大跨度建筑的结构类型及造型
大跨度建筑结构形式与建筑造型实例分析
建筑构造作业——大跨度建筑结构形式与建筑造型实例分析大跨度建筑通常是指跨度在30m以上的建筑，我国现行钢结构规范则规定跨度60m以上结构为大跨度结构。
主要用于民用建筑的影剧院、体育场馆、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。
大跨度建筑在古代罗马已经出现，如公元120到124年建成的罗马万神庙，成圆形平面，穹顶直径达43.5m，用天然混凝土浇筑而成，是罗马穹顶技术的光辉典范。
罗马万神庙虽然大跨度建筑在古代罗马已经出现，但是大跨度建筑真正得到迅速发展还是在19世纪后半叶以后，特别是第二次世界大战后的最近几十年中。
大跨建筑迅速发展的原因一方面是由于社会发展使建筑功能越来越复杂，需要建造高大的建筑空间来满足群众集会、举办大型的文艺体育表演、举办盛大的各种博览会等；另一方面则是新材料、新结构、新技术的出现，促进了大跨度建筑的进步。
一是需要，二是可能，两者相辅相成，相互促进，缺一不可。
19世纪后半叶以来，钢结构和钢筋混凝土结构在建筑上的广泛应用，使大跨建筑有了很快的发展，特别是近几十年来新品种的钢材和水泥在强度方面有了很大的提高，各种轻质高强材料、新型化学材料、高效能防水材料、高效能绝热材料的出现为建造各种新型的大跨度结构和各种造型新颖的大跨度建筑创造了更有利的物质技术条件。
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，共有八种。
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。
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。
大跨度建筑屋顶
1.1大跨度建筑屋顶的结构类型与特点
1.大跨度钢结构、膜 结构、索结构、复合材料结构等。 按照结构的空间布置形式分类：平面结构和空间结构，平面结构包 括桁架结构、刚架结构、拱结构等，空间结构包括网架结构、壳体结 构、膜结构、悬索结构、气囊结构等。 按照力的改向以及传递的特有机制进行分类：形态作用结构体系 （包括悬索结构、帐篷结构、气囊结构、拱结构），向量作用结构体 系（包括平面桁架、刚架结构、空间桁架等），截面作用结构体系 （包括梁结构、框架结构、板结构等），面作用结构体系（包括折板 结构、薄壳结构等）。
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大跨度建筑屋顶
（3）拱结构
拱是受轴向压力为主的结构型式，此结构是抗压材料理想的型式。
分类：
按照铰的设置方式-------三铰拱、两铰拱和无铰拱， 按照截面形式--------等截面拱和变截面拱， 按照构件形式-------实心拱和格构拱， 按照结构材料-------混凝土拱、钢拱、砌体拱、木拱、胶合木拱等。 ➢拱的轴线形状越接近恒荷载条件下的理想压力曲线，就越能取得 经济的效果。 ➢拱结构所用材料有金属、钢筋混凝土、木、砖、石等。
优点——按其自身重量与跨度的比值而言，拱结构是跨越空间最
经济的结构体系之一。
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大跨度建筑屋顶
（4）网架结构
平板网架结构可以看做是格构化的板，结构所用材料一 般为钢材，也可用木材。 分类： 按网格组成-------交叉桁架体系、三角锥体系、四角锥体系、 六角锥网架、蛛网式网架、折板型网架、组合网架、斜拉网 架等。 按弦杆层数-------双层网架、三（多）层网架。 按网格构成方式-------交叉桁架体系、角锥体系、其它体系： 蛛网式网架，折板型网架、组合网架、斜拉网架等。 优点——网架结构平面形状灵活、结构自重轻、结构高度小、 耗材省、空间刚度大、稳定性强、抗震性能优越，且杆件与 节点比较规格化，利于工业化制作，安装方便。
