建築結構選型

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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：

2023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

第三章高層建築結構與選型 14

框剪結構和剪力牆效能比較 15

第四章總結 17

建築結構選型課程報告

——結構例項分析

引言適用、安全、經濟、美觀、便於施工是進行建築結構設計的原則。這五個方面各有所重，又互為矛盾，乙個優秀的建築結構設計往往是這五個方面的最佳結合。往往設計人員注意到適用、安全、經濟、美觀，而忽略了便於施工。

有時設計人員為圖方便，用偏於安全的簡化方法計算，雖然既省事又保證安全，卻增加了造價。

在建築工程建設中，建築的安全性和耐久性主要取決於建築物的結構能否滿足要求。此外，對於大多數建築物，工程造價中約有30%-40%應用於結構工程。而結構工程的施工工期也約佔建築物施工總工期的40%-50%。

因此，搞好結構工程對於建築建設的質量控制、投資控制和進度控制有十分重要的作用。

搞好結構工程的關鍵在於建築結構方案設計，如果選型不當，即使結構計算很精確，也有可能給結構的安全和耐久性帶來無法彌補的缺陷，或者延誤工期，提高工程造價。因此，在建築物的方案設計中，必須將結構造型放在重要地位，通過技術經濟分析，來進行選型決策。1、建築物的功能要求及現場自然條件對結構選型的綜合影響。

結構設計一般在建築設計之後，「受制」於建築設計，但又「反制」建築設計。結構設計不能破壞建築設計，建築設計不能超出結構設計的能力範圍。結構設計決定建築設計能否實現，在這個意義上，結構設計顯得更為重要。

但一棟標誌性建築建成後，往往建築師便成為了人們心目中的建造者，為了實現該建築設計而付出辛勤勞動一絲不苟的結構師並不為人們所知。但無論如何，設計乙個適用、安全、經濟、美觀、便於施工的結構設計方案是結構設計人員的責任。

整體設計包括結構體系的選擇，柱網的布置，梁的布置，剪力牆的分布，基礎的選型等。設計人員根據建築物的性質、高度、重要程度、當地的抗震設防列度、風力情況等條件來選擇合適的結構體系。是採用磚混結構、框架結構、框剪結構、框支結構、筒體，還是巨型框架……選定結構體系後，就要具體決定柱、梁、牆（剪力牆）的分布和尺寸等。

在進行主體結構內力計算後，主體結構底截面的內力成了基礎選型和計算的重要依據。內力計算一般盡量簡化為平面體系來計算，但有時必須採用空間受力體系來計算。無論怎樣，內力計算最終是對柱、梁、板、牆（剪力牆）和塊體這五種部件的計算。

也就是說，進行整體設計後，就要進行部件設計。樑和柱一般可看作細長桿件，內力情況與計算體系相符合。單向板可簡化為單位寬度的樑來計算，雙向板的計算理論也較成熟，異型板的計算就較為複雜，應盡量避免。

對於單片的剪力牆，一般把它視作薄壁柱來近似計算，有時要考慮翼緣的作用；對於筒體結構中的剪力牆則要用空間力學的方法來計算。塊體不同於梁、柱、板、牆，它在空間三個方向的尺寸都比較大，難以視作細長桿件或簡化為平面體系來計算。如單獨基礎，樁的承臺，深梁都是塊體，受力情況很複雜，難以精確分析，所以在計算中往往加大安全係數，以策安全。

所選擇的結構形式的剖面應與建築物使用空間相適應。

要盡可能以結構所構成的空間介面去豐富空間輪廓，甚至於此有意識地去強化人們對視覺空間的異樣感受。這是打破建築模式，從而達到現代建築審美要求的十分有效而又經濟的創作手法。

在結構線網中分割空間，向結構線網外延伸空間，在結構線網上開放空間。

高層建築與城市社會發展的關係密切我國城市化程序及人口的持續增長導致城市人口急劇上公升,城市居住、生產、生活用地日趨緊張。為節約及充分利用城市土地資源,減少拆遷費、市政工程費和複雜地形處理費,提高城市社會吸納能力及其綜合效益,緩解城市膨脹及城市房屋的嚴峻供需矛盾,改善城市環境與調節心理等城市社會性問題,高層建築的數量仍將在全國各大中城市持續增長,且其規模、高度、複雜性及建設速度也將呈上公升趨勢。

