建筑师

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建筑结构选型屋架结构分析调研1:鸟巢
2:水立方
3:央视大楼
鸟巢结构分析
从形式上讲:钢结构形成整体的巨型空间马鞍形钢桁架编织式“鸟巢”结构。

从材料上讲:看台地下1层为混凝土结构,地上7层为钢筋混凝土框架,体育馆的外部为钢结构,体育馆屋顶钢结构上覆盖了双层膜结构。

从结构体系上讲:体育馆的混凝土看台为剪力墙结构。

(是用钢筋混凝土墙板来代替框架
结构中
的梁柱,
能承担
各类荷
载引起
的内力,
并能有
效控制结构的水平力,这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构)
水立方结构分析
国家游泳中心"水立方"的墙体和屋盖结构创造性地采用了新型多面体空间刚架结构体系,该结构的弦杆选用矩形钢管、腹杆选用圆钢管,节点为焊接球节点.虽然结构的构成类似网架结构,但结构构件的受力状况完全不同于网架结构的二力杆,而表现为类似空腹网架的刚接梁.杆件内力包含弯矩、轴力、剪力、扭矩,弯曲应力大于轴向应力,所以
结构的优化较
为复杂.本文结
合具体的结构
设计,全面介绍
了结构设计计
算中的优化内
容,包括:"强墙
弱盖"优化,墙体杆件和屋盖杆件选用不同应力水平控制;截面类型优化,放弃加劲肋截面而改用紧凑型截面,充分发挥截面塑性,提高结构延性;几何构成"杂交"优化,将屋盖下弦贯通内墙,为减小屋盖与墙体交界处杆件过大的弯曲应力而附加少数腹杆,形成局部汇交力系;"铰接"优化,采用铰接计算处理策略,将少数弯曲应力较大无法满足规范要求的杆件两端处理为铰接,加强其周围相关杆件,再刚接迭代计算,较好满足承载力要求;"强节点弱杆件"优提高结构延性,确保杆端焊缝破坏晚于杆件屈服
央视新大楼结构
人们通常认为,摩天大楼应该高耸入云。

因此,这样一种回旋式结构,在建筑界并没有现成的施工规范可循。

高层建筑结构设计方面,最难的是3个问题:倾斜、悬挑、扭转,央视新大楼占了2项。

尤其是,央视大楼倾斜的方向和悬挑的方向是一致的,就更给人一种视觉上的“摇摇欲坠”感。

由于北京位于地震带上,这个貌似不稳定的建筑,是否能经受地震和大风的袭击,一直是人们议论的话题。

施工前,一些专家团队曾对央视新大楼进行评估,认为其结构不太合理,如果一定要造,代价会很大。

在这种情况下,央视新大楼既要保证安全性,又要体现经济性,
就给结构设计带来了很多需要研究的问题。

对于高层建筑来说,抗震、抗风的最关键因素就是倾覆力矩,就是水平作用力与建筑高度的乘积。

另外,建筑在地震作用下抗震性能的好坏,取决于建筑本身的延性,也就是建筑是否能在地震往复位移中快速地消耗地震的能量。

央视新大楼的柱子采用的是型钢
组合柱,是由混凝土和钢两种材料组成的。

出于抗震的要求,所使用的钢材必须要有很好的延性,可以发生很大的变形,但在变形耗能的过程中又不至于发生损坏。

据介绍,一般建筑使用的型钢组合柱中,钢的比例在10%~15%。

但是,央视新大楼出于对外形的考虑,希望柱子的尺寸小一点。

因此提高了含钢率,达到了30%。

据介绍,测试含钢量30%的柱子延性,属于构件基本力学行为的
试验,必须把含钢量从低到高,一点点做上去,做的时候,还需要力的不同比例。

要进行大量的试验,来验证高含钢率组合柱的受力性能。

经过测试,30%高含钢率组合柱在大震作用下,延性
和钢柱基本相近,具有很好的抗震性能。

另外,一般建筑的柱子只是在地震发生往复运动时,局部受拉或瞬间受拉。

而央视新大楼塔楼由于倾斜,有些柱子是永久性受拉。

为了使永久性受拉柱坚固可靠,经受得住地震和大风的侵袭,设计还采用了高强(高强博客,高强新闻,高强说吧)度的锚栓,把柱子牢牢地锚固在底板里。

这是大楼唯一采用进口钢材的地方,锚栓受拉承载力达到每平方厘米1万公斤,一般建筑的使用也就
是4000~5000公斤。

这种做法在房屋建筑中也很少用到。