建筑结构课件：第一章 绪论

建筑结构 什么是结构？ 广州西塔：主塔楼采用筒中筒结构体系，内部为三角形的钢筋混凝土核心筒，外部为钢管混凝土巨型斜交网格外筒。 单层工业厂房 整体现浇楼盖 第一章绪论结构的概念：结构就是空间骨架，是建筑物的基本组成部分。建造建筑物必须使用建筑材料，建造成的空间骨架必须具有足够抵抗能力，抵御自然界可能发生的各种作用。在进行建筑物设计时，要尽可能使结构中各受力杆件的材料得到充分利用，且结构抗力≥作用效应 什么是合理的建筑与结构呢？建筑：适用、经济、美观第七届梁思成建筑奖获得者孟建民的“本原设计”理念：建筑回归为人服务的本原，不用为建筑而建筑，而要从人的角度出发，让建筑服务于人。建筑环境是否健康，是否高效，是否具有人文性，应该比外观更需要重点考虑的事情。换句话说：设计不能为外形而牺牲功能。本原设计三要素：健康（温度、湿度、光线和空气质量）、高效（节能-低技术绿色建筑，少用玻璃幕墙，考虑建筑的运营成本）、人文（与传统文化结合）结构：坚固、耐久选择与建筑相适应的结构体系，尽可能使构件受轴向力，这样可以充分利用材料的强度，减轻结构自重 第一节建筑结构与建筑的关系建筑的三要素：坚固、适用、美观我们国家的建设方针：适用、经济、美观如何组织协调三者的关系，或随着社会的发展需考虑更多因素之间的关系，也是我们需要探索与思考的。 1.功能性——适用；根据使用需要，对活动空间提出特定的功能要求，例如平面尺寸、高低、封闭或开敞、交通联系等，是建筑的基本主题。以什么样的结构型式开辟这个空间更能满足功能要求，用什么材料搭起这个空间，是建筑师和结构师共同探讨的问题。 2.实践性——坚固、强度；建筑物的坚固（可靠），具有一定的抵抗力，是结构存在的根本原因。选择合理的结构形式，可以充分利用材料、保证结构的安全、更加经济，利于可持续发展。 五台山显通寺无梁殿 捷克布拉格圣维特大教堂 梵蒂冈圣彼得大教堂 3.艺术性——美观；建筑物不是纯艺术品，因为人要使用它，首先要适用和坚固。然而建筑物又是艺术创作，它摆在大街上，比放在艺术馆里的艺术品更容易被人们评论。成功的建筑物可能会成为一个地方的标志。建筑的美观表现在三个方面：内部空间、外部造型、群体组合。 经常把建筑物比喻成人：建筑是人的容貌、体型、气质；结构是人的骨骼、耐力、寿命；设备等是人的神经脉络。建筑的适用、美观和经济，有赖于结构汇集和传递荷载符合力学原理，并选用相应的建筑材料。 由于建筑物的三个基本性质（功能性、实践性、艺术性）要求，建筑、结构与设备的分工加深，分化出不同且独立的学科。建筑专业：建筑、构造、城规、园林、古建、物理（声、光、热等）结构专业：力学与结构理论、结构工程设计、施工设备专业：水（给水、排水、暖气）、电（动力、照明）、空调、与自动化配套的设备等 建筑设计：环境、场地、体型；与人的活动相关的空间建筑技术问题建筑艺术和室内设计结构设计：结构型式结构材料结构承载力、变形、倾覆、稳定结构连接构造和施工方法 建筑物从设计到落成的过程：了解使用要求-----初步设计构思-----方案论证-----研究各种功能要求-----形成总体设计方案-----处理各种工程技术问题-----进行各工种细部设计-----完成总体设计，绘制施工图-----交付施工，在施工中不断修改设计-----建筑物落成 工程实例ò1957年建成的罗马小体育宫园形平面，直径59.13m，钢筋混凝土肋形球壳结构，壳体的网肋加以艺术化，构成葵花图案并与照明结合，使整个室内空间的结构型式与艺术形象完全融为一体。球壳为有推力结构，它的径向推力由36根Y形斜柱支撑将荷载传至地下宽2.5m的环形基础。因Y形柱接近地面，净空小，故将其隔于室外完全敞露，这不仅显示了它传力的结构特点，还表现了它独特的艺术风格。此建筑在建筑、结构及功能上实现了完美的结合。 