建筑结构选型-I

结构体系的组成原理

视建筑为空间结构
结构体系的组成原理
水平矩形薄环承受竖向荷载
结构体系的组成原理
水平荷载作用于矩形空间结构
结构体系的组成原理
竖向和水平方向相互作用实现抗剪与抗弯
结构体系的组成原理
竖 向分 体系 的相 对抗 弯有 效性 决定 抗倾 覆力
结构体系的组成原理
水平分体系增加了竖向分体系的局部刚度

结构概念设计及实例


结构概念设计的思维方式： （1）注重横向思维； （2）理论分析与综合考察相结合； （3）注重相对比较，追求相对“好、快、省”； （4）追求改革、更新与创造 结构概念设计必须处理好与建筑师的关系 合作 结合 融合 统一
My final aim alLeabharlann Baiduays been for the functional, structural and aesthetic aspects of a project to present an integrated whole,both in essence and appearance
第一章 绪论

建筑物的功能要求 建筑结构材料性能对结构选型的影响 施工技术水平对建筑结构型式的影响 结构计算手段的提升和设计理论的发展
建筑物的功能要求

使用空间的要求
• 根据建筑物客观空间环境的要求确定 • 建筑结构覆盖的空间： 使用空间+ 非使用空间（包括结构体系所占） 目的：结构所覆盖的空间和建筑物 的使用空间尽量接近 • 提高空间使用效率 • 节省围护结构的初始投资费用 • 减少照明、采暖费用 • 节省维修费用
结构概念设计及实例
从建筑方面 分析：
现在，艾菲尔 铁塔已成为巴 黎和法国的象 征。每年六百 多万旅游者登 塔观光，旅游 收入十分可观。 可见一栋优秀 的建筑在社会、 政治、经济和 文化中所起的 重大作用
结构概念设计及实例
从结构方面分析：斜框架轻易地跨越了大跨度，车流人流在塔
下畅通无阻，更显铁塔的雄伟壮观。艾菲尔铁塔可谓建筑结构 的完美统一。
纵横墙承重体系
采用现浇钢筋混凝土楼板 采用预制短向楼板 特点介于横向和纵向承重体系之间 多用于：教学楼、办公楼、医院等



内框架承重体系




竖向荷载由外部的砖墙和内部的框架共同承受→ 较大空间，不需要增加梁的跨度 易导致不均匀竖向变形，产生附加内力；因不同 材料，施工较不便 内部砖墙少→结构空间刚度较差→不利于抵抗水 平荷载 多用于工业、商业和文教用房
结构体系的组成单元及单元特性
按荷载作用方向分： 水平分体系（屋盖与楼盖） 整体结构 竖向分体系（柱、墙及框架）

水平分体系 由轴线或大尺寸方向为水平方向的构件 组成的体系。
结构体系的组成单元及基本单元特性 水平分体系的基本特征： 1）承受竖向荷载为主，将竖向荷载传递给竖向 分体系； 2）体系本身以受弯受剪为主； 3）水平方向起隔板作用，并为竖向分体系提供 侧向稳定。 4）水平分体系可有多种形式，但可以梁为其基 本单元。

美观功能要求
国防大学游泳馆网架工程
罗马小体育宫 （Palazzeto Dellospori of Rome，1957年）
建筑结构材料性能对结构选型的影响

选择能充分发挥材料性能的结构型式 合理选择结构材料（轻质高强，可塑性易加工）
• • • • 木结构 砖石结构：抗压强度高，抗弯、剪、拉强度低，脆性大 钢结构：抗拉强度高，自重轻，易失稳 钢筋混凝土结构：抗压、弯、剪强度高，脆性材料，自 重大
例：梁
平铺
板
格构化
网架
结构体系的组成单元及基本单元特性
梁的基本特性
结构体系的组成单元及基本单元特性
桁架的梁特性
结构体系的组成单元及基本单元特性

竖向分体系 以大尺寸方向为竖向方向的构件组成的分 体系。
竖向分体系的基本特征： 1）在竖向承受由水平分体系传来的荷载， 加上自重力传递给基础； 2）在水平方向，抵抗水平作用力。 3）竖向分体系可有多种形式，但可以柱 作为其基本单元。
1. 所选择的结构形式的剖面形式应与建筑物使用空 间的要求相适应
• 北京工人体育馆1961年建成，设计采用强梁弱柱的特点，体现了 前苏联的设计理念和规范，自建成后一直是北京地区举行大型活 动的重要场所。工程总建筑面积为40200平方米，地下一层地上 四层，整体形式为圆形，框架剪力墙结构，顶棚为悬索结构，此 次对体育馆进行全面改造后将作为2008年北京奥运会拳击比赛和 残奥会柔道比赛场馆。
竖向运输与 结构的关系
声音与结 构的关系
结构体系的整体化设计概念

