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建筑结构选型高政国副教授北京航空航天大学土木工程系Tel:86869907Email:gaozg@buaa.edu.cn11111gaozhengguo@tsinghua.org.cn《建筑结构选型》课件《建筑结构选型》课件第十章网架结构《建筑结构选型》课件第一节网架结构的特点、优点与适用范围网架结构特点：空间结构杆件轴向受力为主结构形式灵活概念：是由多根杆件沿平面或曲面组成的网状空间杆件体系的结构厦门漳州后石电厂球形煤仓《建筑结构选型》课件与桁架结构比较《建筑结构选型》课件网架结构桁架结构工程实例沈阳博览中心144m特大跨度钢桁架《建筑结构选型》课件网架结构的优点：跨度增大（30~60m）材料节省（受力分配均匀）安全性高（高次超静定）施工方便（屋顶、屋面施工装修等）《建筑结构选型》课件平板型网架壳形网架第二节网架结构外形分类《建筑结构选型》课件《建筑结构选型》课件网架结构杆件材料多采用钢材螺栓球节点网架构造示意《建筑结构选型》课件建造费用高施工难度大经济效果不明显壳形网架(曲面网架)推力问题（实际工程中采用较少）《建筑结构选型》课件加拿大1967蒙特利尔博览会美国馆建筑师富勒善用三角形的网架组成多面体穹窿。这种结构以较少的材料造成了轻质高强的屋盖，轻巧的覆盖了很大的空间。《建筑结构选型》课件加拿大1967蒙特利尔博览会美国馆《建筑结构选型》课件长春体育馆采用日本进口方钢管网壳轻钢桁架结构。其设计、制做、安装难度之高，在亚洲堪称首例。该馆总建筑面积31192平方米，主馆长跨度192米，短轴跨度146米，中心夭高50米，容纳观众12000人。屋面是平面为核桃形的曲肋球面网壳长春万人体育馆《建筑结构选型》课件《建筑结构选型》课件工程位于北京人民大会堂西侧，西长安街以南，总占地面积11.893公顷，总建筑面积149520平方米，总投资额26.88亿人民币。国家大剧院《建筑结构选型》课件法国著名建筑师保罗·安德鲁《建筑结构选型》课件椭球壳体外环绕人工湖，湖面面积达35500平方米，各种通道和入口都设在水面下。这个建筑设计方案由法国巴黎机场公司设计，清华大学配合《建筑结构选型》课件《建筑结构选型》课件建筑外部围护结构为钢结构壳体，呈半椭球形，其椭球形屋面主要采用钛金属板饰面，中部为渐开式玻璃幕墙《建筑结构选型》课件《建筑结构选型》课件国家大剧院大事记1958年，周恩来总理提出建设国家大剧院，并批示，地址“以在人民大会堂以西为好”，国家大剧院的建设被列入“十大国庆工程”。但由于受当时经济条件限制，这一工程未能实施。70年代末，文化部曾重提兴建国家大剧院之事，仍未实现。1990年，文化部再次提出在原址上兴建国家大剧院，并成立了筹建办公室。1997年10月，中央决定在人民大会堂西侧空地尽快兴建国家大剧院。《建筑结构选型》课件1998年1月8日，中央决定成立国家大剧院建设领导小组和国家大剧院业主委员会。确定建设规模12万平方米，建设内容为4个剧场，建筑设计方案采取邀请方式为主进行国际招标，用4年左右时间建成。估算，国家大剧院约需投资25.5亿元，外汇额度1亿美元，其来源将主要是国家财政拨款。1998年4月，公开进行建筑设计国际招标。共收到69个方案，国内32个（包括香港特别行政区），国外37个。在此后一年零4个月的时间里经过两轮竞赛三次修改，多次评选和论证，最后选中法国人保罗·安德鲁的方案。《建筑结构选型》课件2000年4月，工程动工。《建筑结构选型》课件国家大剧院面临五大技术难题难题一：如何让人民大会堂不受施工影响？地下水国家大剧院地基很深，一般要打到地下26米左右，最深处达32米《建筑结构选型》课件难题二：突发事件时7000观众如何安全撤离？《建筑结构选型》课件难题三：“大蛋壳”屋顶如何制作？国家大剧院“蛋壳”形的屋顶最大跨度达212米，跨度之大，世界罕见。