安装快捷，阳光的照射下，由 膜覆盖的建筑物内部充满自然漫射光，无 强反差的着光面与阴影的区分，室内的空 间视觉环境开阔和谐 。因而使它在世界 各地受到广泛应用。
4. 双曲抛物面壳 双曲抛物面壳是马鞍形薄壳
结构，由壳面和边缘构件组成。 从双曲抛物面壳上取一部分进 行组合，则可以形成各种形式 的扭壳结构。
11
大跨建筑类型分析
上海体育馆通称万人体育馆
5.折板结构及其建筑造型 折板结构及其建筑造型
折板结构是以一定倾 斜角度整体相连的一 种薄板体系。折板结 构通常用钢筋混凝土 建造，也可用钢丝网 水泥建造。
衡阳火车站折板仓库
6.薄壳结构及其建筑造型 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 式构成的薄板结构，呈空间受力状态，主要承 受曲向内的轴内力，而弯矩和扭矩很小，所以 混凝土强度能得到充分利用。由于是空间结构， 强度和刚度都非常好。薄壳厚度仅为其跨度的 几百分之一。而一般的平板结构厚度至少是跨 度的几十分之一。所以薄壳结构具有自重轻、 省材料、跨度大、外形多样的优点，可用来覆 盖各种平面形状的建筑物屋顶。
美国华盛顿杜勒斯国际机场候机楼
8.张拉薄膜结构及其建筑造型 张拉薄膜结构及其建筑造型
薄膜结构也称为织物结构，是20世纪中叶发展 起来的一种新型大跨度空间结构形式。它以性 能优良的柔软织物为材料，由膜内空气压力支 承膜面，或利用柔性钢索或刚性支承结构使膜 产生一定的预张力，从而形成具有一定刚度、 能够覆盖大空间的结构体系。 主要有空气支承膜结构；张拉式膜结构； 骨架支承膜结构等形式。 自重轻、跨度大；建筑造型自由丰富；施工方 便；具有良好的经济性和较高的安全性；透光 性和自结性好；耐久性较差。
椼架是由杆件组成的 一种格构式结构体系。 杆件与杆件的结合假 定为铰结，所以在外 力作用下杆件内力为 轴向力（拉力或压 力），而且分布均匀， 故椼架结构比梁结构 受力合理。
国家体育场（鸟巢）
4.网架结构及其建筑造型 网架结构及其建筑造型
网架是一种由很多杆件以一定规律组成的网状 结构。它具有下列优点： 杆件之间互相起支撑作用，形成多向受力的空 间结构，故其整体性强、稳定性好、空间刚度 大，有利于抗震； 当荷载作用于网架各节点上时，杆件主要承受 轴向力，故能充分发挥材料的强度，节省材料； 网架结构高度小，可以有效的利用空间；结构 的杆件规格统一，有利于工厂化生产；网架形 式多样，可创造丰富多彩的建筑形式。
大跨结构应用实例
大跨结构应用实例1、广州国际会议展览中心广州国际会议展览中心位于广州市海珠区琶洲岛，是广州市重点建设项目，首期工程用地面积48.9万m2，总建筑面积39.6万m2，共有16个面积1万m2左右的展厅，10700个标准展位，是目前世界上单体建筑面积最大的展览建筑(图4—12～图4—15)。
广州国际会议展览中心主要部分为3层建筑，包夹层共有7层。
架空层主要用作车库、展厅和设备用房，首层和四层为展厅，二层为连接各个入口和各个展厅的人行通道，三、五、六层为办公及设备用房。
首层的中部和四层的南部各有一条贯通东西的卡车通道，东西两侧各有一条从首层通向四层的卡车坡道，运送展品的集装箱车可直达各个展厅。
其技术特点如下：(1)成功解决了超长混凝土结构不设温度缝的难题广州国际会议展览中心楼盖分为10个独立的单元，按建筑要求每个单元不可设缝，其长度和宽度都超过了规范关于温度区间长度的限值，最大单元的面积达90m×163.5m。
为解决这个问题采用平面应力计算方法和有限元三维计算方法对楼盖的应力进行了仔细的分析，通过设置后浇带来减少前期温度应力的影响，通过设置预应力梁和在温度应力较大的区域增加配筋的方法来控制和抵抗温度应力。
这一做法获得成功，2002年12月建成投入使用至今，主体结构未发现肉眼可见的裂缝。
(2)巧用预应力技术，降低大柱网重荷载的混凝土楼盖的造价广州国际会议展览中心四层展厅楼面荷载重达15kN/m2，柱网为30m×30m，整个展厅的平面尺寸达86m×126.6m。
该层综合采用了有粘结预应力梁(大跨度框架主梁)、无粘结预应力梁(一级次梁)及在梁中加直线预应力筋(二级次梁及其他需要部位)等多种预应力方式。