高層建築結構複雜性提高現代高層建築體形與平立面空間分布日益複雜,高度、規模、投資日益增大,要求效能更先進、更優化的結構系統形式與之相適應。主要表現為:需求多元化、功能綜合化的趨勢,必然要導致高層建築方案平立面形狀與內部空間分布等多樣化、個性化與複雜化,為增大建築淨空高度,很多一般多高層建築中不存在的新問題與矛盾開始出現,對結構系統形式的要求提高。

隨著高度與規模等增大,高層建築投資增加、工期增長,其結構系統優化的必要性及可優化的空間與效益將更明顯。結構優化,首先是其形式的優化,然後才是其布局與構件引數的優化。高層建築需考慮的影響因素日益複雜、系統、綜合和多變,選型需要的知識資訊愈加龐大,選型結果受人為因素的影響也將增大。

第一章大跨度公共建築結構與選型

1桁架桁架和網架結構是伴隨著新結構材料（鋼筋混凝土和鋼材）的出現和應用而得到巨大發展的結構型別。按照建築結構的力學發展主線，桁架網架結構相對梁板柱結構，可以減少構件彎矩，但不能減少整體彎矩，說明桁架網架結構滿足了第二個層次上的減少彎矩的要求，但不能滿足第乙個層次上的減少彎矩的要求。所以桁架和網架結構也被稱為改進型梁板柱結構。

因為桁架和網架在整體上仍承受彎矩和剪力，其承受的整體彎矩和整體剪力並不因為結構形式的改變發生變化，整體彎矩同樣也隨著跨度的增加而迅速增加，整個結構截面上的受力仍是不均勻的承受軸力，單個構件的截面上承受的是均勻的拉壓應力。這樣的改變雖然不能直接減少整體結構的彎矩，但單個構件可以不承受彎矩而只承受軸力。就是這個改變使得桁架網架結構能夠適應的跨度比一般的梁板柱結構大大提高，如網架的合理跨度可以達到50～100m。

相比梁板柱結構其適用跨度大大提高，但因為整體結構仍然受彎，沒有減少總體彎矩，所以適用跨度的提高有限。舉世矚目的國家體育場「鳥巢」其骨架也是由24榀總高70m左右、桁架結構高度12m的巨大桁架系統相互交叉而成，其總體結構不能減少彎矩，但構件以承受軸力為主。桁架網架結構因為主要採用鋼材和混凝土作為承重材料，所以其發展歷史並不長，大量的應用只是最近幾十年的事情。

2拱結構

拱結構是一種主要承受軸向壓力並由兩端推力維持平衡的曲線或折線形構件。

拱結構比桁架結構具有更大的力學優點，因為桁架結構從整體上看畢竟還相當於乙個受彎構件，而拱結構的受力狀態則發生了與梁根本不同的受力改變，梁以其與外荷載垂直的直杆來抗衡外荷載，並借受彎把力傳給支座，而拱借其凸向外荷載的曲杆來抗衡外荷載。拱結構主要產生軸向壓力。

按結構支撐方式分類，拱可分為三鉸拱、兩鉸拱和無鉸拱3種，如圖所示。三鉸拱為靜定結構，較少採用；兩鉸拱和無鉸拱為超靜定結構，目前較為常用。拱結構的支座會產生水平推力，跨度大時這個力不小，要對付這個水平推力是一件麻煩而又耗費材料的事。

鑑於這個缺點，在實際工程應用中，桁架結構比拱結構用得更普遍。

3網架結構

空間網架是通過節點連線組成一種網狀的三維杆繫結構，它具有三向受力的效能，各桿件之間相互支撐，具有較好的空間整體性，是一種高次超靜定的空間結構。在節點荷載作用下，各桿件主要承受軸力，因而能夠充分發揮材料的強度，結構的技術經濟指標也較好。