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。
建筑大跨度结构案例分析
8.1膜结构：内蒙古达拉特旗第五中学 膜结构看台
8.2膜结构
9.1管桁结构：广州丫髻沙大桥主桥
大跨度桁架式钢管混凝土 拱桥的非线性稳定控制指 标，采用的竖转结构体系、 “变角度、变索力”的液 压同步提升技术和平转、 竖转相结合的施工控制技 术
9.2管桁结构：成灌快铁犀浦站
犀浦站采用高站台建 筑，为管桁结构加网 片结构，就是水立方 的建筑技术
1.2园拱屋顶结构：天津西站
金属编织状的屋面，跨度114米，施工人员先在空中10 米高架层上分组进行屋面拼接，然后再整体提升到50米， 即站房的主体结构 整个屋顶长度是386.15米，重量接近7万吨。 在拱顶拼接完后，采取液压千斤顶群提升，整 体提起来，再与两侧进行拼接，最终形成整个 的拱结构
2.1刚架结构
悉尼歌剧院
6.2:薄壳结构：黄石新体育馆
该体育馆造型 具有不规则、 多面、薄壳结 构的特点，是 全国第二座薄 壳结构设计建 筑——第一座 是广州歌剧院。 该体育馆的最 大跨度为111 米
6.3薄壳结构：广州歌剧院
广州歌剧院钢结构外壳采用 空间组合折板式三向斜交网 壳结构，钢结构总重约 10000吨，其中铸钢节点约 1100吨。整个结构为空间极 不规则壳体结构，结构相互 关系错综复杂，造型别具一 格，宛如置于平缓山丘上的 两块美丽的石头，静静地卧 在珠江之畔。其中，“大石 头”是1800座的大剧场及其 配套的设备用房、剧务用房、 演出用房、行政用房、录音 棚和艺术展览厅；“小石头” 则是400座的多功能剧场及配 套餐厅。两者皆为屋盖、幕 墙一体化的结构，整体外壳 最大长度约120米，高度43 米。
2.2门式刚架结构
• 门式刚架是目前国内应用 最为广泛的轻型钢结构。 近年来本公司研究人员结 合工程设计对门式刚架结 构受力性能、结构体系布 置、节点变形性能、吊车 梁优化设计和结构抗震性 能等进行了系统研究，部 分研究成果已为国家相关 规范所采用。本公司开发 的杆系结构分析设计软件 BSSAP含有门式刚架结构设 计模块，已成功用于百余 项门式刚架结构工程设计。 本公司受施工单位委托完 成的数十项门式刚架结构 工程优化设计，优化后经 济效益均十分显著，既为 建设商节约了大笔资金， 也为施工单位赢得了利润 空间
常见的大跨度结构形式
常见大跨度的结构形式我国规范：跨度60m以上为大跨度。
类型：多为公建，人流集中，规模大，占地面积大。
例如影剧院、体育场馆、展览馆、大会堂、航空港；工业建筑：飞机装配车间、飞机库等。
1、拱结构；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。
是一种古老的方法适合脆性材料、石材、砖材、混凝土等关键是侧推力平衡问题2、钢架结构；1、材料强度高，自身重量轻;2、钢材韧性，塑性好，材质均匀，结构可靠性高;3、钢结构制造安装机械化程度高;4、钢结构密封性能好;5、钢结构耐热不耐火;6、钢结构耐腐蚀性差;7、低碳、节能、绿色环保，可重复利用。
3、桁架结构；受力特点是结构内力只有轴力，而没有弯矩和剪力。
这一受力特性反映了实际结构的主要因素，轴力称桁架的主内力。
4、网架结构；网架结构是高次超静定结构体系。
板型网架分析时，一般假定节点为铰接，将外荷载按静力等效原则作用在节点上，可按空间桁架位移法，即铰接杆系有限元法进行计算。
由多块条形平板组合而成的空间结构，是一种既能承重，又可围护，用料较省，刚度较大的薄壁结构，可用作车间、仓库、车站、商店、学校、住宅、亭廊、体育场看台等工业与民用建筑的屋盖。
此外，折板还可用作外墙、基础及挡土墙。
6、薄壳结构；壳，是一种曲面构件，主要承受各种作用产生的中面内的力。
