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1、1System and Selection of Building Structures土木建筑与力学学院建筑结构选型第10章 大跨度建筑结构的其他型式n大跨度建筑体现了一个国家建筑技术的发展水平大跨度建筑体现了一个国家建筑技术的发展水平;n大跨度的公共建筑往往被作为一个城市或者地区的标志大跨度的公共建筑往往被作为一个城市或者地区的标志;n传统的大跨度建筑的结构它们在结构上具有不同的受力特传统的大跨度建筑的结构它们在结构上具有不同的受力特点，在建筑上具有不同的造型特色。点，在建筑上具有不同的造型特色。n随着时代的发展，人们对建筑的要求已经不再仅仅是囊足随着时代的发展，人们对建筑的要求已经不再仅
2、仅是囊足物质功能的需要，而是越来越高地提出了对建筑精神功能物质功能的需要，而是越来越高地提出了对建筑精神功能的要求。的要求。n随着建筑施上技术完善，随着各种新型屋而材料的出现，随着建筑施上技术完善，随着各种新型屋而材料的出现，大跨度建筑结构的型式将会越来越丰富多彩。大跨度建筑结构的型式将会越来越丰富多彩。3第10章 大跨度建筑结构的其他型式10.1 张拉整体体系和索穹顶张拉整体体系和索穹顶10.2 弦支空间骨架结构弦支空间骨架结构10.3 斜拉结构斜拉结构10.4 混合空间结构10.4 多面体空间刚架结构4第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.1 张拉整体体系和索
3、穹顶张拉整体体系和索穹顶10.1.1 概述概述张拉整体体系：由一组张拉整体体系：由一组连续的受拉索与一组不连续的受拉索与一组不连续的受压构件组成的连续的受压构件组成的自支承、自应力的空间自支承、自应力的空间铰接网格结构。铰接网格结构。特点：特点：自支承自支承预应力提供刚度预应力提供刚度自平衡自平衡恒定应力态恒定应力态 它通过拉索与压杆的不同布里形成各种形态，索的拉力经过一系列受压杆而改变方向，使拉索与压杆相互交织实现平衡。这种结构的刚度依靠对拉索与压杆施加预应力来实现，且预应力值的大小对于结构的外形和结构的刚度起着决定作用。没有预应力，就没有结构形体和结构刚度;预应力值越大，结构的刚度也越大。
4、同时，预应力应设计成自平衡体系，以构成合适的应力回路。5第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.1 张拉整体体系和索穹顶张拉整体体系和索穹顶10.1.2 张拉整体体系的形式张拉整体体系的形式111图图10-1-1 张拉集成单元张拉集成单元图图10-1-2 集成单元集成单元结构单元结构单元张拉单元张拉单元结构构件结构构件拉索拉索压杆压杆6第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.1 张拉整体体系和索穹顶张拉整体体系和索穹顶10.1.2 张拉整体体系的形式张拉整体体系的形式图图10-1-3 张拉索网的样式张拉索网的样式图图10-1-4 张拉索的
5、各张拉索的各种型式种型式 拉力海洋中的应力孤岛！拉力海洋中的应力孤岛！第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.1 张拉整体体系和索穹顶张拉整体体系和索穹顶10.1.2 张拉整体体系的形式张拉整体体系的形式8第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.1 张拉整体体系和索穹顶张拉整体体系和索穹顶10.1.3 索穹顶结构的工程实践索穹顶结构的工程实践n1)汉城奥运会的索穹顶结构图图10-1-5 竞技馆的屋盖结构竞技馆的屋盖结构 图图10-1-6 竞技馆屋盖的张拉过程竞技馆屋盖的张拉过程9第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型
6、式10.1 张拉整体体系和索穹顶张拉整体体系和索穹顶10.1.3 索穹顶结构的工程实践索穹顶结构的工程实践图图10-7-1 佐治亚穹顶结构布置佐治亚穹顶结构布置第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.1 张拉整体体系和索穹顶张拉整体体系和索穹顶10.1.3 索穹顶结构的工程实践索穹顶结构的工程实践11第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.1 张拉整体体系和索穹顶张拉整体体系和索穹顶10.1.3 索穹顶结构的工程实践索穹顶结构的工程实践图图10-1-8 佐治亚穹顶施工过程佐治亚穹顶施工过程第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结
7、构的其他型式10.1 张拉整体体系和索穹顶张拉整体体系和索穹顶10.1.3 索穹顶结构的工程实践索穹顶结构的工程实践奥运会主馆奥运会主馆佐治亚穹顶佐治亚穹顶13第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.2 弦支空间骨架结构弦支空间骨架结构10.2.1 弦支空间骨架结构的概念弦支空间骨架结构的概念n弦支骨架结构：将索弯顶结构柔性的上弦索用刚性骨架结构代替，形成上部骨架与弦支体系相结合的新受力体系。n利用弦支体系调整骨架部分的内力分布，大大降低上部骨架结构最大弯矩的峰值和挠曲变形。n弦支空间骨架结构，上部骨架是空间结构，如交叉析架、网壳等，或是由主梁与环梁组成的交叉梁系；