结构 整体化假定 结构 可变的抽象块体
要求具有的基本性质： 1）足够的刚度，并将其固定在地面上； 2）有质量，质量必须由地面来支承； 3）必须可抵抗水平风力及地震力。
结构体系的整体化设计概念
建筑物与地基承载 力的关系
结构体系的整体化设计概念
结构概念设计及实例

实例1：原设计是1889年巴黎博览会临时的标志性
建筑，高320m，用钢9000t，它不仅满足了展览功能， 并且…，一直保留至今
结构概念设计及实例
悬 臂 梁 的 弯 矩 图
从力学方面分 析：
铁塔可看成是嵌 固在地上的悬臂 梁，对于高耸入 云的铁塔来说， 风荷载将是其主 要荷载，由于铁 塔的总体外形与 风荷引起的弯矩 图十分相似，因 此充分利用了塔 身材料的强度和 刚度，受力非常 合理；

结构概念设计的概念 建筑工程的概念设计是先于初步设 计，以功能优越、造型优美、技术先进的总 体方案为目标的设计阶段。这其中包含建筑 概念设计与结构概念设计两大部分，它们之 间相互影响、相互协调、相互结构合。 结构概念设计的前提：对地区规划和自然环 境、建筑意图和使用功能需要对以及建造条 件的深入理解。
新型复合材料： • 钢管混凝土：减轻自重，提高强度，有良好的塑性和韧 性 • 钢纤维混凝土：提高抗拉、抗弯强度，韧性和抗疲劳性
施工技术水平对建筑结构型式的影响

施工技术是实现先进结构型式的保障 结构选型要考虑实际施工条件
索穹顶
昆明理工大学小型索穹顶
结构计算手段的提升和设计理论的发展


复杂新型结构：方案比较，结构优化，静 动力分析 抗震设计理论：完善和发展
结构体系的整体化设计概念
央 视 新 大 楼
由中央电视台(CCTV)主楼、服务楼、电视文化中心(TVCC)及室外工程组成。其中主楼 高234米，地上52层、地下3层，设10层裙楼，建筑面积47万平方米。主楼的两座塔楼 双向内倾斜6度，在163米以上由“L”形悬臂结构连为一体，建筑外表面的玻璃幕墙(10 万平方米，共27400余块)由强烈的不规则几何图案组成。钢结构总用钢量高达12万吨， 混凝土总用量达33万立方米。
排架结构： 是由屋架(或屋面梁)、柱、基础等构件组成，柱与屋架铰 接，与基础刚接。此类结构能承担较大的荷载，在冶金和 机械工业厂房中应用广泛，其跨度可达30m，高度20～30m， 吊车吨位可达150t或150t以上。
结构体系的组成原理
在水平荷载作用下，空间结构整体性的基本要求 可概括为：
ⅰ 要求水平分体系承受水平荷载，并把荷载传至 竖向分体系，且保持其截面的几何形状。 ⅱ 要求竖向分体系将恒载及水平剪力传至基础。
ⅲ 竖向分体系必须联系在一起，以便获得最好的 抗弯和抗压屈能力。
结构体系的组成原理
建筑 物空 间筒 体可 以有 多种 形式
结构体系需要考虑的几个重要问题 结构体系上的总作用力 1 竖向作用力 梁 竖向荷载 板 屋架

柱 基础 地基
墙

结构体系需要考虑的几个重要问题 结构体系的承载力 总结构体系的刚度与变形
结构体系的组成原理

视建筑为一实体结构
竖 向 荷 载 在 实 体 结 构 中 的 传 递
结构体系的组成原理
第三章 砌体结构
砌 体 结 构 房 屋
优点： 就地取材，价格便宜 耐久性好，化学和大气稳定性好 施工简便 隔热保温性能好，节能 采用砌块和板材可加快施工进度
缺点： 强度低，自重大 施工繁重，条件差，多手工作业 抗拉、抗剪和抗弯强度低，整体性差，抗震能力 差
砌体结构常用材料 烧结砖：烧结普通砖，烧结多孔砖 非烧结砖：灰砂砖，粉煤灰砖，砌块
烧结普通砖
烧结多孔砖
灰砂砖
砌块 粉煤灰砖
配筋砌块砌体
砌体结构房屋的承重体系
纵墙承重体系
横墙承重体系
纵横墙承重体系
内框架承重体系
横墙承重体系
楼面荷载的传递途径：
板→纵墙→基础→地基
特点： 每一开间均设横墙（3-4.5m 间距），与内外纵墙拉 结，房屋整体性好 横墙承受大部分竖向荷载，纵墙起维护、隔断作用 结构布置简单、规则，施工简单方便，分项造价低 占地面积多，房屋布置灵活性差，墙体用材多 多用于开间较小的房屋：宿舍、招待所、住宅、办公 楼等
纵墙承重体系
楼面荷载的传递途径： 板→横墙→基础→地基 特点： 纵墙是主要的承重墙，横墙是为满足房屋空间刚度和整体性的 要求，上部空间可灵活布置 纵墙承受大部分竖向荷载，不能任意设门窗洞口，纵墙较厚或 要加壁柱 横向刚度较差，楼（屋）盖用料较多，而墙体用料较少 多用于要求较大空间或横断墙位置变化多的场合：食堂、会堂、 厂房、仓库、俱乐部、展览厅等
底部框架上部砖房结构