意大利佛罗伦萨运动场大看台美国耶鲁大学冰球馆（建筑师把建筑的外型与弯矩图统一起来）a）外景（波浪起伏、结构清新、欢快）b）内景（绚丽的艺术图案）1960年奥运会罗马小体育馆（1957，装配整体式叠合结构）（混凝土肋形扁壳：D=60m，高21m，f/l=1/5，36根Y形柱承上启下，自然的显示结构力度） ò美国麻省理工学院礼堂屋顶为球面薄壳，三脚落地。薄壳曲面由1/8球面构成，这1/8球面是由三个与水平面夹角相等的通过球心的大圆从球面上切割出来的。球的半径为34m。薄壳平面形状为48m×41.5m的曲边三角形。薄壳的三个边为向上卷起的边梁，并通过它将壳面荷载传到三个支座。壳面边缘处厚度为94mm。屋顶表面用铜板覆盖。该建筑1955年由沙里宁设计。 美国麻省理工学院（MIT）礼堂（平面为正三角形） 美国旧金山金门大桥主跨1280m，主索直径910mm，悬索下垂122m1937年建成，曾保持27年世界纪录 波兰弗罗茨瓦夫的百年厅 佛罗伦萨百花教堂 òCCTV新楼a）正面b）侧面图1CCTV新楼（2005）CCTV新楼，结构布置极不对称、大悬臂(l=75m)、刚度突变等，对抗震十分不利，耗费巨大资源（钢板厚度200mm），钢结构总重14万吨。根据现阶段的抗震设计方法，对这类超限结构来说，也可能是不安全的。 ò国家体育场—鸟巢：平面桁架系结构[4]的一个著名的例子（椭圆平面：332.3m×297.3m，高40.1m～68.5m，主结构为门形框架，膜屋面）,开合结构用钢量：5.38万t/7.76万m2=0.693t/m2;a）开合结构→体育场b）主结构布置图2第29届奥运会主场馆——“鸟巢”（2008，用钢量：693kg/m2→710kg/m2）去掉开启屋盖并“瘦身”行动后还有:g=0.710t/m2(=4.1875k2)。结构重力万t/5.9万mg与活荷载q之比710÷50=14.2倍。kk 1990年北京举办第11届亚运会，中国自己设计、施工的13个大跨度场馆中，空间结构占84.6%，其中,空间网格结构10个、空间索结构1个（图10）。一维梁式结构只有2个。1996年开始，我国钢产量超过1亿t，居世界之北京朝阳体育馆（1990）首，这是发展我国钢结构的(组合悬索结构，椭圆平面：69m×78m，用钢量52.2kg/m2）主要物质基础。在发达国家，钢结构建筑已成为城市的主要建筑，占建筑总量的比例一般都在40%以上，而我国尚不足3%。 第二节建筑结构的分类1.按材料分：混凝土结构砌体结构钢结构组合结构木结构膜结构 2.按结构体系分：混合结构ò框架结构剪力墙结构框架--剪力墙结构筒体结构ò大跨度结构（门式刚架结构、桁架结构、网架结构、壳体结构及悬索结构等）ò3.按建筑物高度分：多层高层建筑（10层及以上或房屋高度大于28米的住宅建筑和房屋高度大于24米的其他民用建筑） 世界超高层建筑：哈利法塔（迪拜）828m，2010印度塔（孟买）720m，2016上海中心大厦632m，2014绿地中心（武汉）606m，2014皇家钟塔酒店（沙特麦加）601m，2012高银117大厦（天津）597m，2014平安国际金融大厦（深圳）588m，2014世贸中心自由之塔（美国）541.33m，2015 周大福中心（广州）539.20m，2014周大福滨海中心（天津）530m，2014绿地中心（大连）518m，2014Pentominium（迪拜）515.68m，2013中国尊（北京）510m，2014101大楼（台北）509m，2004环球金融中心（上海）492m，2008环球贸易广场（香港）484m，2010双子塔（吉隆坡）451m，1998紫峰大厦（南京）450m，2009国际金融中心（苏州）450m，2013 广州超高层建筑：国际金融中心（西塔）441.75m，103层，2010中信广场391.1m，80层，1996珠江城大厦309.65m，71层，2011利通大厦302.9m，64层，2011中华国际中心B座269.52m，62层，2007广州银行大厦267.75m，57层，2012广东电信广场260m，68层，2003富力中心243.05m，54层，2007新中国大厦224.8m，51层，2009维多利广场A座222.6m，52层，2007 高度为632m的上海中心大厦正在以每7天一层的速度建设，一批城市建造超高层建筑的风潮在中国兴起。