8、下部弦支体系也为空间布置，包括环索、斜索、压杆等。n弦支体系部分对下部支承结构产生压力，与骨架部分对下部支承结构产生的拉力可以部分抵消，大大降低结构体系对下部支承结构的要求。14第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.2 弦支空间骨架结构弦支空间骨架结构 弦支空间骨架结构工程实例弦支空间骨架结构工程实例n1)弦支空间梁系结构图图10-2-1 上海铁路南站屋盖结构布置上海铁路南站屋盖结构布置(a)钢屋盖平面图；钢屋盖平面图；(b)钢屋盖剖面图钢屋盖剖面图图图10-2-2钢屋盖内压环、主梁、钢屋盖内压环、主梁、主索、环索、擦条的布置主索、环索、擦条的布置世界最大圆顶透光
9、火车世界最大圆顶透光火车站站“大交通、大空间、大交通、大空间、大绿化大绿化”设计理念设计理念 第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.2 弦支空间骨架结构弦支空间骨架结构 弦支空间骨架结构工程实例弦支空间骨架结构工程实例第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.2 弦支空间骨架结构弦支空间骨架结构 弦支空间骨架结构工程实例弦支空间骨架结构工程实例上海铁路南站屋盖结构布置上海铁路南站屋盖结构布置17第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.2 弦支空间骨架结构弦支空间骨架结构 弦支空间骨架结构工程实例弦支空间骨架结构
10、工程实例n2)弦支网架结构图图10-2-4 国家体育馆全景国家体育馆全景18第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.2 弦支空间骨架结构弦支空间骨架结构 弦支空间骨架结构工程实例弦支空间骨架结构工程实例n2)弦支网架结构图图10-2-5 国家体育国家体育馆平、剖面图馆平、剖面图19第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.2 弦支空间骨架结构弦支空间骨架结构 弦支空间骨架结构工程实例弦支空间骨架结构工程实例n2)弦支网架结构图图10-2-6 国家体育馆屋盖结构平面及剖面国家体育馆屋盖结构平面及剖面20第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大
11、跨度建筑结构的其他型式10.2 弦支空间骨架结构弦支空间骨架结构 弦支空间骨架结构工程实例弦支空间骨架结构工程实例n3)弦支网壳结构图图10-2-7 北京工业大学体育馆北京工业大学体育馆图图10-2-8 弦支网壳平面弦支网壳平面第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.2 弦支空间骨架结构弦支空间骨架结构 弦支空间骨架结构工程实例弦支空间骨架结构工程实例22第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.2 弦支空间骨架结构弦支空间骨架结构 弦支空间骨架结构工程实例弦支空间骨架结构工程实例n4）弦支空间桁架结构图图10-2-9 北京大学体育馆效果图
12、北京大学体育馆效果图23第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.2 弦支空间骨架结构弦支空间骨架结构 弦支空间骨架结构工程实例弦支空间骨架结构工程实例图图10-2-10 北京大学体育北京大学体育第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.2 弦支空间骨架结构弦支空间骨架结构 弦支空间骨架结构工程实例弦支空间骨架结构工程实例北京大学体育馆北京大学体育馆25第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.3 斜拉结构斜拉结构10.3.1 斜拉索的布置斜拉索的布置n途径：途径：将将受弯构件的传力途径改为由索和塔柱承受拉、受弯构件
13、的传力途径改为由索和塔柱承受拉、压的传力途径压的传力途径。图图10-3-1 斜拉索的布置斜拉索的布置 图图10-3-2 斜拉索锚固与平衡斜拉索锚固与平衡索竖向分力：索竖向分力：减轻结构竖向减轻结构竖向负荷；负荷；索水平分力：索水平分力：增加负荷增加负荷措施：措施：控制索控制索的倾角的倾角塔的水平力：塔的水平力：平衡平衡26第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.3 斜拉结构斜拉结构10.3.2 斜拉索的布置斜拉索的布置图图10-3-3 斜拉结构斜拉结构27第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.3 斜拉结构斜拉结构10.3.2 斜拉索的布
14、置斜拉索的布置28第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.3 斜拉结构斜拉结构10.3.2 斜拉索的布置斜拉索的布置29第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.3 斜拉结构斜拉结构10.3.2 斜拉索的布置斜拉索的布置图图10-5 新加坡港务局开普区码头集装箱站仓库新加坡港务局开普区码头集装箱站仓库30第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.3 斜拉结构斜拉结构10.3.2 斜拉索的布置斜拉索的布置图图10-3-6 北京奥林匹克体育中心综合馆屋盖结构透视北京奥林匹克体育中心综合馆屋盖结构透视31第第10章章 大
