結構選型建築體系例項分析
建築1002班
何流 14號
1． 體育館建築------（鋼架；桁架結構體系）
2． 高層建築 ------（剪力牆；筒中筒結構體系）
3． 博物館建築------（懸索；網殼結構體系）
一．體育館建築
鋼架結構體系概述
。鋼結構在工程建設中應用較廣如高層建築、大跨度空間結構、輕鋼結構、工業廠房道路工程中的鋼橋水工建築中的鋼閘門、加油站的鋼頂棚等。具有材料的強度高，塑性和韌性好；材質均勻，和力學計算的假定比較符合；製作簡便，施工周期短；質量輕；鋼材耐腐蝕性差；鋼材耐熱，但不耐火；等優點
桁架結構體系概述
桁架結構中的桁架指的是桁架梁，是格構化的一種梁式結構。桁架結構常用於大跨度的廠房、展覽館、體育館和橋梁等公共建築中。由於大多用於建築的屋蓋結構，桁架通常也被稱作屋架。
當涉及大跨度或重荷載時，用於建築的屋蓋結構的桁架通常稱作屋架，桁架要比梁更經濟。桁架，是由一些細長直杆按適當方式分別在兩端連線而成的幾何形狀不變的結構。桁架按其材料可分為木桁架、鋼筋混凝土桁架、鋼桁架。
本人針對以上兩種常常同時出現的結構體系，進行了實地調研。
例項工程專案一
南京奧體中心體育場屋蓋鋼結構
工程概況
南京奧林匹克體育中心位於南京市城西秦淮河與長江之間的河西新城區中心區域,它東臨江東南路,南毗青石埂路、西連上新河路、北接緯八路,占地面積89.6公頃,總建築面積約40萬m2。
體育場的俯視平面為直徑285.60 m的圓。整個體育場建築造型風格獨特,具有自由動態感。主體結構為部分預應力鋼筋混凝土框架-剪力牆結構體系(2～7層)
結構形式
體育場的屋蓋結構體系是由跨度達376 m、傾斜45°的變斷面三角桁架拱與平行設定的鋼箱梁和平面支撐形成的單層馬鞍形殼組成的空間結構,其大拱的支座處水平推力達13 000 kn。設計最終採用的拱腳為固接,並要求其支座處水平位移控制在6 mm以內,否則屋蓋結構在計算時要考慮水平位移對整個屋蓋結構的影響。
該結構的屋頂組合鋼結構為由跨越東西看台上空的變斷面三角桁架拱(跨度為372.140m,矢高64m,與水平面傾斜45°)及穿越比賽場地的地下連線兩拱腳的「弦」(長400m的8×25根預應力鋼絞線)組成的大雙「弓」,跨越南北面看台前沿上空的跨度140m的懸索狀鋼管,。
因此,整個屋頂結構傳力途徑複雜,屋面部分荷載通過拱傳給基礎,部分由屋面箱梁後端的v形支撐通過看台鋼筋混凝土框架結構體系傳給基礎,力的分配因各種荷載組合工況不同而異。「弦」的作用主要是使樁基礎不承受拱傳來的達113萬kn的南北向水平推力,使拱支座不產生水平位移。東西向的水平推力由兩相對稱的拱腳下的地梁平衡。。
a - 平面 ; b - 軸側 ;c - 立面 ; d - 端部立面
屋蓋結構示意
斜放「弓」結構的設計
弓結構的弓背拱的設計是變斷面等腰三角形桁架鋼拱,底邊由中間的寬15m變至5m。高由7m變至2m。材質為q345-c,為美觀起見,主管外徑均為<1000,壁厚為20～60mm。
拱的設計重點在拱腳和節點上。將三根主管直接埋入拱腳頂標高為7100 m鋼筋混凝土墩內固定 。作為「弓」結構的弦———預留在連線每條拱相對的兩個拱墩的地梁中的8×24根<1512無粘結預應力筋也在拱墩基座中錨固。
設計總控制張拉力20000kn,實測資料表明拱腳位移最大為215mm,證明拱在最不利的荷載組合下基本上無水平位移產生。
屋架設計
南京奧林匹克體育中心體育館屋架由14榀大跨曲面鋼管桁架構成,整個屋面似乙個空間球面,平面尺寸為120m×110m,採用計算機同步控制液壓牽引的曲面滑移技術就位,滑移軌道擱置在異形曲面的框架柱頂面上。需要滑移的主桁架計12榀,每榀單重約80～97t;最大跨距104.4m,最大高度約6m,標準間主桁架水平投影間距8.
