公共建筑的结构与技术课件.ppt
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- 公共建筑 结构 技术 课件
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1、公共建筑的技术经济公共建筑的技术经济第一节第一节 建筑结构与建筑设计建筑结构与建筑设计 工程外部围护结构为钢结构网壳,是半椭圆球形,东西长轴212.2m,南北短轴143.64m,总高度46.285m。内设歌剧院(2416席)、音乐厅(2017席)及戏剧院(1040席)及公共大厅等。屋面采用钛金属板,整个网壳外环绕人工湖(35500m2),各种通道及入口均设在水下。设计为法国巴黎机场公司安德鲁建筑师,北京市建筑设计研究院参与主体设计,整体结构用钢量达6750t,195kg/m。一、建筑结构与建筑设计的关系一、建筑结构与建筑设计的关系 建筑是艺术与技术相结合的产物,技术是建筑的构思、理念转变为现实
2、的重要手段,建筑技术涵盖的范围很广,包括结构、消防、设备、施工等诸多方面的因素,其中结构与建筑设计的关系最为密切。人们创造建筑空间有着双重的目的,首先也是最根本的是要满足一定的使用功能要求,其次还要满足一定的审美要求。然而要想达到上述两方面的目的就必须依靠一定的技术手段。建筑的空间结构就是诸多手段的主体。人们建造房屋使用各种材料,并巧妙地将这些材料组合在一起,充分发挥出材料的力学性能,使之具有合理的荷载传递方式,整体与各个部分都具有一定的刚性并符合静力平衡条件,这就形成了建筑的空间结构。我们通常将符合功能要求的空间称之为适用空间,将符合审美要求的空间称之为视觉空间,将符合材料性能和力学规律的空
3、间称之为结构空间。三者由于形成的根据不同,各自受到的条件制约和所遵循的法则也不同,但在建筑中它们是合而为一的。我们从事建筑设计就是要将三者统一为一个整体。结构作为实现建筑功能和审美要求的技术手段,要受到它们的制约。就互相之间的关系而言,结构与功能之间通常更为紧密一些。然而结构并不是一个完全消极被动的因素,相反对建筑空间形式具有很强的反作用。恰当地运用合理的结构形式往往会对空间的功能和美观起到很大的促进作用。人们的功能要求是多种多样的,这就需要有相应的结构方法来提供与功能相适应的空间形式。在古代由于技术条件的限制不可能创造较大的室内空间,然而社会的进步使得人们要求更为复杂灵活的空间组织形式,于是
4、在传统砖石结构的基础上逐步出现了拱形结构、穹隆结构,进而发展到钢筋混凝土结构、网架、悬索、壳体等空间结构,使人们从空间的束缚中解脱出来,满足了自由灵活分隔空间的要求。结构型式的选择不仅要受功能要求的影响,同时还要服从审美的要求。一个好的结构方案应该是满足使用功能的同时,还应具有一定的艺术感染力。而且不同的结构形式各自具有其独特的表现力。现代科学的伟大成就所提供的技术手段,不仅使我们的建筑能够更加经济有效地满足功能的需要,而且其艺术表现力也为我们提供了极其宽广的可能性。建筑结构的分类及应用概况建筑结构的分类及应用概况1 1、按所用材料不同,可分为钢筋混凝土结构、按所用材料不同,可分为钢筋混凝土结
5、构、砌体结构、钢结构、木结构。砌体结构、钢结构、木结构。2 2、按结构受力特点分类,可分为混合结构、按结构受力特点分类,可分为混合结构、框架结构、排架结构、剪力墙结构、筒体框架结构、排架结构、剪力墙结构、筒体结构及其它。结构及其它。上海金茂大厦上海金茂大厦是是8888层,建筑层,建筑高度高度420.5m420.5m,建筑面积,建筑面积28.928.9万平万平方米,于方米,于19981998年年8 8月月2828日竣工。日竣工。钢筋混凝土核心筒,外框钢骨混钢筋混凝土核心筒,外框钢骨混凝土及钢柱。凝土及钢柱。按建筑物层数分类:按建筑物层数分类:高层、多层、低层高层、多层、低层自左向右:台北自左向右