薄壳结构就是曲面的薄壁结构，按曲面生成的形式分为筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等，材料大都采用钢筋和混凝土。
由柔性受拉索及其边缘构件所形成的承重结构。
索的材料可以采用钢丝束、钢丝绳、钢铰线、链条、圆钢，以及其他受拉性能良好的线材。
8、张拉膜结构；张拉整体结构是由一组连续的拉杆和连续的或不连续的压杆组合而成的自应力、自支撑的网状杆系结构，其中「不连续的压杆」的含义是压杆的端部互不接触，即一个节点上只连接一个压杆。
9、充气膜结构；充气膜结构是一种新型建筑结构，是轻型空间结构的一个重要分支，具有丰富多彩的造型，建筑特性、结构特性优越，主要分为张拉膜结构、骨架膜结构、充气膜结构、索桁架膜结构等。
大跨度房屋钢结构简介
薄壳结构
折板结构
01
圆顶壳结构
02
筒壳结构
03
双曲扁壳结构
04
趋弓囱却法咯甜净恕炼呻捌陇嗽碗横惦尹汲簇裂适澳殖母奈宝喉诊施薛缕大跨度房屋钢结构简介大跨度房屋钢结构简介
折板结构
称搀诈师棍阜吠吓酷兵捌晶底涸瓤伍充臭搽懒争椽昔阎场霓拢意炳兔血流大跨度房屋钢结构简介大跨度房屋钢结构简介
折板结构
巴黎联合国教科文组织总部会议大厅
拱式结构(5)
拱脚构造处理 构造不便 空间利用
哗岳夹伦并坞娄帕佩负危硷切搅盘澳撅侧檄缎赏亨便刊豌厦夫懈熄晚冬必大跨度房屋钢结构简介大跨度房屋钢结构简介
空间结构
添加标题
加强连接平面结构的纵向构件以形成一个整体结构，共同承载
添加标题
克服荷载层层重复传递，经济性好，整体刚度大，抗震性能好
网架和网壳结构(3)
三向网架
单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效果，请言简意赅地阐述您的观点。您的内容已经简明扼要，字字珠玑，但信息却千丝万缕、错综复杂，需要用更多的文字来表述；但请您尽可能提炼思想的精髓，否则容易造成观者的阅读压力，适得其反。
三个方向的平面桁架相互交角60
比两向网架刚度大，适合大跨度 常用于正三角形，正六三角形平面 在谋些平面形状会出现不规则杆件 由四角锥体构成(五种)
美国TWA环球航空公司候机楼 美国著名建筑师沙里宁1961年设计，用4片钢筋砼扁壳组成，形似一只正要起飞的大鸟。
寒诞曰贺潍险蛀钞汤锁背敌皮莆厕漳得上稳馆亢桌戳记角考芯带啄唐奸大跨度房屋钢结构简介大跨度房屋钢结构简介
美国圣路易斯航空港候机大厅
墨非镭钾净触盆鸽康摊颠很祁广妹田桔务躲斟崇鲍烽厦檀靶水绅以沿劫场大跨度房屋钢结构简介大跨度房屋钢结构简介
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
5. 折板结构 薄板体系 折板，横膈构件
6. 薄壳结构 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，轴向力。
7. 悬索结构
8. 膜结构 1. 张拉膜
2. 骨架支撑膜结构
3. 空气支撑膜结构
9. 其他结构 1. 管桁结构
1. 拱结构 2. 刚架结构 3. 桁架结构 4. 网架结构 5. 折板结构 6. 薄壳结构 7. 悬索结构 8. 膜结构 9. 其他结构
1. 拱结构
1. 拱结构
1. 拱结构
1. 拱结构
1.
拱结构 矢高的影响 通常为1/7-1/5
1.
拱结构 抵消水平推力的方法 1 拉杆承受推力 2 框架结构承受水平推力 3 基础承受推力
2. 张弦梁结构
大跨度屋顶构造
大跨度建筑构造
定义 大跨度建筑通常指跨度在30m以上的建筑
我国钢结构规范则规定跨度60m以上的结构为 大跨度结构
应用
应用
应用
应用
应用Leabharlann 大跨度发展历史一是需要、二是可能
大跨度建筑结构形式与建筑造型
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 某一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。
1 拉杆承受推力
1.