15、跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.3 斜拉结构斜拉结构10.3.2 斜拉索的布置斜拉索的布置图图10-3-7 国家奥林匹克体育中综合馆屋盖布置国家奥林匹克体育中综合馆屋盖布置32第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.3 斜拉结构斜拉结构10.3.2 斜拉索的布置斜拉索的布置图图10-3-8 国家奥林匹克体国家奥林匹克体育中心游泳馆育中心游泳馆33第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.3 斜拉结构斜拉结构10.3.2 斜拉索的布置斜拉索的布置图图10-3-9 呼和浩特民呼和浩特民航机库斜拉屋航机库斜拉屋图图10-3-1
16、0 无锡县无锡县游泳馆斜拉屋盖游泳馆斜拉屋盖34第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.3 斜拉结构斜拉结构10.3.2 斜拉索的布置斜拉索的布置图图10-3-11 浙江省黄龙体育中心体育场挑篷结构浙江省黄龙体育中心体育场挑篷结构第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.3 斜拉结构斜拉结构10.3.2 斜拉索的布置斜拉索的布置第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.3 斜拉结构斜拉结构10.3.2 斜拉索的布置斜拉索的布置第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.3 斜拉结构斜拉结构1
17、0.3.2 斜拉索的布置斜拉索的布置38第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.3 斜拉结构斜拉结构10.3.2 斜拉索的布置斜拉索的布置图图10-3-12 福建龙岩福建龙岩体育馆的结构布置图体育馆的结构布置图图图10-3-13 复且大学正大体育复且大学正大体育39第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.4 混合空间结构混合空间结构10.4.1 混合空间结构的组成混合空间结构的组成n将前述介绍过的大跨度结构形式根据需要组合使用。n一般说来，常以巨大的刚架、拱、悬索或斜拉结构形成巨型骨架，勾画出 建筑的主轮廓。以巨型骨架、侧边构件或周边承重
18、结构作为支座，在其上 布置平板网架、网壳、悬索等屋盖，形成风格各异的屋面。n混合空间结构的组成混合空间结构的组成考虑因素：1、应满足建筑功能的需要；2、结构受力均匀合理、动力性能相互协调、材料强度得到充分发挥；3、结构刚柔相济，有良好的稳定性；4、尽量采用预应力等先进的技术手段；5、施工比较简洁，造价比较合理。40第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.4 混合空间结构混合空间结构10.4.3 混合空间结构的应用实例混合空间结构的应用实例n1）刚架一索混合空间结构图图10-1 丹东体育馆屋盖结构示意图丹东体育馆屋盖结构示意图41第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式
19、大跨度建筑结构的其他型式10.4 混合空间结构混合空间结构10.4.3 混合空间结构的应用实例混合空间结构的应用实例图图10-1 丹东体育馆屋盖结构示意图丹东体育馆屋盖结构示意图42第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.4 混合空间结构混合空间结构10.4.3 混合空间结构的应用实例混合空间结构的应用实例n2)拱-网架混合空间结构图图10-4-3 江西省体育馆江西省体育馆结构平面、剖面图结构平面、剖面图44第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.4 混合空间结构混合空间结构10.4.3 混合空间结构的应用实例混合空间结构的应用实例图图4
20、-4-4 大拱结构布置大拱结构布置图图4-4-5 钢管混凝土骨架钢管混凝土骨架45第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.4 混合空间结构混合空间结构10.4.3 混合空间结构的应用实例混合空间结构的应用实例图图4-4-6 美国耶鲁大学冰球馆美国耶鲁大学冰球馆第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.4 混合空间结构混合空间结构10.4.3 混合空间结构的应用实例混合空间结构的应用实例47第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.4 混合空间结构混合空间结构10.4.3 混合空间结构的应用实例混合空间结构的应用实例
21、图图10-4-7 海南美兰机场维修机库屋盖平面海南美兰机场维修机库屋盖平面48第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.4 混合空间结构混合空间结构10.4.3 混合空间结构的应用实例混合空间结构的应用实例图图10-海南美兰海南美兰机场维修机库剖面机场维修机库剖面图图10-9 日本日本岩手县体育馆岩手县体育馆49第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.4 混合空间结构混合空间结构10.4.3混合空间结构的应用实例混合空间结构的应用实例图图10-10 四川省体育馆四川省体育馆第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.