6、:台北101101大楼、芝加哥席尔斯大楼、吉隆坡双子星大楼、上海金茂大厦、大楼、芝加哥席尔斯大楼、吉隆坡双子星大楼、上海金茂大厦、香港国际金融中心、纽约帝国大厦香港国际金融中心、纽约帝国大厦1、按所用材料不同分类、按所用材料不同分类(1 1)钢筋混凝土结构)钢筋混凝土结构 其主要优点为强度高、整体性好、耐 久性与抗震性好,并具有良好可塑性 等。但是缺点是自重大,施工时费工 费料。(2)砌体则是目前建筑结构材料中的另一 主要材料。(3)砖石砌体就地取材、成本低廉、耐久性较 好。缺点是砌筑劳动强度较大,结构自重 大,构件强度不高等,其适应范围受到一 定的限制,目前大部分用于多层民用建筑 中,少量用
7、于工业建筑中。(4)钢结构是继钢筋混凝土结构之后具有发展前景的建筑材料,也是目前主要的建筑结构材料之一。(5)木结构建筑受木材生长周期长及开伐木材对环境带来影响等因素,现在很少作为建筑结构材料。2 2、按结构受力特点分类、按结构受力特点分类可分为:混合结构、框架结构、排架结构、剪力墙结构、筒体结构及其它。混合结构是由砌体和钢筋混凝土材料共同承受外加荷载的结构;框架结构是由梁、柱构件构成承重骨架,梁柱连接方式一般为刚接,局部也可能采用铰接。剪力墙结构是由整片的钢筋混凝土墙体和钢筋混凝土楼(屋)盖组成。筒体结构是由钢筋混凝土墙或密集柱围成的一个抗侧刚度很大的结构,犹如一个嵌固在基础上的竖向悬臂构件
8、。人们对建筑物提出的多样性要求,使得建筑结构的形式也日益多样化。二、结构的空间形式与种类二、结构的空间形式与种类如前所述,建筑结构体系不仅对空间的围合、分隔及限定起着决定的作用,而且直接关系到空间的量、形、质等三方面的因素。下面我们将分类讨论不同类型的结构形式所对应的空间特点。现代建筑的结构体系可分为平面结构体系和空间结构体系两大类。平面结构体系平面结构体系1、承重墙(柱)结构、承重墙(柱)结构 承重墙(柱)、梁、板等结构构件组成的结构体系。这是一种古老的结构体系,公元前两千多年的古埃及建筑中就已被广泛使用,一直到今天世界各地的人们依然在使用这种结构来建造房屋。承重墙结构体系的特点是:墙体本身
9、是围护结构同时又是承重结构。由于这种结构体系无法自由灵活地分隔空间,不能适应较复杂的功能,一般用于功能较为单一固定房间组成相对简单的建筑,如住宅、宿舍等。2、框架结构、框架结构框架结构是由梁和柱形成受力结构骨架的结构体系。其最大的特点是承重的骨架与分隔、围护的墙体明确地分开,充分发挥各自材料的力学和物理特性,同时使内部空间的划分变得自由灵活。框架结构本身无法形成完整的空间,而是为建筑空间提供一个骨架。由于它的力学特性,人们得以摆脱厚重墙体的束缚,根据功能和美观要求自由灵活地分隔空间,从而打破了传统六面体的空间概念,极大地丰富了空间的变化,这不仅适应了现代建筑复杂多变的功能要求,而且也使人们传统
10、的审美观念发生了变化,创造出了“底层透空”“流动空间”等典型的现代建筑空间形式。随着高层建筑特别是超高层建筑的发展,单独的框架结构已无法满足刚度和稳定性的要求,于是在此基础上出现了剪力墙结构和筒体结构。剪力墙结构使建筑物抗水平荷载能力大大提高,但其内部空间却会受到结构要求的限制而失去部分灵活性,筒体结构使用刚度极大的内筒来抵抗侧向荷载,并在内核中设置电梯、楼梯、管道井等辅助设施,从而使平面布局具有极大的灵活性。有些超高层建筑甚至把外墙也设计成筒,形成筒中筒结构。3、桁架结构、桁架结构 桁架是人们为得到较大的跨度而创造的一种结构形式,它的最大特点是把整体受弯转化为局部构件受压或受拉,从而有效地发
11、挥材料的受力性能,增加了结构的跨度。然而桁架本身具有一定的空间高度,而且上弦一般呈两坡或曲线的形式,所以只适合于当作屋顶结构,多用于厂房、仓库等。4、拱形结构、拱形结构 拱形结构在人类建筑发展史上起到了及其重要的作用。历史上以拱形结构创造出的建筑艺术精品不胜枚举。拱形结构包括拱券、筒形拱、交叉拱和穹隆,它的受力特点是在竖向荷载的作用下产生向外的水平推力。材料主要受轴向的压力而基本不承受弯矩,因此可以跨越相当大的空间。同时利用不同的拱形单元可以组合成较为丰富的建筑空间。现代建筑中拱型结构的材料大都使用钢或钢筋混凝土,拱的线形也趋于合理,多用于大跨度建筑,如体育馆、大礼堂、飞机库等。5、刚架结构、