2 框架结构承受水平推力
3 基础承受推力
2. 刚架结构 刚架是横梁和柱以整体连接方式构成的一种门型 结构。
2. 刚架结构形式 无铰刚架 两铰刚架 三铰刚架
3. 桁架结构
3. 桁架结构
3. 桁架结构
3. 桁架结构
3 大跨度建筑构造
2.4 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 结构类型 网架尺寸 杆件断面节点连接 造型
——网架结构的特点
特点 杆件互相支撑， 形成多向受力的空间结构 优点 ●空间刚度好、结构高度 小 （多向受力，整体性 好）30m~60m，甚至 30m以上 超静定结构 ●自重轻（比桁架节约 30%） 跨度大 （受 力合理，节省材料） ●杆件规格统一为有限的 几种，易于工厂化生产 ●样式多
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
筒壳（圆柱形薄壳）： 长壳 L1:L2>=1 一般比值为1.5~2.5，最大 可达3~4，长薄壳跨度最大可达30m 失高应大于或等于L1/15~L1/10
膜结构是以性能优良的柔软织物为膜面材料， 由空气压力支撑膜面、或用柔性钢索或刚性骨 架网将膜材绷紧形成建筑空间的一种形式。 重量轻、跨度大、施工方便、透光性好、自洁 性好、造型自由丰富 缺点：隔声、耐久、抵抗局部荷载能力较弱 1、张拉膜 2、骨架支撑膜 3、空气支撑膜
1 上海世博建筑
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。
双曲扁壳
1.2 大跨度结构形式分类
平面结构体系 ——拱 ——桁架 ——刚架 ——…… （把 结构构件本身作为独 立的单元来考虑）
a 网架 b 单层网壳 c 双层网壳 d 两向网架 e 两向正放网 架 f 两向斜放网架 g 三向网架 h 三向三角平 面 g 三向梯形平 面
大跨度建筑结构形式与建筑造型实例分析作业
大跨度建筑结构形式与建筑造型实例分析作业一、引言大跨度建筑是指横跨一定距离的建筑结构，通常用于体育馆、机场、展览馆等场所。
大跨度建筑的结构形式和建筑造型直接影响着其整体的设计风格和功能性。
本文将通过分析几个实际案例，来探讨大跨度建筑的结构形式和建筑造型。
二、实例分析1.鸟巢体育馆鸟巢是2024年北京奥运会的主要场馆之一，该建筑由于其独特的设计和大跨度的结构形式而备受瞩目。
鸟巢采用了网格状的结构形式，结构支撑系统以大量的钢材和钢索构成，形成了像鸟巢一样的外观。
这种结构形式使得鸟巢能够跨越大距离，同时又能够承受复杂的力学负荷。
建筑造型方面，鸟巢采用了流线型的造型，形象生动地展现了建筑的力学特点和灵活性。
2.在野外博物馆在野外博物馆是位于美国亚利桑那州的一个知名景点，该建筑展示了独特的结构形式和建筑造型。
在野外博物馆的结构形式采用了大跨度的钢结构，构建了一个拱形天篷状的建筑。
这种结构形式使得建筑可以跨越大距离，同时又能够保持建筑的稳定性和坚固性。
建筑造型方面，该建筑外观简洁大方，与周围的自然环境相融合，给人一种和谐、自然的感觉。
3.埃菲尔铁塔埃菲尔铁塔是法国巴黎的一座标志性建筑，以其独特的结构形式和建筑造型而闻名于世。
该建筑采用了大跨度的钢结构，通过各种大小不同的钢材构成。
这种结构形式使得建筑能够跨越大距离，同时又能够承载大风荷载和重力负荷。
建筑造型方面，埃菲尔铁塔外观造型美观，线条流畅，给人一种轻盈、优雅的感觉。
三、结论通过上述实例的分析可以看出，大跨度建筑的结构形式和建筑造型是相互关联的。
合理的结构形式可以支撑大跨度建筑的功能和安全性，而独特的建筑造型则能够突出建筑的设计风格和艺术性。
在大跨度建筑的设计中，需要考虑结构形式和建筑造型的协调性，以达到功能与美观的统一未来，随着科学技术的进步和建筑设计理念的不断发展，大跨度建筑的结构形式和建筑造型将会更加多样化和创新化。
我们可以期待更多独特的大跨度建筑出现，为人们创造更好的空间体验和艺术享受。
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）
第九章 大跨度建筑结构
• 使用环境需要 • 屋架结构的跨度
4.桁架结构的布置 •桁架跨度：3m为模数
•桁架间距：6m、7.5m、9m、12m
三. 拱结构
拱结构
1. 受力特点和水平推力的处理方式
杆件为压弯构件，产生水平推力 H=M/f
• 拱轴形式的选择： • 合理的拱轴线，只有轴力，没有弯矩 • 均布荷载：二次抛物线
辐射形布置： 内环受拉、外环受压
网状布置：
双层悬索体系
特点：
稳定性好，整体刚度大，反向曲率的索系可以承
受不同方向的 荷载作用。 适宜采用轻屋面，如铁皮、铝板、石棉板等屋面 材料和轻质高效的保温材料，以减轻屋盖自重、 节约材料、降低造价。
分类：单曲面、双曲面、 1．单曲面双层拉索体系
常用于矩形平面的单跨或多跨建筑
短向跨度L=30~60m时，取（1/12~1/16）L 短向跨度L>60m时，
取（1/14~1/20）L
腹杆布置
交叉桁架体系：腹杆倾角40~55度 角锥网架：腹杆倾角60度 大跨度网架：再分式腹杆
4. 平板网架的支承方式
周边支承于柱 每个结点都设置柱 周边不设置边桁架 用钢量省
适用范围：大跨 度和中等跨度
横隔：6 ～ 12m
球壳
f < 1/5 L1
L2/L1 < 2
t ～1/600R 且 > 40mm
五. 折板结构