通过精心设计预应力和非预应力钢筋的比例及预应力张拉控制值，使有效预应力的分布尽量接近理想预应力分布，因而各种材料的性能得到充分的利用，达到了既安全又经济的目的，比外方提出的设计方案节省混凝土32912m3，节省预应力钢筋2100t，降低造价约3900万元(还未包括节省的普通钢筋的造价)。
试析大跨度的建筑结构特点与建筑造型
试析大跨度的建筑结构特点与建筑造型摘要：随着经济的告诉发展，机构表现也变的多样化，本文在这样的背景下阐述了大跨度建筑结构的特点，已及进一步阐述了大跨度建筑结构表现的内在要求，在建筑行业之中，大跨度建筑的发展越来越重要。
它被广泛的运用到民用建筑与工业建筑中关键词：大跨度;建筑结构;结构特点与造型一、引言结构表现不仅能将设计手法转化为真实的建筑，还能够进行具有艺术性的结构形态的创造。
所以，结构表现实际上是贯穿于建筑设计的整个过程的。
而从建构的角度来说，建筑的艺术性和技术性是要保持融合的。
所以，尽管利用计算机能够进行任何结构体系的分析，却无法完成对建筑的结构表现的分析，进而不利于设计者进行建筑的创作。
因此，本文从建构角度，对当前流行的大跨度建筑的结构表现问题进行了讨论。
二、大跨度建筑结构的类型及特点根据建筑的不同需求。
大跨度建筑结构有所不同，目前主要运用网架结构、壳体结构、膜结构、悬索结构这四种，下面我们来分别了解一下它们的特点：2.1网架结构网架结构是一种新型的大跨度建筑结构。
它可以用多种建筑材料进行构建，包括木材、钢材、混凝土等。
网架结构不仅刚度很大、不易变形，而且各方面的承载力较均匀、自重也非常轻，正是因为网架结构有着许多优点。
使得它的形式具有多样性，用起来也相当灵活，适用的形式较多。
可以满足建筑大空间的需求，被广泛的与用到公共建筑和工业建筑中。
对于大跨度建筑来说。
其网架结构要满足它的承重能力。
要具备合理的承重系统。
在承受荷载方面要有合理的分工，明确不承受荷载的空间，将它们与承重系统分开进行设计。
在网架结构之中。
在进行室内空间进行划分时，主要依据空间的功能性，对空间形式不做具体要求，可封闭亦可开放。
对于网架结构来说。
它又可以分为单层平面网架、单层曲面网架、空间平板网架等结构形式，对于这几种主要的结构形式来做简单的介绍：①单层平面网架。
这种网架结构是由正方形的网格构成的，其放置方式比较灵活，即可正放亦可斜放，适用于一些方形的大型平面建筑。
大跨度建筑构造
大跨度建筑构造一、大跨度建筑结构型式与建筑造型结构是房屋的骨架，是形成建筑内部空间和外部形式的物质基础，结构是在特定的材料和施工技术条件下运用力学原理创造出来的。
某种新的结构一旦产生并在工程实践中反复出现时，便会逐渐形成一种崭新的建筑形式。
可见结构技术是影响建筑的重要因素，在大跨度建筑中尤其如此。
通过上述例子说明，在建筑设计中，选择结构型式不仅是结构工程师的工作，也是建筑师的职责，现代建筑的特点是建筑艺术与建筑技术的高度统一。
建筑师只有对各种结构形式的基本力学特征和适用范围有深入的了解才能自由地进行创作，把结构型式与建筑造型融为一体。
现就大跨度建筑常见的各种结构型式及其建筑造型作介绍。
（一）拱结构及其建筑造型1、拱的受力特点、优缺点和适用范围拱是古代大跨度建筑的主要结构型式。
由于拱呈曲面形状，在外力作用下，拱内的变矩值可以降低到最小限度，主要内力变为轴向压力，且应力分布均匀，能充分利用材料的强度，比同样跨度的梁结构断面小，故拱能跨越较大的空间。
但是拱结构在承受荷载后将产生横向推力，为了保持结构的稳定性，必须设置宽厚坚固的拱脚支座抵抗横推力。
常见的方式是在拱的两侧作两道厚墙来支承拱，墙厚随拱跨增大而加厚。
很明显，这会使建筑的平面空间组合受到约束。
拱的内力主要是轴向压力，结构材料应选用抗压性能好的材料。
古代建筑的拱主要采用砖石材料，近代建筑中，多采用钢筋混凝土拱，有的采用钢桁架拱，跨度可达百米以上。
拱结构所形成的巨大空间常常用来建筑商场、展览馆、体育馆、散装货仓等建筑。
2、拱的型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、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。
拱的矢高对建筑的外部轮廓形象影响最大。
矢高小的拱，外形起伏变化小，呈扁平状，结构占用的空间小，但水平推力和拱身轴力都偏大。