其内部骨架由钢结构焊接而成，外部面层则大量采用了钛金属板这种主要用于制造飞机等航空器的金属材料，因为钛金属板强度大，耐腐蚀，而且色泽好，既薄且轻，所以整个“蛋壳”外层大约由1万多块共达3万平方米的钛金属板和6000多平方米的玻璃板拼装而成。变形和防水问题《建筑结构选型》课件难题四：露天水池如何一年四季“春水荡漾”？控制水池水温《建筑结构选型》课件难题五：国家大剧院如何不当水上漂？确保整个国家大剧院的重量大于地下水的浮力其他：清洗和密封问题《建筑结构选型》课件国家体育馆《建筑结构选型》课件《建筑结构选型》课件《建筑结构选型》课件北京院的方案：采用“龙生于水”、“投玉入波”的理念，将整个建筑设计为一个融入环境的透明体。屋顶采用浮空开启的独特方式，创造性地利用20个氦气囊构成浮空屋面，并且可以在奥运会开闭幕式等重大仪式上造成震撼人心的戏剧效果。《建筑结构选型》课件一位国外评委对国家体育场的推荐方案赞叹不已：“这确实是一个新的殿堂，她营造了一种情感，那就是家的情感！”一位中国记者走出会场后，却迫不及待地给朋友发出短信：竞赛结果惨不忍睹！北京又成了外国建筑师的试验场。面对最昂贵的“鸟笼”《建筑结构选型》课件平面网架(平板网架)空间结构（双层）结构布置合理经济效果好《建筑结构选型》课件两向正交正放网架适合接近正方形建筑平面（空间作用）几何可变（斜向支撑）适宜中等跨度30~60m第三节网架的结构形式《建筑结构选型》课件两向正交斜放网架《建筑结构选型》课件北京国际俱乐部网球馆采用的网架结构型式《建筑结构选型》课件三向交叉网架结构空间刚度好构件内力均匀节点连接复杂《建筑结构选型》课件扇形平面八角形平面（上海文化广场）（江苏体育馆）《建筑结构选型》课件上海体育馆直径110m用钢量46.8kg/m2圆形平面《建筑结构选型》课件锥体网架棋盘形四角锥•四角锥《建筑结构选型》课件倒四角锥正四角锥《建筑结构选型》课件正放四角锥斜放四角锥《建筑结构选型》课件•三角锥《建筑结构选型》课件《建筑结构选型》课件跳格三角锥《建筑结构选型》课件•六角锥节点复杂，一般不采用《建筑结构选型》课件第五节平面网架受力分析《建筑结构选型》课件第六节网架杆件与节点杆件可用钢管（受力合理，节省钢材)角钢（在小跨度简单型式使用）《建筑结构选型》课件网架的结点角钢杆件多用钢板连接，焊接或螺栓连接钢管杆件连接宜采用钢球连接（构造简单，连接方便，用钢量少，美观）分空心和实心两种钢球《建筑结构选型》课件第七节网架的支承方式周边柱直接支承适合大跨度和中等跨度周边支承于圈梁，圈梁支撑于柱适于中小跨度网架《建筑结构选型》课件四点支承或多点支撑适于大柱距的厂房或仓库《建筑结构选型》课件三边支承飞机库或飞机修理及装配车间常常采用需在自由边设置边梁或桁架梁《建筑结构选型》课件第八节网架的屋面材料与屋面坡度一般采用轻质屋面材料坡度一般为２％~５%《建筑结构选型》课件结构选型－结构设计讨论《建筑结构选型》课件“鸟巢”方案展现了一个新颖、独特、庞大的异型钢结构建筑物，该方案预计消耗8万吨各类钢材，最长的一条钢梁达300米，平均钢梁长度将在50至180米之间，巨型体育场的形象完美纯真，外观即结构，犹如树枝织成的鸟巢，其灰色矿质般的钢网以透明的膜材料覆盖，其中包含着一个土红色的碗状体育场看台。国家体育场在奥运会比赛时将容纳10万名观众，建成后将有望成为世界上最大的可开启屋顶的体育场。《建筑结构选型》课件钢结构建筑案例《建筑结构选型》课件法国巴黎蓬皮杜艺术与文化中心，建于1977年英国建筑师罗杰斯《建筑结构选型》课件这是一座艺术与文化中心，包括图书馆，现代艺术博物馆，工艺美术中心等。主体为6层的钢结构建筑，长166米，宽60米。《建筑结构选型》课件与一般建筑不同的是，它的钢柱、钢梁、木桁架等结构构件都裸露在建筑物的表面，甚至运货电梯电缆，上下水管也置于临街立面并漆成大红大绿的颜色，设计者突破常规的一种建筑观念是：现代建筑应该是利用现代手段造成的一种框架、一种装置或一个容器，让人们在其中方便灵活地进行各种活动。