超高层建筑并不适用于每个城市。像广西防城港市计划建造528m的亚洲国际金融中心，但其城市人口却还不足100万。 超高层建筑的问题：ò引起城市峡谷效应：玻璃幕墙会吸收反射大量阳光，导致周围温度升高；导致光污染；ò地表因负荷大产生沉降：上海近10年陆地沉降严重，每年下沉15mm，已经影响到地铁和高层建筑的结构，金茂大厦附近已下沉63mm。ò超高层建筑不经济：建造成本、使用成本高 高层建筑：台北国际金融中心（101）高508米，成为新的全球第一高楼，也成为台北市的新地标。03年主体工程正式完工，进入内部施工阶段，04年底正式启用，其中B2到B5为地下停车场、9到84层为办公大楼、86到91层则为景观餐厅及观景台。台北“101”大楼自取得土地开发权后先碰到“航高限制”，工期延误8个多月；02年的“3.31大地震”，停工6个月。它建在地震、台风、断裂带等多种不利的环境中，在工程技术、管理上都存在着相当的难度。 台北国际金融中心为巨型结构，大楼共有8根巨柱（四边各有两根），每根截面约3m长，2.4m宽，自地下5层直通至地上90层，柱内灌入高密度、高强度混凝土，外包钢板。楼内两部观光电梯从5楼至89层观光台只需37秒，是世界上最快的电梯。 目前世界第一高楼—“101”台北508m高、101层Oct.24,2003 建于广州的中信大厦，地面以上80层，高322.5m，钢筋混凝土筒中筒结构。建筑立面底部4层为开敞式，取消外框筒的所有边柱，仅保留四根角柱，于是在第5层设置转换大梁，承托不落地的边柱。转换大梁与四根角柱形成大型立体刚架，承受上部传下来的荷载。四根角柱为L形截面，每边边长为7.75m,肢厚2.5m，转换大梁截面为2.5m×7.75m,落地内筒的墙厚为1.6m,第5层楼板为450mm厚的现浇混凝土平板。 珠江新城西塔规划图 广州西塔效果图(广州西塔效果图432m): 基本资料•位置：珠江新城中轴线西侧•占地面积：3.1万平方米•总建筑面积：44．8万平方米•建筑层数:地下4层，地上103层•结构高度：432米•物业类型:集办公、酒店、休闲娱乐为一体的综合性商务中心。•设计使用年限：100年•竣工时间：2009年10月28日 •西塔工程有255榀对称与非对称“X”形外筒节点，制作难度大，大直径厚壁钢管相贯口的设计与切割精度要求高。•混凝土设计强度高。塔楼混凝土强度C60～C90；高性能混凝土总量达82188．23m3，泵送高度437．5m。 广州新电视塔广州新电视塔的方案是通过国际方案竞赛，从入围的13个方案中选出的。电视塔高610m，由454m的主塔体和156m的天线桅杆构成。电视塔塔体包括39层不同功能的封闭楼层，作为观光层、餐厅、电视广播技术中心以及休闲娱乐区等。 钢管混凝土柱斜撑圆环混凝土核心筒 广东省博物馆新馆广东省博物馆新馆位于珠江新城。占地面积41027㎡，总建筑面积63128㎡，地下1层，地上5层，建筑总高度44.65m，总投资9亿元人民币。工程开工日期是2004年12月12日，预计07年7月建成。 新博物馆的整体结构型式选用的是大跨度悬挂结构体系。这种体系的原理是利用筒体作为柱子，在顶部及中部分段设置一些悬臂桁架或大梁，并由悬臂桁架或大梁伸出若干吊杆与下面各楼层相连。这种结构体系在20世纪50年代就已出现，但到现在为止在具体的工程实例中还没有被广泛应用。 钢管混凝土剪力墙