建筑结构选型1绪论.ppt

1、建筑结构选型20162016年年年年810810月月月月1、张建荣主编：建筑结构选型（第二版），、张建荣主编：建筑结构选型（第二版），中国建工出版社，中国建工出版社，20142、计学闰等编著：结构概念和体系，高等、计学闰等编著：结构概念和体系，高等 教育出版社，教育出版社，20093、王湛主编：建筑结构选型，华南理工大、王湛主编：建筑结构选型，华南理工大 学出版社，学出版社，20154、陈朝晖编著：建筑力学与结构选型，中、陈朝晖编著：建筑力学与结构选型，中 国建工出版社，国建工出版社，2013参考资料1、绪论、绪论2、梁式结构、梁式结构3、桁架结构、桁架结构4、大跨建筑结构、大跨建筑结构5、多

2、高层建筑的体型与结构布置、多高层建筑的体型与结构布置6、多层建筑结构选型、多层建筑结构选型7、高层建筑结构选型、高层建筑结构选型8、建筑结构的表现形式、建筑结构的表现形式课程内容 一、绪论1.1.建筑物设计概述建筑物设计概述1.1.1.建筑设计构成与分工建筑设计构成与分工1.1.2.结构设计与建筑设计的关系结构设计与建筑设计的关系1.1.3.建筑设计应具备的结构知识建筑设计应具备的结构知识1.2.建筑结构体系的设计概念建筑结构体系的设计概念1.2.1.建筑物的抗力与外界作用建筑物的抗力与外界作用1.2.2.结构分体系的设计概念结构分体系的设计概念1.3 建筑结构选型的基本原则建筑结构选型的基本

3、原则1.3.1 功能性与结构设计的统一性功能性与结构设计的统一性1.3.2 建筑结构选型的原则建筑结构选型的原则1.1.建筑物设计概述建筑物设计概述1.1.1.建筑物设计构成与分工建筑物设计构成与分工 建筑物设计工作分为建筑设计、结构建筑物设计工作分为建筑设计、结构设计和设备电气等设计三大部分，分别由设计和设备电气等设计三大部分，分别由建筑师、结构工程师和设备工程师、电气建筑师、结构工程师和设备工程师、电气工程师以及给排水工程师来完成各部分的工程师以及给排水工程师来完成各部分的工作。工作。1、建筑设计建筑设计 建筑是建筑工程师运用其想象力和艺术建筑是建筑工程师运用其想象力和艺术创造力创作的空间

4、环境作品。创造力创作的空间环境作品。它主要包括建筑物的空间功能布局、造它主要包括建筑物的空间功能布局、造型等方面。型等方面。建筑设计建筑设计可分为建筑构思创意、初步设可分为建筑构思创意、初步设计、施工图制造等几个方面。计、施工图制造等几个方面。2、结构设计、结构设计 结构设计则是由结构工程师按照建筑构结构设计则是由结构工程师按照建筑构思（建筑设计方案）所完成的、能满足建筑思（建筑设计方案）所完成的、能满足建筑功能要求的建筑物承重骨架功能要求的建筑物承重骨架。其主要工作是将建筑师的创意从构成、其主要工作是将建筑师的创意从构成、营造等方面变成可实施的营造等方面变成可实施的“行动方案行动方案”。结构

5、设计结构设计一般由：结构选型、结构分析、一般由：结构选型、结构分析、结构设计和结构施工图制作几部分组成。结构设计和结构施工图制作几部分组成。3、设备、设备 设备是指建筑物内保证人们生产和生活设备是指建筑物内保证人们生产和生活的有关装置。如给水排水设备、供热通风的有关装置。如给水排水设备、供热通风装装置、置、供电照明（强电）以及通讯网络和楼宇供电照明（强电）以及通讯网络和楼宇安全（弱电）等。安全（弱电）等。这部分工作由设备工程师（设备工程师这部分工作由设备工程师（设备工程师电气工程师和给排水工程师等）们所完成。电气工程师和给排水工程师等）们所完成。设计者必须以空间形式组织建筑物的功能性质以满足使