而矢高大的拱，外形起伏变化强烈，产生的水平推力和轴向力都较小，但拱身材料耗费量多，拱下形成的内部空间大，拱曲面坡度很陡，当采用油毡屋面时，容易出现沥青流淌和油毡滑移现象。
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大跨度建筑结构形式与建筑造型
实例分析
建筑物的跨度和规模越来越大，目前，尺度达150m以上的超大规模建筑已非个别；结构形式丰富多彩，采用了许多新材料和新技术，发展了许多新的空间结构形式。
大跨度建筑通常是指跨度在30米以上的建筑，主要用于民用建筑的影剧院、体育场、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。
拱是古代大跨度建筑的主要结构形式。
由于拱成曲面形状，在外力作用下，拱内的弯矩可以降到最小限度，主要内力变为轴向压力，且应力分布均匀，能充分利用材料的强度，比同样跨度的梁结构断面小，故拱能跨越较大的空间。
但是拱结构在承受荷载后将产生横向推力，为了保持结构的稳定
性，必须设置宽厚坚固的拱脚支座抵抗横推力。
常见方式是在拱的两侧作两道厚墙来支承拱，墙厚随拱跨增大而加厚。
很明显，这会使建筑的平面空间组合受到约束。
拱的内力主要是轴向压力，结构材料应选用抗压性能好的材料。
古代建筑的拱主要采用砖石材料，近代建筑中，多采用钢筋混凝土拱，有的采用钢衍架拱，跨度可达百米以上。
拱结构所形成的巨大空间常常用来建造商场、展览馆、体育馆、散装货仓等建筑。
刚架是横梁和柱以整体连接方式构成的一种门形结构。
由于梁和柱是刚性结点，在竖向荷载作用下柱对梁有约束作用，因而能减少梁的跨中弯矩。
同样，在水平荷载作用下，梁对柱也有约束作用，能减少柱内的弯矩。
刚架结构比屋架和柱组成的排架结构轻巧，可以节省钢材和水泥。
由于大多数刚架的横梁是向上倾斜的，不但受力合理，且
结构下部的空间增大，对某些要求高大空间的建筑特别有利。
同时，倾斜的横梁使建筑的屋顶形成折线形，建筑外轮廓富于变化。
由于刚架结构受力合理，轻巧美观，能跨越较大的跨度，制作又很方便，因而应用非常广泛。
一般用于体育馆、礼堂、食堂、菜场等大空间的民用建筑，也可用于工业建筑，但刚架结构的刚度较差，当吊车起重量超过100KN时不宜采用。
椼架是由杆件组成的一种格构式结构体系。
杆件与杆件的结合假定为铰结，所以在外力作用下杆件内力为轴向力（拉力或压力），而且分布均匀，故椼架结构比梁结构受力合理。
椼架的杆件内力是轴向力，而梁的内力主要是弯矩，且分布不均匀，梁的断面大小常以最大弯矩处的断面尺寸为整个梁的断面大小，因此梁的材料强度未得到充分利用。
椼架内力分布均匀，材料强度能充分利用，减少材料耗量和结构自重，使结构跨度增大。
所以椼架结构式大跨度建筑常用的一种结构形式，主要用于体育馆、影剧院、展览馆、食堂、菜场、商场等公共建筑。
为了使椼架的规格统一，有利于工业化施工，建筑的平面形式宜采用矩形或方形。
网架是一种由很多杆件以一定规律组成的网状结构。
它具有下列优点：
杆件之间互相起支撑作用，形成多向受力的空间结构，故其整体性强、稳定性好、空间刚度大，有利于抗震；
当荷载作用于网架各节点上时，杆件主要承受轴向力，故能充分
发挥材料的强度，节省材料；网架结构高度小，可以有效的利用空间；结构的杆件规格统一，有利于工厂化生产；网架形式多样，可创造丰富多彩的建筑形式。
网架结构主要用来建造大跨度公共建筑的屋顶，适用于多种平面形状，如圆形、方形、三角形、多边形等各种平面建筑。
折板结构是以一定倾斜角度整体相连的一种薄板体系。
折板结构通常用钢筋混凝土建造，也可用钢丝网水泥建造。
经济跨度9-4M。
折板结构由折板和横隔构件组成，在波长方向，折板犹如一块折叠起伏的钢筋混凝土连续板，折板如同一钢筋混凝土梁，其强度随折板的矢高（f）而增加。
横隔构件的作用是将折板在支座处牢固地结合在一起，如果没有它，折板会坍塌而破坏。
横隔构件可根据建筑造型需要来设计，如钢筋混凝土横隔板、横隔梁等。
折板的波长不宜太大，否则板太厚，不经济，一般不应大于12M。
跨度与波长之比大于等于1时成为长折板，小于1时成为短折板。
为了获得良好的力学性能，长折板的矢高不宜小于跨度的1∕15-1∕10，短折板的矢高则不宜小于波长的1∕8.