12、刚架结构 刚架结构是由水平或带坡度的横梁与柱由刚性节点连接而成的拱体或门式结构。刚架结构根据受力弯矩的分布情况而具有与之相应的外形。弯矩大的部位截面大,弯矩小的部位截面小,这样就充分发挥了材料的潜力,因此刚架可以跨越较大的空间。刚架适合矩形平面,常用于厂房或单层、多层中型体育建筑,如体操馆、羽毛球馆等。空间结构体系空间结构体系1、网架结构、网架结构网架结构是由杆件系统组成的新型大跨度空间结构,它具有刚性大、变形小、应力分布较均匀、结构自重轻、节省材料、平面适应性强等特点。网架结构可分为单层平面网架、单层曲面网架、双层平板网架、双层曲面网架等多种形式。目前最为常用的是双层平板空间网架,一般由钢管
13、或型钢构成。其网格有两向和三向两种。两向网架是两纵横而组成正交(90)的网格组成。可以正放,也可以斜放,比较适合方形或矩形平面。三向网架由三组互成60斜交的网格组成。适合于三角形、六边形或圆形平面。网架结构是目前大跨度建筑使用最普通的一种结构形式。2、悬索结构、悬索结构 悬索结构是利用张拉的钢索来承受荷载的一种柔性结构,具有跨度大,自重轻、节省材料、平面等特点。同时,悬索结构可以覆盖多种多样的建筑平面,除矩形还有圆形、椭圆形、菱形乃至不规则平面,使用灵活性大,范围广。悬索结构建筑内部空间宽大宏伟又富有动感,外观造型变化多样,可创造出优美的建筑空间和体形。3、折板结构、折板结构 折板结构是由许多
14、薄平板以一定的角度相互整体连接而成的空间结构体系。折板结构既是板又是梁的空间结构,受弯能力、刚度稳定性均比较好,采用折板结构的建筑,其造型鲜明清晰,几何形体规律严整,尤其折板的阴影随日光移动,变化微妙,气氛独特。4、壳体结构、壳体结构 壳体结构是从自然界中鸟类的卵、贝壳、果壳中受到启发而创造出的一种空间薄壁结构。其特点是力学性能优越,刚度大,自重轻、用料结省,而且曲线优美,形态多变,可单独使用,也可组合使用,适用于多种形式的平面。5、充气结构、充气结构 利用尼龙薄膜、人造纤维或金属薄片等材料内部充气来做为建筑的屋面,这种结构称为充分结构。它自重极轻,可达到很大的跨度,安装、充分拆卸、运输均较方
15、便。6、张拉膜结构、张拉膜结构 这种结构形式也称帐篷式结构,由撑杆、拉索和薄膜面层三部分组成,通过张拉,使薄膜面层呈反向的双曲面形式,从而达到空间稳定性。这种结构形式造型独特,安装方便,可用于某些非永久性建筑的屋顶或遮篷。49结构选型结构选型上部结构上部结构水平结构水平结构竖向结构竖向结构肋梁楼盖肋梁楼盖井式楼盖井式楼盖无梁楼盖无梁楼盖排架结构排架结构框架结构框架结构剪力墙结构剪力墙结构框架框架剪力墙结构剪力墙结构筒体结构筒体结构独立基础独立基础片筏基础片筏基础箱型基础箱型基础十字型基础十字型基础条形基础条形基础桩基础桩基础沉井基础沉井基础地下连续墙地下连续墙 建筑结构的类型建筑结构的类型按用
16、途按用途工业建筑工业建筑民用建筑民用建筑按层数按层数单层单层多层多层高层高层超高层超高层按结构材料按结构材料木结构砌体结构砌体结构砼结构砼结构钢结构钢结构组合结构组合结构 结构设计概论结构设计概论按结构形式按结构形式排架结构排架结构框架结构框架结构剪力墙结构剪力墙结构筒体结构筒体结构大跨结构框架框架剪力墙结构剪力墙结构高规以高规以10层层 或或28m作为界限作为界限 52大跨结构桁架结构53四角锥体网架四角锥体网架三角锥体网架三角锥体网架网架结构大跨结构54平面桁架系网架两向正交两向正交三向三向 结构设计的基本内容结构设计的基本内容工程设计工程设计基本要求基本要求功能要求功能要求美观要求美观要
17、求经济要求经济要求环保要求环保要求方案设计方案设计结构分析结构分析构件设计构件设计绘施工图绘施工图建筑工程建筑工程设计内容设计内容建筑设计建筑设计结构设计结构设计给排水设计给排水设计暖通设计暖通设计电气设计电气设计强电强电弱电弱电结构选型结构选型上部结构类型上部结构类型下部结构选型下部结构选型结构布置结构布置定位轴线定位轴线构件布置构件布置设置变形缝设置变形缝一、方案设计一、方案设计尺寸估算尺寸估算水平位置水平位置竖向位置竖向位置伸缩缝伸缩缝沉降缝沉降缝防震缝防震缝设计概论1.1 结构类型1.2 设计内容设计内容1.2.1 设计过程设计过程计算简图计算简图 二、结构分析二、结构分析简化三原则简
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