大跨结构构造
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第八章 大跨度建筑构造
重点介绍：结构形式、中庭构造
第一节 大跨度建筑结构与造型 一、概念及适用范围： ——跨度在30m以上的各类结构形式的建筑。 ——用于大型公共建筑（民用）：剧院、体育馆、展览馆； ——大跨度单层厂房（工业）：机械加工车间。 二、迅速发展的原因： 1、需要建造大空间；——需要 2、新材料、新结构、新技术发展使建造大跨度可能。
缘构件及下部支撑构件，大大减小自重，增加跨度。
——轴心受拉构件，对抗拉性能好的钢材而言，悬索是一种
理想结构形式。
——易适应各种建筑平面。
——结构施工较方便。钢索自重小，屋面构件一般较轻，安 装时不需大型起重设备。施工时不需大量脚手架及模板。
——稳定性较差。为提高屋盖结构稳定性——稳定索
——下部支承结构常需耗费较多材料，其用钢量均超过钢索 部分。小跨度与大跨度，钢索锚固和支座处理同样复杂，不经 济。——用于60～150m大跨度经济
一般平板结构为跨度 的几十分之几
薄壳结构形式：圆顶壳、 双曲扁壳、鞍形壳、扭壳
法国格勒诺布尔冰球馆
美国未来港设计方案
美国某飞机博览馆 （福斯特）
德国某微电子工厂 （福斯特）
澳大利亚悉尼歌剧院 （丹麦乌特松）
外形如一组扬帆出海的 船队，也象一枚枚屹立 在海滩上的洁白大贝壳
于1959年3月破土动工， 历时14年，耗资1亿多澳 元，1973年10月落成揭幕
承重索、稳定索 组成：索网、边缘构 件和下部支承构件
轮辐式 ——圆形平面
鞍形 ——圆形平面
北京工人 体育馆 ——轮辐式悬索结构
美国汉普敦 体育馆
(八) 膜结构
——受拉构件，和薄壳结构一样，兼 有承重和围护双层功能。
——新型大跨度屋盖结构，分：充气 膜结构和索膜结构。
充气式薄膜结构： ——张拉力来自于充气，在玻璃丝增 强塑料薄膜（PTFE）内部充气形成一 定形状，作为建筑空间覆盖物。 索膜结构： ——用桅杆、拱、拉索构件将膜绷。
刚架——梁柱刚接；排架——屋架或梁与柱铰接
刚架结构形式
杭州黄龙洞游泳馆 ——钢筋混凝土刚架结构
(三) 桁架结构
桁架结构 ——平面结构
——由杆件组成的一种格构式体系。 ——杆件与杆件结合假设为铰接，在外力作用下，杆件内力
为轴向力（拉力或压力），且分布均匀，故桁架结构比梁 结构受力合理。
——能充分利用材料强度，减少材料耗量和结构自重，使结 构跨度增大。
平板网架结构
角锥体系平板网架 ——三角锥，适用于 各种形状； 四角锥，适用于方形 和矩形； ——六角锥，复杂， 采用较少。
角锥体系
三角锥 四角锥 六角锥
网架结构支承
跨度不大—圈梁—墙或柱
拱推力-两排柱
三列柱—边梁或桁架 环梁-四周墙或柱
门厅网 架结构
弧形网架结构
加油站
球形网架结构 弧形网架结构
——可能
二、结构形式与建筑造型
——建筑设计时选择结构形式不仅是结构工程师的工作， 也是建筑师、规划师的职责。 ——大跨度建筑和高层建筑，在城市中占有举足轻重地位。 ——现代建筑是建筑艺术与技术的高度统一。 ——设计师要了解各种结构形式的特征，以便把结构形式与 建筑造型融为一体。——创造 ——不同结构形式能建造出风格迥异的立面造型。
桁架结构形式
北京体育馆 ——三角拱钢桁架结构
重庆体育馆 ——拱形钢桁架结构
(四) 网架结构
网架结构 ——空间结构
——一种有很多杆件以一定规律组成的网状结构。 ——杆件间互相支撑，形成多向受力的空间结构，故整体性
强、稳定性好、空间刚度大，有利于抗震； ——杆件主要受轴向力，充分发挥材料强度，节省材料。 ——结构高度小，可有效利用空间；有利于工厂化生产。 ——创造丰富建筑形式。 ——用于大跨度公共建筑，适用于各种平面形状如圆形、方
(五) 薄壳结构 ——自然界动植物种子、蛋壳
薄壳结构 ——空间结构
——用钢筋混凝土以各种曲面形式构成薄板结构，呈空 间受力状态，强度和刚度都很好。
——薄壳结构为其跨度的几百分之几，自重轻、省材料、 跨度大，用来覆盖各种平面形状建筑屋顶。
——但多数薄壳结构形体较复杂，多采取现浇施工，费 工、费时、费模板、且结构计算较复杂，因而在一定 程度上影响推广使用。