折板结构呈空间受力状态，具有良好的力学性能，结构厚度薄，省材料，可预置装配，省模板，构造简单。
折板结构可用来建造大跨度屋顶，也可用作外墙。
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板结
构，呈空间受力状态，主要承受曲向内的轴内力，而弯矩和扭矩很小，所以混凝土强度能得到充分利用。
由于是空间结构，强度和刚度都非常好。
薄壳厚度仅为其跨度的几百分之一。
而一般的平板结构厚度至少是跨度的几十分之一。
所以薄壳结构具有自重轻、省材料、跨度大、外形多样的优点，可用来覆盖各种平面形状的建筑物屋顶。
但大多数薄壳结构的形体较复杂，多采用现浇施工，费工、费时、费模板，且结构计算较复杂，不宜承受集中荷载，这些缺点在一定程度上影响了它的推广作用。
国家大剧院
国家大剧院壳体采用大跨度钢结构，内部是传统的钢筋混凝土结构，由北京市建筑设计研究院承担结构计算，中国建筑设计研究院进行复核。
在北京市建筑质量协会评选结构“长城杯”时，专家评审委员会对大剧院的钢筋混凝土结构和壳体钢结构分阶段给出了最高标准。
这也是北京地区唯一获得最高标准的壳体钢结构工程。
姜维说：“国家大剧院的结构设计比较复杂，不是规矩的剪力墙结构或框架结构，而是柱子托着墙，墙架着梁，梁上又有墙。
数学模型无法完全套用计算机程序。
纽约TWA环球航空公司候机楼
候机楼位于纽约的约翰·肯尼迪机场，是1956年委托设计，1962年竣工的。
建筑外形象展翅的大鸟，动势很强；屋顶由四块浇钢筋混凝土壳体组合而成，几片壳体只在几个点相连，空隙处布置天窗，楼内的空间富于变化。
这是一个凭借现代技术把建筑同雕塑结合起来的作品。
它极具表现力的混凝土外部造型和高大的内部空间使公众产生丰富的想象，也使它成为极富魅力的建筑之一。
由于长期使用，建筑已陷入反复修缮的状态，已失去了作为一个现代新建筑的典范而具有的雄伟。
代代木体育场
代代木体育馆是日本建筑大师丹下健三设计的60年代的技术进步的象征，它脱离了传统的结构和造型，被誉为划时代的作品。
代代木国立室内综合体育馆的整体构成、内部空间以及结构形式，展示出丹下健三杰出的创造力、想象力和对日本文化的独到理解。
采用高张力缆索为主体的悬索屋顶结构，创造出带有紧张感、力动感的大型内部空间。
特异的外部形状加之装饰性的表现，似乎可以追溯到作为日本古代原型的神社形式和竖穴式住居，具有原始的想象力。
这可以说是丹下健三结构表现主义时期的顶峰之作，最大限度地发挥出材料、功能、结构、比例，直至历史观高度统一的杰出才能。
该建筑是丹下健三，也是日本现代建筑发展的一个顶点，日本现代建筑甚至以此作品为界，划分为之前与之后两个历史时期。
该体育馆包括一座游泳馆和一座球类馆，1964年落成，是为1964年东京奥运会而建的。
两座会馆建筑都采用悬索结构，游泳馆的平面如两个错置的新月型，球类馆平面如蜗牛形。
代代木体育馆采用新型结构，然而又被认为具有日本独特的造型风格，因而受到广泛赞誉
“双折板”摩天楼
萨拉热窝这座“双折板”（diptych）形状的摩天楼位于萨拉热窝的Marijin Dvor区．这是一个行政和商业区，建有高层建筑、议会建筑和其他一些重要的行政楼．
大厦用两个四角形结构组成，垂直的核心部分连接在一起，无论是垂直方向还是水平方向都有各种灵活设置的空间。
高100米的优雅
楼体充满了多样性和独特性，细长的身躯上有各种开放的孔洞可以看到Miljacka河岸。
建筑的正面反映出临近地形的体系和逻辑。
大厦的存在将分散于此的住房和周围的山峦联系在一起，组成了开放和封闭空间的独特模式，构成了极具动感的图画．
这座大厦的目标是为萨拉热窝市中心树立一个热点，一个振兴萨拉热窝城市生活的旗舰项目，并为该地区未来的项目设定标准．
在设计时尊重了附近的议会建筑，提供了行政和公共空间之间的路径。
大厦将成为沿着Miljacka河岸到历史城区Bascarsija的起点，也是文化、娱乐和购物的主要目的地。