6、用者的三种要求：1.与活动有关的（使用的）2.物质的（构造的）3.象征的（感受的）成功的建筑物设计应是建筑、结构和设成功的建筑物设计应是建筑、结构和设备三者巧妙的、有机的结合备三者巧妙的、有机的结合，缺一不可。，缺一不可。本课程主要讨论建筑设计所涉及的建筑本课程主要讨论建筑设计所涉及的建筑结构选型方面的问题。结构选型方面的问题。1.1.2.结构设计与建筑设计的关系结构设计与建筑设计的关系 1、建筑物的建筑与结构属性、建筑物的建筑与结构属性 建筑物具有两个方面的特质：一是它的外在建筑物具有两个方面的特质：一是它的外在特质，即使用性和美学要求；二是它的内在特质，特质，即使用性和美学要求；二是它的内

7、在特质，即安全性、适用性和耐久性。就结构整体系统而即安全性、适用性和耐久性。就结构整体系统而言，前者取决于建筑，是结构与建筑及环境的整言，前者取决于建筑，是结构与建筑及环境的整体化，这是结构整体化的非结构性含义，即结构体化，这是结构整体化的非结构性含义，即结构总体系的外延性。后者则取决于结构，是结构体总体系的外延性。后者则取决于结构，是结构体系内部的整体性，即结构总体系的本体性。系内部的整体性，即结构总体系的本体性。通常，建筑师重视结构的外延性，而结构工通常，建筑师重视结构的外延性，而结构工程师则更加重视结构的本体性。程师则更加重视结构的本体性。2 2、建筑师与结构工程师的关系：、建筑师与结构

8、工程师的关系：就建筑结构的整体性来说，建筑物的总体型式、就建筑结构的整体性来说，建筑物的总体型式、功能和实现它的方法是一个整体，通过建筑师和结功能和实现它的方法是一个整体，通过建筑师和结构师的共同努力，构师的共同努力，创创作出既能作出既能满满足各足各项预项预期功能要期功能要求，而又受力合理、求，而又受力合理、经济经济、可建造的、可建造的建筑。这两方建筑。这两方面紧密结合在一起，缺一不可。所以两者是和谐统面紧密结合在一起，缺一不可。所以两者是和谐统一的，创造美妙精巧的建筑物有赖与二者的合作和一的，创造美妙精巧的建筑物有赖与二者的合作和努力。努力。用一句话来概括二者的关系：用一句话来概括二者的关系

9、：建筑师更感性，建筑师更感性，而结构师更理性。这就是说，而结构师更理性。这就是说，建筑师注重形象构思，而结构师更注重实施。建筑师注重形象构思，而结构师更注重实施。（1）建筑设计必须符合自然界的基本法则：建筑设计必须符合自然界的基本法则：a、建筑师的创意离不开基本的物理原理；b、建筑师的方案设计必须基于可实现性。c、建筑师还必须考虑方案有没有超出营造 师预算的造价。3、建筑师应具有的结构知识、建筑师应具有的结构知识创意离不开基本的物理原理（2）建筑师应具有的结构知识：）建筑师应具有的结构知识：a、了解结构系统在保证建筑物的可靠性、经济性、使用上了解结构系统在保证建筑物的可靠性、经济性、使用上 的

10、舒适性以及建筑体型美观等方面的重要意义，理解各的舒适性以及建筑体型美观等方面的重要意义，理解各 类结构体系与建筑形式间的相互关系类结构体系与建筑形式间的相互关系；b、理解几种典型结构体系的受力与构造特征即一般建筑结理解几种典型结构体系的受力与构造特征即一般建筑结 构在各种作用影响下的受力状态和主要构造要求构在各种作用影响下的受力状态和主要构造要求；c、有能力在建筑设计中进行正确和合理的结构选型有能力在建筑设计中进行正确和合理的结构选型；d、有能力利用简化方法对常用结构构件进行初步估算，以有能力利用简化方法对常用结构构件进行初步估算，以 满足方案和扩初设计的要，并能在整个设计过程中和结满足方案和

11、扩初设计的要，并能在整个设计过程中和结 构工程师进行密切合作。构工程师进行密切合作。（3）方案）方案设计可实现性、经济性设计可实现性、经济性 矗立在新南威尔士州首府悉尼市贝朗岬角矗立在新南威尔士州首府悉尼市贝朗岬角上的歌剧院是澳大利亚表演艺术中心，又称海上的歌剧院是澳大利亚表演艺术中心，又称海中歌剧院，三面环海，南端与市内植物园和政中歌剧院，三面环海，南端与市内植物园和政府大厦遥遥相望。其造型新颖奇特，外形宛如府大厦遥遥相望。其造型新颖奇特，外形宛如一组扬帆出海的船队，也像一枚枚屹立在海滩一组扬帆出海的船队，也像一枚枚屹立在海滩上的大贝壳，与周围的海上景色浑然一体，富上的大贝壳，与周围的海上景