6m,第1～14榀桁架的水平投影距離約
111.8m。滑移弧線軌道半徑約359m,滑移弧線軌道最低點與弧線軌道最高點高差約4.
3m。次桁架及主桁架間支撐構件共計13個單元,每個單元重約30t,整個滑移區域總重約計1 661t。
例項工程專案二
南京奧體體育科技中心觀光塔
工程概況
南京奧體體育科技中心位於南京奧體中心的西南隅,由九層主樓(體育新聞中心),四層裙房(行政管理中心)和觀光塔三部分組成,其中裙房與觀光塔相連,與主樓以抗震縫脫開。觀光塔由主塔塔身、弧形桁架和觀光平台三部分組成,弧形桁架底部設定兩根鋼柱斜撐。主塔塔身布置有兩座觀光電梯和一座外露的消防樓梯,主塔塔身頂點標高110m,桅杆頂點標高145.
3m。2023年5月建成後的觀光塔已成為整個體育中心的乙個亮點。
結構形式
觀光塔採用鋼結構,結構體系為框架-支撐體系,下圖為塔身平面圖和塔身豎向支撐體系布置圖,下右圖為弧形桁架結構空間檢視。塔身在31.2m標高以上採用了6根υ800×18鋼管混凝土柱和2根組合柱;31.
2m標高以下,利用被裙房包裹的消防樓梯間設定了壁厚為500mm的混凝土筒體。框架梁截面hw400×400×13×21,結合消防樓梯層高,沿塔身高度方向布置間距為2.6m。
觀光平台採用空間鋼桁架體系,上下平台均為環向不對稱懸挑,其中下平台面標高為101.70m,沿正立面懸挑長度左端為8.3m,右端為15.
7m,平台樓面採用壓型鋼板-現澆混凝土組合樓板,現澆混凝土厚75mm。弧形桁架節間豎向距離10m,弦杆採用υ900×12鋼管,在斜腹杆與桁架弦杆的節點處共採用了11個鑄鋼節點。鋼材材質為q345b,鋼管混凝土柱內混凝土標號為 c40。
結構特點
觀光塔具有以下一些主要結構特點:
(1)主塔高寬比大,為110/7=15.7;
(2)塔身在31.2m標高處豎向截面突變;
(3)觀光平台不對稱懸挑,結構質心與剛心不重合;
(4)弧形桁架,觀光平台與塔身三者之間應能較好地
共同工作;
(5)舒適度指標控制。
設計措施
針對觀光塔高、柔、不對稱性等特點,設計中採取了以下針對性措施:
(1)採用鋼管混凝土柱,抗側能力強,且增加了結構質量,結構頂點加速度易滿足;
(2)將塔身中部的2根υ800×18鋼管混凝土柱改為兩根「啞鈴形」鋼管混凝土組合柱,組合柱由2根υ800×18鋼管通過20mm厚鋼板連線組成,結構在兩個方向的抗側移能力,尤其在x方向大幅增強,靜力計算風荷載作用下的塔身頂點位移在x和y方向分別下降了28.4%和19.8%;
(3)塔身在31.2m標高以下利用外擴樓梯間設定3m×7.4m的混凝土筒體,並將塔身中部範圍內筒體牆厚加厚至500mm;
(4)立面和觀光要求在ⅱ、ⅳ軸及觀光電梯的兩個側面不允許布置豎向支撐,且觀光梯三個外立面處相應橫樑間距由2.60m增加到5.20m,塔身在y方向僅有ⅲ軸線一道豎向支撐。
為解決該方向抗側能力的不足,控制平面扭轉,消防剪刀梯採用梁式做法,梯梁為兩根200×400×12方鋼管,與加強後的樓梯平台一起構成該方向的x形交叉支撐;
(5)31.2m標高塔身豎向平面轉換採用18mm厚鋼板剪力牆過渡,過渡範圍沿高度為2.90m;
(6)觀光層上下平台間沿露天平台內側環向設定22根υ245×12的吊柱和柱間支撐,如圖5所示,利用上下平台形成的連線剛度,以達到減少平台扭轉和降低下平台撓度的目的;
(7)下部弧形桁架支座採用萬向轉動球鉸支座,設計內力為:最大水平剪力設計值vmax=800kn,最大軸力設計值nmax=3000kn
例項工程專案三
南京奧體新聞科技中心
工程概況
南京奧體新聞科技中心位於南京市河西地區,為全國第十屆運動會的新聞辦公中心。結構整體東西長123m,南北寬47m,主體結構為九層,外帶區域性裙房和高為110m的觀光塔,科技中心的屋蓋結構為空間弧形鋼結構體系。
結構形式
主體結構是由對稱的兩個矩形結構組成,通過一系列空中連廊將這兩個結構連為整體,下部結構採用了八個v形柱和託樑來支承上部結構,如下圖所示。主體結構為混凝土框架2剪力牆結構體系,結構層1高6.4m,層2高3.