大跨度建筑结构形式
《建筑结构选型》 更为深入探讨
三种不同结 构反映三种 立面造型
刚架 结构
拱结 构 薄壳 结构
大跨度常用结构形式： 拱结构、刚架结构、桁架结构 （3个）——平面结构
网架结构、薄壳结构、折板结 构、悬索结构、膜结构（5个） ——空间结构
网 架 结 构
三、常见结构形式 （一）拱结构
拱结构 ——平面结构
——最早用于拱桥，古代大跨度建筑的主要结构形式。
——拱成曲面形状，外力作用下拱内弯矩值可降到最小限
度，主要内力为轴向压力，且应力分布均匀，能充分利用材
料强度，故与梁式结构相比，能跨越较大空间。
——应选用抗压性能好的材料——砖石、钢筋混凝土、钢桁 架拱。
——在承受荷载后将产生横向推力，为保证结构稳定，必须
形、三角形、多边形。——目前常用
网架结构 ——空间结构
网架结构受力图
网架结构
螺栓球节点
制作中网架结构
——平板网架和曲面网架 （拱形和穹形）
平板网架： 交叉桁架体系：两向——三 向交叉——空间刚度逐渐增 大。 两向适用于方形和矩形；三 向交叉适用于各种形状。
交叉桁架体系
两向桁架90度 三向桁架60度
设置坚固拱脚支座抵抗横推力。——拱是一种有推力的结构
北京体育学院田径房 ——钢筋混凝土落地拱
落地拱和钢屋架（清华体育馆）
(二) 刚架结构
刚架结构 ——平面结构
——横梁和柱以整体连接方式构成的一种门式结构。 ——由于梁和柱是刚性节点，竖向荷载作用下柱对梁有约 束作用，能减少跨中弯距；水平荷载作用下梁对柱也有约 束作用，能减少柱内的弯距。 ——刚架结构比屋架和柱组成的排架结构轻巧，可节省钢 材和水泥。
(六) 折板结构
折板结构 ——空间结构
——以一定倾斜角度整体相连的一种薄板体系。
——钢筋混凝土，可现浇，又可预制。
——不仅用于屋盖结构，也Hale Waihona Puke Baidu作为墙体结构。
——可用于各种平面形式屋顶。
折板结构 ——巴黎联合国教科文组
织总部会议大厦
(七) 悬索结构 ——从悬索桥而来。
悬索结构 ——空间结构
——利用钢材良好受拉性能，用高强钢丝做受拉索，加上边
重点介绍：结构形式、中庭构造
第一节 大跨度建筑结构与造型 一、概念及适用范围： ——跨度在30m以上的各类结构形式的建筑。 ——用于大型公共建筑（民用）：剧院、体育馆、展览馆； ——大跨度单层厂房（工业）：机械加工车间。 二、迅速发展的原因： 1、需要建造大空间；——需要 2、新材料、新结构、新技术发展使建造大跨度可能。
缘构件及下部支撑构件，大大减小自重，增加跨度。
——轴心受拉构件，对抗拉性能好的钢材而言，悬索是一种
理想结构形式。
——易适应各种建筑平面。
——结构施工较方便。钢索自重小，屋面构件一般较轻，安 装时不需大型起重设备。施工时不需大量脚手架及模板。
——稳定性较差。为提高屋盖结构稳定性——稳定索
——下部支承结构常需耗费较多材料，其用钢量均超过钢索 部分。小跨度与大跨度，钢索锚固和支座处理同样复杂，不经 济。——用于60～150m大跨度经济
一般平板结构为跨度 的几十分之几
薄壳结构形式：圆顶壳、 双曲扁壳、鞍形壳、扭壳
法国格勒诺布尔冰球馆
美国未来港设计方案
美国某飞机博览馆 （福斯特）
德国某微电子工厂 （福斯特）
澳大利亚悉尼歌剧院 （丹麦乌特松）
外形如一组扬帆出海的 船队，也象一枚枚屹立 在海滩上的洁白大贝壳
于1959年3月破土动工， 历时14年，耗资1亿多澳 元，1973年10月落成揭幕
承重索、稳定索 组成：索网、边缘构 件和下部支承构件
轮辐式 ——圆形平面
鞍形 ——圆形平面
北京工人 体育馆 ——轮辐式悬索结构
美国汉普敦 体育馆
(八) 膜结构
——受拉构件，和薄壳结构一样，兼 有承重和围护双层功能。
——新型大跨度屋盖结构，分：充气 膜结构和索膜结构。
充气式薄膜结构： ——张拉力来自于充气，在玻璃丝增 强塑料薄膜（PTFE）内部充气形成一 定形状，作为建筑空间覆盖物。 索膜结构： ——用桅杆、拱、拉索构件将膜绷。
刚架——梁柱刚接；排架——屋架或梁与柱铰接
刚架结构形式
杭州黄龙洞游泳馆 ——钢筋混凝土刚架结构