22、4 混合空间结构混合空间结构10.4.3 混合空间结构的应用实例混合空间结构的应用实例51第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.4 混合空间结构混合空间结构10.4.3 混合空间结构的应用实例混合空间结构的应用实例图图10-4-11 青岛体育馆青岛体育馆第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.4 混合空间结构混合空间结构10.4.3 混合空间结构的应用实例混合空间结构的应用实例53第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.4 混合空间结构混合空间结构10.4.3 混合空间结构的应用实例混合空间结构的应用实例图图
23、10-4-12 朝阳体育朝阳体育馆屋盖结构示意馆屋盖结构示意图图10-4-13 朝阳体育馆朝阳体育馆中央索一拱结构中央索一拱结构第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.4 混合空间结构混合空间结构10.4.3 混合空间结构的应用实例混合空间结构的应用实例第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.4 混合空间结构混合空间结构10.4.3 混合空间结构的应用实例混合空间结构的应用实例56第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.4 混合空间结构混合空间结构10.4.4 混合空间结构的特点混合空间结构的特点n混台空间结构
24、综合利用各种同结构在受力性能、建筑造型、综合经济指标等方面的优势。结构中各构受力性能明确，且往住以轴向受力主寺可根据构件的受力特点选用不的结构材料，有利于材料充分发作用。n以刚架、拱、悬索或斜拉轿架成巨型骨架结构作为网架、网壳、悬索等结构的支座：可有效地减小网架、网壳或悬索结构的跨度，提高屋结构的刚度，从而降低了网架、网壳及悬索结构的材料用量和工程造价。57第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.4 混合空间结构混合空间结构10.4.4 混合空间结构的特点混合空间结构的特点n刚架、拱及悬索或斜拉索的支塔结构具有巨大的外形尺寸，同时也承受很大的荷载，因此其截面形式赏为
25、箱、工字形、槽型等，并常采用劲性钢筋配筋或采用预应力技术，这就可有效地保证巨型骨架结构的刚度和承较能力。n混合空间结构的延筑造型活泼明块、易干变化，可以适应多种边界条件。巨型骨结构的独特造型，直接赋予建筑气势磅礴、健美或新颖典雅的艺术形象，给人以稳健强劲、又蓬勃向上的艺术感染力，容易给人留下深刻的影响，因而乐于为建筑师的采用。58第第10章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.5 多面体空间刚架结构多面体空间刚架结构10.5.1 多面体空间刚架结构的几何图形学基础多面体空间刚架结构的几何图形学基础图图10-5-1 Weaire-Phelan多面体组合多面体组合59第第10章
26、章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.5 多面体空间刚架结构多面体空间刚架结构10.5.2 结构构成特点和工作性能结构构成特点和工作性能图图10-5-2 骨架结构效果骨架结构效果 图图10-5-3四杆交汇节点四杆交汇节点60第第1010章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.5 10.5 多面体空间刚架结构多面体空间刚架结构10.5.3 10.5.3 “水立万水立万”多面体空间刚架结构的生成多面体空间刚架结构的生成图图10-5-4 水立方结构平面图水立方结构平面图 图图10-5-5 通过切割形成水立方结构通过切割形成水立方结构61第第1010章章 大跨度
27、建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.5 10.5 多面体空间刚架结构多面体空间刚架结构10.5.3 10.5.3 “水立万水立万”多面体空间刚架结构的生成多面体空间刚架结构的生成图图10-5-6 “水立方水立方”结构剖面结构剖面62第第1010章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.5 10.5 多面体空间刚架结构多面体空间刚架结构10.5.4 10.5.4 “水立万水立万”多面体空间刚架结构设计多面体空间刚架结构设计图图10-5-下弦贯通处理下弦贯通处理图图10-5-8节点种类节点种类第第1010章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.5
28、10.5 多面体空间刚架结构多面体空间刚架结构10.5.3 10.5.3 “水立万水立万”多面体空间刚架结构的生成多面体空间刚架结构的生成第第1010章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.5 10.5 多面体空间刚架结构多面体空间刚架结构10.5.4 10.5.4 “水立万水立万”多面体空间刚架结构设计多面体空间刚架结构设计n国家游泳中心钢结构几何构成的理论基础是“气泡理论”，首先生成一个比“水立方”建筑大的、改良的多面体阵列，再把这个阵列围绕矢量轴旋转60度；n 在多面体阵列中切出176.5m176.5m29.4m立方体的建筑外形，然后在立方体内挖去比赛厅、热身厅等内部使用空间，这样便切出了屋盖和墙体的结构。多面体单元在两个切割面上切出了屋盖和墙体结构。n多面体单元在两个切割平面上切出的边线就分别构成了屋盖结构的上弦、下弦杆件和墙体结构内外表面弦杆，两个切割平面之间的多面体棱边便为结构的腹杆。第第1010章章 大跨度建筑结构的其他型式大跨度建筑结构的其他型式10.5 10.5 多面体空间刚架结构多面体空间刚架结构10.5.4 10.5.4 “水立万水立万”多面体空间刚架结构设计多面体空间刚架结构设计n英国伊甸园