由两种承重体系和抗侧力体系组成：上部 砖墙承重，抗侧移刚度大；底部框架间距 大，抗侧移刚度小 上刚下柔结构，抗震不利
砌体结构静力计算方案

刚性方案：空间刚度好，屋盖作为纵墙上段的不 动铰支座，墙柱亦按上部为不动铰支座的竖向构 件计算。
弹性方案：空间刚度小，墙顶位移大，屋架和大 梁与墙（柱）为铰接，按不考虑空间作用的平面 排架或框架计算 刚弹性方案：受力介于刚性和弹性之间，屋架和 大梁与墙（柱）为铰接，按考虑空间作用的平面 排架或框架计算
水平 荷载 在实 体结 构中 的传 递
结构体系的组成原理
抗倾覆时实体结构中的传递
结构体系的组成原理
抗弯 要求 时实 体结 构的 截面 分布 与刚 度关 系
结构体系的组成原理
由此可见：只要由薄片组成的实体结构具有以下 三个基本性能时，实体结构就可以从概念上表 示一个整体建筑物：
(1)竖向荷载可以从一个薄片轴向传至另一个薄片， 并最终传至基础； (2)水平荷载可以通过薄片间的抗剪能力传至基础； (3)薄片间可以传递一对轴向拉、压的抗倾覆力偶。
结构体系的组成单元及基本单元特性
柱的连接特性 建筑物中 单个柱不能 构成结构体， 柱间的不同 连接方式决 定了柱体系 的整体性能
结构体系的组成单元及基本单元特性
柱密 排成 行即 构成 剪力 墙
结构体系的组成单元及基本单元特性
密 排 柱 围 成 闭 合 环 组 成 筒 结 构
结构概念设计及实例
•
结构概念设计及实例

结构概念设计的成果：确定结构总体方案（指 主要的承重体系）、相应的分结构体系以及它 们间的相互关系。

结构概念设计的手段：通过对力学概念、材料 性能、结构体系和建造技术的综合娴熟悉运用， 同时还要具备审美的眼光、工程意识和丰富的 实践经验。 结构概念设计的目的：在初步设计以前为工程 设想一个概念性的总体方案，使其摆脱设计作 品的一般化，使工程设计与施工“好、快、 省”。
2. 尽可能减小结构体系本身所占用的空间高度
• • • • 钢桁架：1/8~1/12 L（跨度） 平板网架：1/20~1/25 L 肋梁楼盖：1/12~1/14 L 密肋梁楼盖：1/19~1/22 L
北京革命军事博物馆（带拉杆落地拱）

建筑物的使用要求和结构的合理几何形体相结合
• 建筑物的声学条件和结构的合理体形 • 采光照明和结构的合理几何图形 • 排水和结构的合理几何图形


防止和减轻砌体结构墙体裂缝的主要措施

产生原因：
• 材料本身特性：脆性材料，抗拉强度低，强度 均匀性差（砖和砂浆） • 设计缺陷 • 施工工艺和质量 • 地基不均匀沉降 • 环境温度

预防和减少措施 P25-27
第四章 刚架结构
单层刚架——梁柱间刚性连接单层结构 单层排架——梁柱间铰接的单层结构 框架——多层多跨的刚架结构
• 场地 • 建筑平立面 • 技术、经济、合理 • 完善非结构构件 • 材料选择和施工质量
第二章 结构体系整体化概念及结构创新

结构体系的整体化设计概念
结构体系需要考虑的几个重要问题


结构体系的组成原理
结构体系的组成单元及基本单元特性 结构概念设计及实例
结构体系的整体化设计概念

结构与建筑及环境的整体化（外延性） 结构体系内部的整体化（本体性）