5m,層3高5.0m,層4以上高3.8m。
整個結構的混凝土強度等級為:層1～3梁為c40,柱和剪力牆為c45;層4～9梁、柱和剪力牆均為c40。屋蓋結構為空間交叉桁架體系,以兩邊空間主桁架為主要受力體系,中間通過空間次桁架來連線兩主桁架。
結構布置
體育科技中心屋蓋結構為縱向對稱的空間鋼結構,是由兩片空間交叉弧形鋼桁架組成,且兩片空間交叉弧形鋼桁架在豎向存在一定落差。左片空間交叉弧形鋼桁架又是由2榀縱向空間弧形主桁架和15榀橫向次桁架組成的;右片空間交叉弧形鋼桁架也是由2榀縱向空間弧形主桁架和18榀橫向次桁架組成的,如圖所示。空間交叉桁架桿件採用熱軋無縫鋼管,鋼材材質為q345b。
體育科技中心屋蓋在水平方向的投影長度為118.45m,而橫向寬度是漸變的。整個屋蓋左右兩片空間交叉弧形鋼桁架上均要開洞。
屋蓋鋼結構空間弧形主桁架與下部混凝土結構之間的連線是通過四角錐體系來實現的,屋蓋懸挑鋼結構與附屬混凝土結構是通過一些搖擺柱來實現連線的。
二．高層建築
剪力牆結構體系概述
剪力牆結構是用鋼筋混凝土牆板來代替框架結構中的梁柱，能承擔各類荷載引起的內力，並能有效控制結構的水平力。鋼筋混凝土牆板能承受豎向和水平力，它的剛度很大，空間整體性好，房間內不外露梁、柱楞角，便於室內布置，方便使用。剪力牆結構形式是高層住宅採用最為廣泛的一種結構形式。
其牆體同時也起圍護及分割房間的作用。整體性好，剛度大，抗震效能好，適於建造高層建築。不過剪力牆間距太小，平面布置不靈活，自重大，不適應建造公共建築，一般適用於建造住宅。
剪力牆結構體系主要有：框架-剪力牆結構、剪力牆結構、框支剪力牆結構、筒式結構等四大類。
筒中筒結構體系概述
筒中筒結構由心腹筒、框筒及桁架筒組合，一般心腹筒在內，框筒或桁架筒在外，由內外筒共同抵抗水平力作用。由剪力牆圍成的筒體稱為實腹筒，在實腹筒牆體上開有規則排列的窗洞形成的開孔筒體稱為框筒；筒體四壁由豎桿和斜桿形成的桁架組成則稱為桁架筒。
結構體系是指結構抵抗外部作用的構件組成方式。在高層建築中，抵抗水平力是設計的主要矛盾，因此抗側力結構體系的確定和設計成為結構設計的關鍵問題。高層建築中基本的抗側力單元是框架、剪力牆、實腹筒（又稱井筒）、框筒及支撐由這幾種單元可以組成多種結構體系。
建築結構選型
考查課結課作業 題目 建築結構選型例項分析 課程名稱 建築結構選型 學院 學生姓名 學號專業班級 任課教師 2015年 6月 引言 3 第一章大跨度公共建築結構與選型 5 1桁架 5 2拱結構 6 3網架結構 6 4膜結構 7 5拱結構 8 6橋梁結構 10 第二章多層建築結構與選型 12 第三章高...
建築結構選型
1 構件按受力特徵來劃分主要有以下三類 軸心受力構件偏心受力構件受彎構件 軸心受力構件 偏心受力構件和受彎構件 2 穩定係數 按穩定考慮的承載力與強度承載力的比值 按穩定考慮的承載力與強度承載力的比值 3 相同材料的拉桿與壓桿受同樣的荷載作用時，拉桿所需的截面尺寸要比壓桿小 小 4 一般提高壓桿承載...
建築結構選型習題
一 單選題 1 對於一般平面，在抗震設計時，上下層剛度比應盡量接近於1，不應大於 a.1.5 b.2 c.2.5 d.3 2 在抗震設防區，框架體系房屋結構柱子的淨高與截面長邊的比值宜大於 a.4 b.3 c.5 d.2 3 薄腹梁實質是梁結構，屬受彎構件，它不具備以下哪項優點？a.設計 製作簡單 ...