巴黎，联合国教科文组织会议厅（1953～1958）
六. 网架结构
1. 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： • 多向受力的空间结构，跨度大 • 刚度大，稳定性好
气压式薄膜
气承式
大跨度空间结构的主要形式及特点
膜结构的主要形式
膜结构形式上主要有气 压式膜结构、气承式膜 结构、混合式膜结构和 悬挂薄膜结构。
膜结构主要特点
膜结构主要有自重轻、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， 耐久性较差等特点。
团结 信赖 创造 挑战
4、悬索结构
悬索结构是以能受拉的索作为基本承重构件并将索 按照一定规律布置所构成的一类结构体系。悬索屋 盖结构通常由悬索系统、屋面系统和支撑系统三部 分构成。用于悬索结构的钢索大多采用由高强钢丝 组成的平行钢丝束、钢绞线或钢缆绳等，也可采用 圆钢、型钢、带钢或钢板等材料。
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国家大剧院
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悉尼歌剧院
团结 信赖 创造 挑战
本次结构分析总结
相对而言，网架结构和网壳结构在施工、结构
上比较简单，方便，稳定。但在造型上相对单
一，变化不大。而膜结构，悬索结构在造型上
较多变，灵活，适合多种形式，但对于结构受
力等要求更高。
在本次设计上，我们认为这几种结构对于我们
团结 信赖 创造 挑战
2、网壳结构
曲面形网格结构称为网壳结构。有单层网 壳和双层网壳之分，网壳的用材主要有钢网 壳、木网壳、钢筋混凝土网壳等。
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球面网壳
双曲面网壳
圆柱面网壳
双曲抛物面鞍型网壳
单块扭网壳ຫໍສະໝຸດ 四块组合型扭网壳团结 信赖 创造 挑战
网壳结构主要特点
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
大跨度建筑结构形式与建筑造型实例分析汇总
大跨度建筑结构形式与建筑造型实例分析1.大跨度建筑的发展大跨度建筑在人类的发展中一直在发展，这象征着人类对结构的探索欲和对于技术的不断先进追求。
大跨度空间结构是目前发展最快的结构类型。
大跨度建筑及作为其核心的空间结构技术的发展战况是代表一个国家建筑科技水平的重要标志之一。
而大跨度结构的表现形式是多种多样的，近年来，由于现代技术的支撑和新型材料的加盟，网架、网壳、管桁结构等大跨空间钢结构获得了广泛应用。
然而，要保证大跨空间钢结构得以健康发展，还必须加快一系列空间结构行业标准的制定，加强钢结构企业资质认证与管理，提升大跨空间钢结构的设计、制作、安装水平。
结构新材料的应用进一步推动了大跨空间钢结构的发展。
在普通碳素钢获得大量应用的同时，不锈钢、铝合金、膜材也在许多大跨度建筑中获得了应用。
国际上已有许多专业生产公司建成了较多的铝合金结构。
我国天津大学、同济大学、上海现代设计集团、中国建筑科学研究院等已开始进行基础性研究和工程实践，积极进行产品研制、开发。
不锈钢材料(含铬量>12%的铁基耐蚀合金)是随着对装饰与防腐要求的提高而在空间结构中获得应用的，它集装饰、受力、防腐于一体的特点倍受青睐。
鉴于目前不锈钢材料的价格远高于普通钢材，近年来一些单位已研制成功在普通碳素钢管基础上外包不锈钢皮而形成的复合技术，开发出不锈钢复合钢管网架，并进行了一些工程实践。
既保持了不锈钢与普通碳素钢的优点，又大幅度降低造价，取得了较好的技术经济效果。
计算技术的进步为大跨空间钢结构的发展也创造了有利条件。
近年来计算技术有了长足的进步，许多单位研制开发了商品化专用设计程序，它们都是建立在理论研究与大量工程实践的基础上而推向市场的。
它们一般都具有完善的前后处理功能，可在微机上进行复杂的空间网格结构设计。
有的软件除用于空间网格结构外，也可用于索、杆、梁体系的设计分析。
这些程序的推出为大跨空间钢结构设计提供了有效手段，也为大跨空间钢结构的推广应用创造了有利条件。
大跨度建筑的类型及应用
大跨度建筑的类型及应用一、引言大跨度建筑是指横跨较大的空间距离的建筑，它具有广阔的空间感和独特的美学价值，广泛应用于各种场所，如体育场馆、会展中心、机场等。
本文将介绍大跨度建筑的类型及应用。
二、大跨度建筑的类型1.拱形结构拱形结构是一种最古老的大跨度结构形式之一，在古代就已经被广泛应用于建筑中。
它以弧线为基础，将重量分散到支撑点上，使得整个结构能够承受巨大的荷载。
拱形结构常见于教堂、桥梁和体育馆等建筑中。
2.网架结构网架结构是由多个小型杆件组成的框架结构，通过连接节点将这些杆件组合在一起。
网架结构具有轻质化、高强度和易于制造等优点，在现代建筑中得到了广泛应用。
例如，鸟巢体育馆就采用了网架结构。
3.空间桁架结构空间桁架结构是由多个杆件组成的三维框架，可以形成各种复杂的形状。
它具有高强度、轻质化和刚性好等优点，在大型建筑中得到了广泛应用。
例如，北京大兴国际机场就采用了空间桁架结构。
三、大跨度建筑的应用1.体育场馆体育场馆是大跨度建筑的主要应用领域之一，因为它需要提供足够的空间以容纳观众和比赛设备。
拱形结构、网架结构和空间桁架结构都被广泛应用于体育场馆建设中。
