建筑初步--第五章--建筑结构

《建筑初步》陈志菲2018.05PreliminaryArchitectureDesign历史概论表达构成结构建筑初步第一章建筑概论第二章建筑历史第三章建筑设计表达技法第四章形态构成第五章建筑结构第一节建筑设计与结构设计关系：建筑设计与结构设计是整个建筑的设计过程中的两个最重要的环节，对整个建筑物的外观效果、结构稳定起着至关重要的作用。而两者之间又存在着相互协调、互相制约的关系。任何一个建筑设计方案，都会对具体的结构设计产生影响，而有限的结构设计技术水平又制约着建筑设计层次。因此，在做建筑设计的过程中，建筑设计者应具备有一定的结构方面基础，能与结构设计适当结合，相互调协，使两者相统一，才能创作出真正优秀的建筑设计作品。第五章建筑结构建筑设计结构设计建筑设计与结构设计苏州博物馆·建筑结构01在建筑设计中，任何一个建筑设计方案，都会对具体的结构设计产生影响，而有限的结构设计技术水平又制约着建筑设计层次。因此，在做建筑设计的过程中，建筑师应具备有一定的结构方面基础，能与结构设计适当结合，相互调协，使二者相统一，才能创作出真正优秀的建筑设计作品。苏州博物馆建筑设计与结构设计苏州博物馆·建筑结构01第二节建筑结构的体系分类一．墙体承重体系:（一）生土（墙）建筑；（二）砌体结构；二．骨架承重体系:（一）木构架结构；（二）框架结构；（三）剪力墙结构；（四）框架—剪力墙结构；（五）筒体结构；（六）框架—筒体结构；（七）板柱结构；（八）钢结构；（九）拱结构；（十）刚架结构；（十一）桁架结构；（十二）排架结构；（十三）悬挑结构三．空间结构体系：（一）网架结构;（二）折板结构;（三）薄壳结构;（四）悬索结构;（五）薄膜结构。第三章建筑结构承重方式墙体承重体系骨架承重体系空间结构体系一、墙体承重体系（一）生土（墙）建筑墙体承重体系一般是指由承重墙体和梁板组成共同受力的结构体系。（一）生土（墙）建筑采用土质材料承重的传统民居一般将其称为生土（墙）建筑。这种建筑的特点是便于就地取材、易于施工、便于自建、造价低廉、冬暖夏凉、节约能源等。缺点是材料强度低，结构整体性弱、抗震能力差。01土筑建筑一、墙体承重体系（一）生土（墙）建筑陕西吴堡石城02一、墙体承重体系（二）砌体结构由块体和砂浆砌筑而成的墙、柱作为建筑物主要受力构件的结构，称为砌体结构，包括石砌体、砖砌体、砌块砌体。砌体结构根据竖向荷载传递路线的不同，可以划分为五种不同的类型：纵墙承重体系、横墙承重体系、纵横墙承重体系、内框架承重体系及底部框架上部砌体结构承重体系。01多排孔砖（砖砌体）一、墙体承重体系（二）砌体结构砌体结构的优点是耐火性好、易于就地取材、节约钢材；墙体既是承重构件，又有围护和分隔室内外空间的作用。其缺点是：抗拉、弯、剪及抗震性能差；材料用量多，结构自重大；砌筑工作强度大，施工进度慢；房间尺寸受钢筋混凝土梁板跨度的限制，房间组合不够灵活。砌体结构适用于房间不大、层数不多的学校建筑、医院、居住建筑等。02条石结构建筑二、骨架承重体系（一）木构架结构木构架结构中国传统房屋主要结构形式。中国古代建筑从原始社会起，一脉相承，以木构架为其主要结构方式，并创造与这种结构相适应的各种平面和外观，形成了一种独特的风格。木构架又有抬梁、穿斗、井干三种不同的结构方式，而抬梁式使用范围较广，在三者中居于首要地位。01抬梁式二、骨架承重体系（一）木构架结构02沿着房屋的进深方向在石础上立柱，柱上架梁，再在梁上重叠数层瓜柱和梁，自下而上，逐层缩短，逐层加高，至最上层梁上立脊瓜柱，构成一组木构架。抬梁式二、骨架承重体系（一）木构架结构03穿斗式木构架的特点是沿房屋的进深方向按檩数立一排柱，每柱上架一檩，檩上布椽，屋面荷载直接由檩传至柱，不用梁。每排柱子靠穿透柱身的穿枋横向贯穿起来，组成一榀构架。穿斗式二、骨架承重体系（一）木构架结构井干式木构架使用天然圆木或方形、矩形、六角形断面的木料，层层累叠，构成房屋的壁体。04二、骨架承重体系（一）木构架结构随着当今社会低碳、环保、可持续发展的时代要求，现代木构架也进入了一个新的发展阶段。