12、色浑然一体，富有诗意，被誉为一件杰出的艺术品，成为悉尼有诗意，被誉为一件杰出的艺术品，成为悉尼的标志。的标志。反例：悉尼歌剧院反例：悉尼歌剧院 它是丹麦建筑师耶尔恩它是丹麦建筑师耶尔恩乌特松设计，乌特松设计，1959年破土年破土动工，耗资动工，耗资1亿多澳元，亿多澳元，1973年落成。整个建筑占地年落成。整个建筑占地184公顷，长公顷，长183米，宽米，宽118米，高米，高67米，相当于米，相当于20层层楼高。门前大台阶，宽楼高。门前大台阶，宽90米，桃红色花岗岩铺面，据米，桃红色花岗岩铺面，据说是当今世界上最大的室外台阶。主体建筑采用贝壳说是当今世界上最大的室外台阶。主体建筑采用贝壳结构，由

13、结构，由2194块每块重块每块重153吨弯曲形混凝土预制件吨弯曲形混凝土预制件拼成拼成10块贝形尖顶壳。外表覆盖着块贝形尖顶壳。外表覆盖着105块白色和奶油块白色和奶油色的瓷砖。音乐厅、歌剧厅连同休息厅并排而立，建色的瓷砖。音乐厅、歌剧厅连同休息厅并排而立，建在巨型花岗岩基坐上，各由在巨型花岗岩基坐上，各由4 块巍峨的大壳顶组成，块巍峨的大壳顶组成，其中其中3块壳顶面海依抱，块壳顶面海依抱，1块背海屹立，远看好似两艘块背海屹立，远看好似两艘巨型帆船，片片白帆迎风飘扬。休息室设在壳体开口巨型帆船，片片白帆迎风飘扬。休息室设在壳体开口处，配有大片玻璃墙面，由处，配有大片玻璃墙面，由2000多块高多

14、块高4米，宽米，宽25 米玻璃镶成。米玻璃镶成。出现的问题：出现的问题：1.建造时，结构设计无法计算。建造时，结构设计无法计算。2.历时历时14年，建设费用大大超过预算。年，建设费用大大超过预算。1.2.建筑结构体系的概念设计建筑结构体系的概念设计 概念设计是运用人的思维和判断力，从客观上决定结构设计的基本问题。不仅仅要分析总体布置上的大原则，也要顾及到关键部位的细节。1.2.1.建筑物的抗力与外界作用建筑物的抗力与外界作用 建筑结构在安全上要符合承载和耐久的要求。表现为能够抵御自然的和人为的作用力（前者如：地球引力、风力、气温变化、地震作用，后者如振动、爆炸等），能使建筑物耐久使用，并在突发

15、偶然事故时，保持整体稳定。这也是建筑结构之所以存在的根本原因。1、外界作用、外界作用恒载：建筑材料重等使用荷载：活荷载其他：雪荷载、风荷载、地震荷载、积灰荷载、土荷载、水荷载等外界作用：竖向荷载外界作用：竖向荷载外界作用：外界作用：以框架计算简图说明如下：以框架计算简图说明如下：外界作用：水平荷载（风）外界作用：水平荷载（风）地下室受到的土压力、水压力2、结构上的水平荷载估算、结构上的水平荷载估算a、水平地震作用估算、水平地震作用估算水平地震水平地震 水平地震水平地震 建筑物剖面建筑物剖面 水平地震作用水平地震作用剪力分布剪力分布 作用力分布作用力分布 合力的近似取法合力的近似取法2、结构上的

16、水平荷载估算、结构上的水平荷载估算b、风荷载作用估算、风荷载作用估算由地场风速、建筑物体型、建筑由地场风速、建筑物体型、建筑物高度及其立面形状、受风面积物高度及其立面形状、受风面积以及考虑风的动力效应的风振系以及考虑风的动力效应的风振系数等确定。数等确定。估算建筑形式上的总作用力（如水平力）3、抗力、抗力影响因素：影响因素：建筑材料建筑刚度建筑体型基础形式高宽比与抗倾覆关系高宽比与抗倾覆关系建筑物承载力与刚度 结构整体系可划分为若干结构分体系，每个分体系又可以是局部的整体结构。尽管结构是由许多分体系以及构件组成的，而构件的不同组合又可派生出许多新构件或新的分体系，但从力的传递关系看，这些分体系