(三) 桁架结构
桁架结构 ——平面结构
——由杆件组成的一种格构式体系。 ——杆件与杆件结合假设为铰接，在外力作用下，杆件内力
为轴向力（拉力或压力），且分布均匀，故桁架结构比梁 结构受力合理。
——能充分利用材料强度，减少材料耗量和结构自重，使结 构跨度增大。
平板网架结构
角锥体系平板网架 ——三角锥，适用于 各种形状； 四角锥，适用于方形 和矩形； ——六角锥，复杂， 采用较少。
角锥体系
三角锥 四角锥 六角锥
网架结构支承
跨度不大—圈梁—墙或柱
拱推力-两排柱
三列柱—边梁或桁架 环梁-四周墙或柱
门厅网 架结构
弧形网架结构
加油站
球形网架结构 弧形网架结构
——可能
二、结构形式与建筑造型
——建筑设计时选择结构形式不仅是结构工程师的工作， 也是建筑师、规划师的职责。 ——大跨度建筑和高层建筑，在城市中占有举足轻重地位。 ——现代建筑是建筑艺术与技术的高度统一。 ——设计师要了解各种结构形式的特征，以便把结构形式与 建筑造型融为一体。——创造 ——不同结构形式能建造出风格迥异的立面造型。
桁架结构形式
北京体育馆 ——三角拱钢桁架结构
重庆体育馆 ——拱形钢桁架结构
(四) 网架结构
网架结构 ——空间结构
——一种有很多杆件以一定规律组成的网状结构。 ——杆件间互相支撑，形成多向受力的空间结构，故整体性
强、稳定性好、空间刚度大，有利于抗震； ——杆件主要受轴向力，充分发挥材料强度，节省材料。 ——结构高度小，可有效利用空间；有利于工厂化生产。 ——创造丰富建筑形式。 ——用于大跨度公共建筑，适用于各种平面形状如圆形、方
(五) 薄壳结构 ——自然界动植物种子、蛋壳
薄壳结构 ——空间结构
——用钢筋混凝土以各种曲面形式构成薄板结构，呈空 间受力状态，强度和刚度都很好。
——薄壳结构为其跨度的几百分之几，自重轻、省材料、 跨度大，用来覆盖各种平面形状建筑屋顶。
——但多数薄壳结构形体较复杂，多采取现浇施工，费 工、费时、费模板、且结构计算较复杂，因而在一定 程度上影响推广使用。
大跨度建筑结构形式
《建筑结构选型》 更为深入探讨
三种不同结 构反映三种 立面造型
刚架 结构
拱结 构 薄壳 结构
大跨度常用结构形式： 拱结构、刚架结构、桁架结构 （3个）——平面结构
网架结构、薄壳结构、折板结 构、悬索结构、膜结构（5个） ——空间结构
网 架 结 构
三、常见结构形式 （一）拱结构
拱结构 ——平面结构
——最早用于拱桥，古代大跨度建筑的主要结构形式。
——拱成曲面形状，外力作用下拱内弯矩值可降到最小限
度，主要内力为轴向压力，且应力分布均匀，能充分利用材
料强度，故与梁式结构相比，能跨越较大空间。
——应选用抗压性能好的材料——砖石、钢筋混凝土、钢桁 架拱。
——在承受荷载后将产生横向推力，为保证结构稳定，必须
形、三角形、多边形。——目前常用
网架结构 ——空间结构
网架结构受力图
网架结构
螺栓球节点
制作中网架结构
——平板网架和曲面网架 （拱形和穹形）
平板网架： 交叉桁架体系：两向——三 向交叉——空间刚度逐渐增 大。 两向适用于方形和矩形；三 向交叉适用于各种形状。
交叉桁架体系
两向桁架90度 三向桁架60度
设置坚固拱脚支座抵抗横推力。——拱是一种有推力的结构
北京体育学院田径房 ——钢筋混凝土落地拱
落地拱和钢屋架（清华体育馆）
(二) 刚架结构
刚架结构 ——平面结构
——横梁和柱以整体连接方式构成的一种门式结构。 ——由于梁和柱是刚性节点，竖向荷载作用下柱对梁有约 束作用，能减少跨中弯距；水平荷载作用下梁对柱也有约 束作用，能减少柱内的弯距。 ——刚架结构比屋架和柱组成的排架结构轻巧，可节省钢 材和水泥。
(六) 折板结构
折板结构 ——空间结构
——以一定倾斜角度整体相连的一种薄板体系。
——钢筋混凝土，可现浇，又可预制。
——不仅用于屋盖结构，也Hale Waihona Puke Baidu作为墙体结构。
——可用于各种平面形式屋顶。
折板结构 ——巴黎联合国教科文组
织总部会议大厦
(七) 悬索结构 ——从悬索桥而来。
悬索结构 ——空间结构
——利用钢材良好受拉性能，用高强钢丝做受拉索，加上边