其典型特点是：不再单一地使用大块整料，而是采用现代化的科学技术和设备，通过改料、黏合、高压热弯、真空防腐等一系列工艺流程，生产或定制具有更高物理性能、更耐火、更防腐的复合木质材料，广泛应用于建筑等各个领域。05现代木架二、骨架承重体系（二）框架结构01框架结构是以梁、板、柱构成建筑物的骨架，传递和支撑建筑物的全部荷载，而墙体仅起分隔室内外空间和围护作用。框架结构竖向承重结构全部由框架组成。在水平荷载下，其结构承载力低、刚度小，水平位移大，故称为柔性结构体系。在地震烈度较高地区不宜使用。目前主要用于10层左右住宅楼及办公楼等。框架柱截面常为矩形，也可设计成T形等其他形状。框架结构从纵向柱列的多少可分为单排、双排、三排、四排及多排柱几种形式。二、骨架承重体系（二）框架结构02框架结构透视图二、骨架承重体系（二）框架结构03框架结构布置的几种方式框架结构布置二、骨架承重体系（三）剪力墙结构剪力墙结构是竖向承重结构全部由一系列横向和纵向的钢筋混凝土剪力墙所组成，侧向刚度大、位移小，称为刚性结构体系。剪力墙a通常为横向布置，间距小，一般为3~6m，平面布置不够灵活，适用于小开间的高层住宅、旅馆、办公楼等。一般是横墙短而数量多，纵墙长而数量少。01二、骨架承重体系（四）框架—剪力墙结构这种结构的房屋的竖向荷载由框架柱和剪力墙共同承担，水平荷载主要由刚度较大的剪力墙来承担。框架—剪力墙结构既有框架结构布置灵活的特点，又能承受水平推力。其一般为25层以下建筑，总高度在90m以内。其结构布置原则为合理布置剪力墙的位置，达到既满足建筑使用空间的要求，又使剪力墙承受大部分水平推力的目的。02二、骨架承重体系（四）框架—剪力墙体系03框架—剪力墙实例二、骨架承重体系（五）筒体结构筒体结构由一个或几个筒体作为竖向结构，并以各层楼板将井筒四壁相互连接起来，形成一个空间构架的高层房屋结构体系。这种结构不仅能承受竖向荷载，而且能承受很大的水平荷载。筒体结构内部空间较大，建筑平面布局灵活，适用于超高层建筑，常用于写字楼。01芝加哥西尔斯大厦筒体结构二、骨架承重体系（六）框架—筒体结构框架—筒体结构是由若干个框架和筒体共同组成的结构体系。筒体承受水平荷载，框架主要承担竖向荷载。建筑平面布置灵活，便于设置大房间，又具有较大的侧向刚度和水平承载力。框筒结构和框架—筒体结构的区别在于框筒；框筒结构在筒体内部设置柱子，也称外筒内框，而框架—筒体结构为内筒外框。01吉隆坡石油双塔二、骨架承重体系（七）板柱结构板柱结构由楼板、柱等构件组成，承受竖向和水平荷载的空间结构体系。板柱结构承受水平荷载能力较差，宜在建筑物中布置适量剪力墙，常用于医药、食品、冷库、商场及医院等建筑。01二、骨架承重体系（八）钢结构01钢结构工程是以钢材制作为主的结构，是主要的建筑结构类型之一。以钢材制作为主的结构是主要的建筑结构类型之一。钢材具有强度高、自重轻、整体刚性好、变形能力强等特点，故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特别适宜。二、骨架承重体系（九）拱结构01拱是一种主要承受轴向压力并由两端推力维持平衡的曲线或折线形构件，是古代大跨度建筑的主要形式。拱结构所形成的巨大空间常常用来建造商场、展览馆、体育馆、散装仓库等。二、骨架承重体系（十）刚架结构01刚架结构是横梁和柱以整体连接方式构成的一种门形结构。由于大多数刚架的横梁是向上倾斜的，不但受力合理，且结构下部的空间增大，对某些要求高大空间的建筑特别有利，一般适用于体育馆、礼堂、食堂、菜场等。二、骨架承重体系（十一）桁架结构01桁架结构在实际工程中很少独立使用，常为排架结构的屋架。桁架内力分布均匀，材料强度能充分利用，还能减少材料耗量和结构自重，使结构跨度增大，主要用于体育馆、影剧院、展览馆、食堂、菜场、商场等公共建筑。桁架结构的形式有三角形、梯形、拱形等。二、骨架承重体系（十二）排架结构排架结构是指在两排柱子上放一个屋架支撑在柱子上，形成一个空架连续的房子。排架结构由屋架（或屋面梁）、柱、基础等组成，在单层工业厂房中有广泛应用。