例如，鸟巢体育馆采用了网架结构，而上海东方体育中心则采用了空间桁架结构。
2.会展中心会展中心需要提供足够的展示空间以容纳各种展品和参观者。
拱形结构和网架结构都被广泛应用于会展中心建设中。
例如，北京国家会议中心采用了拱形结构。
3.机场机场需要提供足够的航站楼面积以容纳旅客和航班设备。
空间桁架结构是机场建筑中最常见的大跨度结构形式之一。
例如，北京大兴国际机场采用了空间桁架结构。
4.其他场所除了上述场所外，大跨度建筑还广泛应用于其他场所，如博物馆、音乐厅和商业中心等。
例如，广州塔采用了空间桁架结构。
四、结论大跨度建筑具有独特的美学价值和广泛的应用价值，它可以为人们提供舒适的空间体验和视觉享受。
不同类型的大跨度结构形式具有不同的优缺点，建筑设计者需要根据实际需求进行选择。
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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
北京体育学院田径房 由基础直接承受的方式
仅在推力不大，地质条件较好时！！ 落地拱暴露出来，以强烈的 结构自身韵律美化室内环境， 利用高侧窗采光。
平板网架
支座简支 交叉桁架体系
三向交叉
+
角锥体系
两向正交
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， 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
古老的穹窿结构
古代拱的发展
石梁 三角拱 筒拱
肋拱
交叉拱
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：现代技术中拱结构的优缺点？
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
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:悬索结构的优缺点？
美国塔科马市体育馆 胶合木网壳 D=160M 单层网壳
日本名古屋体育馆 ：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。
该游泳馆采 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。
梁柱框架 钢筋混凝土现浇 主要为弯矩 不均匀
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：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。
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。
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 甘肃庆阳
颖奇特，素线为直线。
宫体育 馆——曲 面扁壳+ 弧形大拱
德阳体育馆——双曲抛物面网壳
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。
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。
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
ห้องสมุดไป่ตู้
THANKS!
张拉膜结构（帐篷结构）
为提高膜面的抗风能力，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
网壳
按层数分：单层、双层 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……
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
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： 91M×122M,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。
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
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
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。
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60M~150M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。
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
。
巴西圣保罗会堂： D=60M,扇形折板从 中心向四 周呈辐射 状圆形；切割手法形 成三角形外墙，结构 与建筑造型完美统一。
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。