17、或构件总可以划归为基本的水平分体系和竖向分体系，基础也可以作为一个特殊的基本分体系。1.2.2.结构分体系的设计概念结构分体系的设计概念1、水平分体系水平分体系 结构的水平分体系是指结构总体系中由轴线或大尺寸方向为水平方向的构件构成的分体系部分。结构水平分体系的作用：在竖直方向通过构件的弯曲来承受屋面和楼面的竖向荷载，并将其传递给竖向结构分体系；同时，在水平方向起隔板和支承竖向构件的作用，具有维持竖向分体系稳定的作用。a.平板式分体系b.梁板分体系2、竖向分体系竖向分体系 结构的竖向分体系是指结构总体系中以竖向构件为主体而组成的分体系，它是使建筑物有足够的空间满足使用功能的必要保障。结构竖向分

18、体系的作用：一是在竖直方向承受由水平分体系传来的全部荷载，并将他们传递至基础；另一方面是在水平方向抵抗，诸如风、地震作用等的水平荷载作用。相对于水平分体系，竖向分体系承受更为复杂的荷载作用。a.框架式分体系b.墙式竖向分体系b.墙式竖向分体系板、浅梁、墙梁和墙板的传力关系变化b.墙式竖向分体系框支剪力墙体系b.墙式竖向分体系单片结构受力 整体结构变形 框架剪力墙体系3、筒体竖向结构分体系筒体竖向结构分体系 将墙板围合成相对封闭的环结构就构成一个筒体结构，它相当于竖向放置的箱型悬臂梁，它除了承受自重和其他竖向荷载以外，还要承受不同方向的水平荷载作用。筒体的侧向刚度在各个方向均一致，主要作为高层建

19、筑的竖向结构分体系。筒体结构实腹筒实腹筒 框筒框筒 桁架筒桁架筒 筒中筒筒中筒筒体结构筒体结构筒体结构竖向和水平分体系相互作用筒体结构筒式和框架式空间结构筒式和框架式空间结构筒式和框架式空间结构4、拱和悬索结构体系拱和悬索结构体系 建筑结构中还有一种分体系，兼具水平和竖向分体系的传力机制，这类体系的显著几何特征是结构的对称轴（面）为曲线（面），这就是拱（壳体）和悬索（膜）。a.拱结构体系b.悬索结构体系a.三角形 b.梯形 c.索多边形 d.悬链线 e.抛物线 f.椭圆b.悬索结构体系悬索结构的受力分析b.悬索结构体系索式结构的变形b.悬索结构体系索网形式的悬索结构b.悬索结构体系双曲双层拉索

20、结构体系增加悬索结构的重力荷载5、空间结构体系空间结构体系 如果荷载传递的方式为向四周传递，而不是单一的线性途径，对应的结构体系就是空间结构。空间结构可以理解为对自然的模拟，如壳体来源于对贝壳、蛋壳等的模拟，而网架和格构式结构形式则是蜂巢和动物骨架结构概念的建筑实现。a.壳结构体系a.球面 b.椭圆抛物面 c.柱筒面 d.双曲抛物面 e.菱形平面 f.组合平面a.壳结构体系通过旋转平移形成的双曲拱壳双曲拱壳中环箍的作用a.壳结构体系b.空间网架结构体系 网架是由许多短直杆按照某种规律的几何图形，通过接点连接起来的网状结构；也可以将其视为格构化的板，即将板厚度加大，然后进行格构化处理。网架结构按

21、外形可分为平板网架和壳形网架，可以是单层，也可以是多层。平板网架一般是双层的，而双层网架有上下弦之分。壳形网架有单层、双层、单曲等各种形状。b.空间网架结构体系b.空间网架结构体系b.空间网架结构体系b.空间网架结构体系筒壳的传力特性筒壳在横向筒壳在横向的作用与拱的作用与拱相似，横向相似，横向壳面内产生壳面内产生压力；在纵压力；在纵向则发挥着向则发挥着梁的作用，梁的作用，将上部竖向将上部竖向荷载通过纵荷载通过纵向梁的作用向梁的作用传给横隔。传给横隔。筒壳兼具拱筒壳兼具拱和梁的传力和梁的传力特性，是横特性，是横向拱和纵向向拱和纵向梁的结合。梁的结合。6、基础体系基础体系 各种建筑结构最终都将通过