05排架结构示意图二、骨架承重体系（十三）悬挑结构01悬挑结构是将梁、板、桁架等构件从支座处向外作远距离延伸，构成一种无视线阻隔的空间，可为建筑空间的灵活组合带来方便，使建筑造型轻盈活泼。当悬挑长度不大时，可采用梁板结构；当悬挑距离较远时，应选用自重较轻的结构形式。悬挑结构实例三、空间结构体系（一）网架结构网架结构是由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连结而成的空间结构。网架结构是高次超静定结构体系。目前中国的网架结构绝大部分采用板型网架结构。01三、空间结构体系（一）网架结构这种结构具有以下优点：杆件之间相互起支撑作用，整体性强、稳定性好、空间刚度大，有利于抗震；节省材料；高度小，能有效利用空间；杆件规格统一，有利于工业生产；网架形式多样，可创造丰富的建筑形式。网架结构根据外形不同，可分为双层的板型网架结构、单层和双层的壳型网架结构。02三、空间结构体系（一）网架结构板型网架结构按组成形式主要分三类：第一类是由平面桁架系组成，有两向正交正放网架、两向正交斜放网架、两向斜交斜放网架及三向网架四种形式；第二类由四角锥体单元组成，有正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、斜放四角锥网架、棋盘形四角锥网架及星形四角锥网架五种形式；第三类由三角锥体单元组成，有三角锥网架、抽空三角锥网架及蜂窝形三角锥网架三种形式。壳型网架结构按壳面形式分主要有柱面壳型网架、球面壳型网架及双曲抛物面壳型网架。网架结构按所用材料分有钢网架、钢筋混凝土网架以及钢与钢筋混凝土组成的组合网架，其中钢网架使用较为广泛。03三、空间结构体系（一）网架结构04网架结构图a双层板型网架b单层壳型网架c双层壳型网架三、空间结构体系（二）折板结构折板结构是以一定倾斜角度整体相连的一种薄板体系，是由多块条形平板组合而成的空间结构。这是一种既能承重，又可围护、用料较省、刚度较大的薄壁结构，具有良好的力学性能。折板结构用来建造大跨度屋顶，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。05三、空间结构体系（三）薄壳结构壳是一种曲面构件，主要承受各种作用产生的内力。薄壳结构是用混凝土、塑料等刚性材料以各种曲面形式构成的薄壁结构，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。壳体能充分利用材料强度，同时又能将承重与围护两种功能融合为一。06悉尼歌剧院三、空间结构体系（三）薄壳结构实际工程中还可利用对空间曲面的切削与组合，形成造型奇特、新颖且能适应各种平面的建筑，但较为费工和费模板。这种结构的优点是自重轻、省材料、跨度大、外形多样等；缺点是费工、费时、费模板，结构计算复杂，不易承受集中荷载，影响推广使用，常用的有筒壳、圆顶壳、双曲扁壳、鞍形壳等。06悉尼歌剧院三、空间结构体系（四）悬索结构悬索结构是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、钢绞线、链条、圆钢以及其他受拉性能良好的线材。悬索结构由索网、边缘构件和下部支撑结构三部分组成，能充分利用高强材料的抗拉性能，具有跨度大、自重小、材料省、易施工等优点。07东京奥运会代代木体育馆三、空间结构体系（五）薄膜结构薄膜建筑是用薄膜材料作围护结构的建筑。薄膜多为纤维织物（如合成纤维、玻璃纤维、金属纤维的织物），表面敷加聚酯薄膜、金属薄膜等涂层。这种薄膜质量轻、强度高、透明度好、耐温，具有防火、防尘、防紫外线等功能。按空间承托手段的不同，可分为篷帐薄膜建筑和充气薄膜建筑两类。08美国迈阿密因特拉玛剧场三、空间结构体系（五）薄膜结构09篷帐薄膜结构是利用骨架、网索将各种现代薄膜材料绷紧形成建筑空间的一种结构。这种结构的主要优点是轻巧柔软、采光好、省材料、安装快速等。其缺点是抗风能力差而易失去稳定。帐篷薄壳结构适用于临时性或半永久性建筑，在城市景观和广场设计中使用较多。1