空間網架結構的外形為平板狀，則稱為平板網架結構。

平板網架為三向受力的空間結構，比平面結構自重輕、節省鋼材。平板網架結構整體剛度大、穩定性好、安全儲備高，能有效地承受各種非對稱荷載，集中荷載、動荷載的作用；施工時不同步提公升和地基不均勻沉降等有較強的適應能力，並有良好的抗震整體性；通過適當的連線構造，還能承受懸掛吊車及由於柱上吊車引起的水平縱橫向的剎車力作用。平板網架是一種無水平推力或拉力的空間結構，一般簡支支撐在支座上，這能使邊支座大為簡化，也便於下部承重結構的布置，構造簡單，節省材料。

平板網架結構應用範圍廣泛，平面布置靈活，適於各種跨度的工業建築，如體育建築、公共建築等，平面上不論是方形、矩形、多邊形、圓形、扇形等都能進行合理的布置。特別是在大、中跨度的層蓋結構中網架結構更顯示出其優越性。平板網架結構易於實現製作安裝的工廠化、標準化，若採用螺栓連線，網架的杆和節點都可以在工廠生產，符合大工業生產發展的需要，現場方便拼裝，技術簡單，工作量小，且網架可拆、可裝，便於建築物的擴建改造或移動搬遷。

平板網架結構節點多，布置均勻，占用的空間小，可利用網架上下弦之間的空間布置各種裝置及管道等，能更有效地利用空間，使用起來方便、經濟合理。網架的建築造型新穎、美觀、大方，因而為建築師和業主所樂於採用。

。上海文化廣場的改建設計採用鋼結構球節點平板型網架2023年建成。2023年建成的美國紐奧良市體育館圓形平面直徑達207.3公尺,是當今世界上最大的鋼網架結構建築。

4膜結構

膜結構是20世紀中期發展起來的一種新型建築結構形式，是由多種高強薄膜材料(pvc或teflon)及加強構件（鋼架、鋼柱或鋼索）通過一定方式使其內部產生一定的預張應力以形成某種空間形狀，作為覆蓋結構，並能承受一定的外荷載作用的一種空間結構形式。膜結構可分為充氣膜結構和張拉膜結構兩大類。充氣膜結構是靠室內不斷充氣，使室內外產生一定壓力差（一般在10㎜～30㎜水柱之間）,室內外的壓力差使屋蓋膜布受到一定的向上的浮力，從而實現較大的跨度。

張拉摸結構則通過柱及鋼架支承或鋼索張拉成型，其造型非常優美靈活。

用於膜結構中的高強度柔韌薄膜稱膜材，它是一種耐久用、高強度的塗層織物，由織物和塗層復合而成，具有質地柔韌、厚度小、重量輕、透光性好的特點。對自然光吸收和透射能力、阻燃，具有良好的耐久、防火、氣密等特性；表面經過氟素處理或二氧化鈦處理的膜材料抗老化效能好，具有較高的自清潔效能。

5拱結構

拱結構是一種主要承受軸向壓力並由兩端推力維持平衡的曲線或折線形構件。拱結構由拱圈及其支座組成。拱結構的外形一般是拋物線、圓弧線或折線，它們使得拱結構構件在外荷載、支撐豎向反力和水平推力作用下基本上處於受壓或小偏心受壓狀態，在合理拱軸線上的理想拱結構可以不受彎矩。

而當拱軸線不在其合理拱軸線上時，當偏於合理拱軸線之上時，拱身會受負彎矩，相反當偏於合理拱軸線之下時，拱身承受正彎矩。

拱結構的控制尺寸包括：跨度l、矢高f和截面尺寸。由於拱結構是靠形體抗彎而

不是靠截面抗彎，因此拱結構通常可以把跨度做得很大，從幾公尺到上百公尺。矢跨比（lf）越大，拱角推力越小。對於屋蓋結構一般取51~71=lf，且不小於101。

對於混凝土矩形截面拱，拱截面高度可取（301~401）l。拱身可採用等截面，然而無鉸拱一般採用變截面——在拱腳部位增大截面然而無鉸拱一般採用變截面——在拱腳部位增大截面。

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建築結構選型習題

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