是高技派建筑风格的代表作。《建筑结构选型》课件《建筑结构选型》课件设计者是英国建筑师罗杰斯看他的另一部作品《建筑结构选型》课件伦敦劳埃德大厦，1986年建成，位于伦敦金融区。长方形的主体中间是很高的大厅，四周是大玻璃墙，周围有六个塔楼，其中安置步梯，电梯和各种管线，主体的办公间没有固定的隔断，可以灵活使用。大楼一部分为12层，一部分为6层，看起来象复杂的工业建筑。《建筑结构选型》课件《建筑结构选型》课件和同属于高技派的建筑汇丰银行大厦”比较《建筑结构选型》课件第十一章索—膜结构《建筑结构选型》课件发展概况《建筑结构选型》课件1917年有一位名为兰彻斯特（FederickW.Lanchester)的美国人建议利用新发明的电力鼓风机将膜布吹胀,作野战医院。像许多专利申请案一样，这只是一种构思，而没有真正正成为使用的产品。美国军方做了一个直径15m圆形充气的雷达罩（Radome),可以保护雷达不受气候侵袭,又可让电波无阻的通过，从而使相隔了19年的专利付诸实用。《建筑结构选型》课件1960年间，德国斯图加特大学的井赖.奥托先生（FreiOtto）,先后于1962和1965年发表了研究膜结构的成果，并同帐篷制造厂商合作，做了一些帐篷式膜结构和钢索结构，其中最受人注目的是1967年在蒙特利尔博览会的西德馆，其后在欧洲，尤其是德国，可以说是开了膜结构商业化的先河。1968年，美国纽约的建筑师布罗（DavisBrody)和哥伦比亚的大卫.盖格教授合力争取到了日本大阪世界博览会美国馆的设计权。《建筑结构选型》课件目前，在世界许多国家，索膜建筑无论在工程界还是在科研领域都处于热潮中。索膜建筑功能的多样化和使用领域的不断扩展，结构跨度或高度不断增大，使索膜结构体系成为标志性建筑。由于材料科学的迅速发展，新的优质的建筑膜材不断出现，再加上膜结构特有的柔顺的曲面、广阔的空间、半透明的室内环境，使得膜结构具有广阔的发展前景，将是２１世纪空间结构发展的主流。膜结构的突出特点就是它形状的多样性，曲面存在着无限的可能性。以索或骨架支承的膜结构，其曲面就可以随着建筑师的想象力而任意变化。在我国，膜结构的开发与研究还刚刚起步，经国内外专家大力推广，目前已在武汉、义乌、青岛、广州等体育场及深圳高交会等有影响的城市建设项目中都使用了膜结构建筑，相信经过近年国内建筑技术的不断提高，膜结构建筑将会得到大量的推广应用《建筑结构选型》课件1.概念：索—膜结构是用薄膜材料和钢索共同形成的结构。广东九运会主场《建筑结构选型》课件2.主要类型气承式索—膜结构在薄膜覆盖的空间内充气，利用内外气差来承受荷载，并与钢索共同形成结构。《建筑结构选型》课件张拉式索—膜结构是将索或膜张紧在刚性或柔性边缘构件上，或通过特殊构造的悬挂或支承在若干独立支点上，通过张拉建立预应力，并获得确定的形状。1971年建成的德国慕尼黑奥林匹克体育中心。屋盖属于蓬索式张力结构，屋盖由12根48m~80m高、直径为1.9~3.5m粗的巨大钢管桅杆和45根34m高的小桅杆连续拉着一系列的“帐篷”而构成。“帐篷”按75*75cm的网格组成的索网纲缆，上面镶嵌着丙烯塑料玻璃，总重3400T,覆盖面积为74800平方米。《建筑结构选型》课件《建筑结构选型》课件《建筑结构选型》课件1970年建成的日本大阪万国博览会美国馆采用气承式膜结构（临时建筑）是第一个现代意义的大跨度膜结构。同时参展的富士馆采用了气肋式膜结构。《建筑结构选型》课件1988年建成的日本东京后乐园棒球场屋盖是钢索与气承膜组成的索膜结构。该建筑是日本最大的室内体育场，地下两层，地上6层，屋盖直径201m.屋盖用双层聚四氟乙烯玻璃纤维布制成，外膜厚0.8mm，内膜厚0.35mm，薄膜是用28根直径为80mm、间距为8.5m双向正交配置的钢索支撑。屋顶总重406吨，面积28000平方米，平均每平方米重12.5kg,是日本最轻的屋顶。《建