22、基础将荷载传给地基。基础的作用就是改变上部结构的荷载向地基传递的应力分布形式，减小应力强度。常用的基础形式有柱下独立基础、条形基础、桩基础、筏板基础和箱型基础等。墙下条形基础a.条形基础柱下交叉基础b.柱下独立基础a.柱下独立台阶式基础 b.柱下独立锥形基础 c.杯形基础c.桩基础d.筏板与箱型基础筏板基础 箱型基础1.3 建筑结构选型的基本原则建筑结构选型的基本原则1.3.1 功能性与结构设计的统一性功能性与结构设计的统一性 建筑的功能：建造建筑的目的和使用要求。建筑功能性：（1）满足使用要求；（2）美观 结构既是实现某种空间形式的手段，有时又往往 对空间形式产生制约。首先：不同的功能要求都

23、需要一定的结构形式来 提供相应的空间形式。其次，结构形式的选择符合审美要。另外，结构的空间和形式反过来也会对空间的功 能和审美产生促进作用。1.3.1 功能性与结构设计的统一性功能性与结构设计的统一性 既然建筑结构是实现建筑空间、功能的必须手段，那么找出哪些结构的平面与剖面对适应特定的建筑空间形式是最有利的，充分发挥出各种结构形式的优越性将是十分必要的。1.3.2 建筑结构选型的原则建筑结构选型的原则1 1、基本原则、基本原则（1）、适应建筑功能的要求；（2）、满足建筑造型的需求；（3）、考虑材料特性和施工技术条件；（4）、追求与结构类型匹配的合理造价。2 2、合理构筑荷载传递路径、合理构筑荷

24、载传递路径 结构的基本功能是承受荷载，并将之传递到下一级支撑体系上。结合建筑结构选型，合理地构筑荷载传递路径十分重要。荷载的有效快捷传递要求所构筑的荷载传递路径是连续的。3 3、选择合理的建筑结构方案、选择合理的建筑结构方案 建筑结构选型为荷载的传递路径选择合理的几何形式。建筑结构选型为荷载的传递路径选择合理的几何形式。在结构选型及设计中，始终贯彻着整体与局部之间的转换。在结构选型及设计中，始终贯彻着整体与局部之间的转换。结构的整体化是在建筑设计的初步阶段，忽略具体的结构的整体化是在建筑设计的初步阶段，忽略具体的结构形式，将建筑结构视为一个或者几个主要实体结构，以结构形式，将建筑结构视为一个或

25、者几个主要实体结构，以确定它所承受的总荷载与所需要的总体抵抗能力。然后将实确定它所承受的总荷载与所需要的总体抵抗能力。然后将实体结构分解成为若干结构分体系。体结构分解成为若干结构分体系。完美的建筑来自于建筑师渊博的知识和丰富的想象力。完美的建筑来自于建筑师渊博的知识和丰富的想象力。有一定结构概念的建筑师，他能巧妙地利用结构的形状和构有一定结构概念的建筑师，他能巧妙地利用结构的形状和构件大小来表达自己的个性与风格，也会充分利用力的作用和件大小来表达自己的个性与风格，也会充分利用力的作用和材料特征来显示工程设计中的建筑美。材料特征来显示工程设计中的建筑美。4 4、优化选型的原则、优化选型的原则（1

26、）优化结构体系。（2）优化结构布置（3）合理构造做法5 5、结构选型在总体布置上应该注意的问题、结构选型在总体布置上应该注意的问题 结构的总体布置是影响建筑抗震性能的关键问题。提高结构抗震能力的基本要求：建筑各结构单元的平面形状应力求简单规则；立面体型应当避免过大的伸出或缩进；结构布置应当对称。抗震结构在总体布置上的大忌：一是上部刚度大，底层仅有柱的鸡腿建筑；二是平面刚度极不均匀，产生大扭转的建筑。两者在设计上是难以解决的问题。有足够剪力墙或有核心筒的建筑，对维持整体稳定有利，并很大程度上减弱框架的受力；对一般建筑尽可能做框剪结构，避免纯框架结构，以节约建筑材料。对异形建筑的局部薄弱环节和容易产生塑性铰的部位，应局部加强。