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大跨度建筑结构形式与建筑造型实例分析汇总

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大跨度建筑结构形式与建筑造型实例分析1.大跨度建筑的发展大跨度建筑在人类的发展中一直在发展，这象征着人类对结构的探索欲和对于技术的不断先进追求。

大跨度空间结构是目前发展最快的结构类型。

大跨度建筑及作为其核心的空间结构技术的发展战况是代表一个国家建筑科技水平的重要标志之一。

而大跨度结构的表现形式是多种多样的，近年来，由于现代技术的支撑和新型材料的加盟，网架、网壳、管桁结构等大跨空间钢结构获得了广泛应用。

然而，要保证大跨空间钢结构得以健康发展，还必须加快一系列空间结构行业标准的制定，加强钢结构企业资质认证与管理，提升大跨空间钢结构的设计、制作、安装水平。

结构新材料的应用进一步推动了大跨空间钢结构的发展。

在普通碳素钢获得大量应用的同时，不锈钢、铝合金、膜材也在许多大跨度建筑中获得了应用。

国际上已有许多专业生产公司建成了较多的铝合金结构。

我国天津大学、同济大学、上海现代设计集团、中国建筑科学研究院等已开始进行基础性研究和工程实践，积极进行产品研制、开发。

不锈钢材料(含铬量>12%的铁基耐蚀合金)是随着对装饰与防腐要求的提高而在空间结构中获得应用的，它集装饰、受力、防腐于一体的特点倍受青睐。

鉴于目前不锈钢材料的价格远高于普通钢材，近年来一些单位已研制成功在普通碳素钢管基础上外包不锈钢皮而形成的复合技术，开发出不锈钢复合钢管网架，并进行了一些工程实践。

既保持了不锈钢与普通碳素钢的优点，又大幅度降低造价，取得了较好的技术经济效果。

计算技术的进步为大跨空间钢结构的发展也创造了有利条件。

近年来计算技术有了长足的进步，许多单位研制开发了商品化专用设计程序，它们都是建立在理论研究与大量工程实践的基础上而推向市场的。

它们一般都具有完善的前后处理功能，可在微机上进行复杂的空间网格结构设计。

有的软件除用于空间网格结构外，也可用于索、杆、梁体系的设计分析。

这些程序的推出为大跨空间钢结构设计提供了有效手段，也为大跨空间钢结构的推广应用创造了有利条件。

其中不少软件曾在国内许多大型空间钢结构工程的设计中发挥重要作用。

在大跨空间钢结构获得迅猛发展之际，强化质量管理，加快制定行业标准，提升企业管理水平提到了重要议事日程。

目前与大跨空间钢结构相关的规程、规范已逐步趋于完善。

如钢结构设计规范，经过修改后将进一步完善，使管桁等大跨空间钢结构的设计更有依据。

网壳结构技术规程的编制将使网壳结构的设计与施工建立在更为可靠的基础上。

其他各类规程、规范和标准等正在制定或逐步完善之中。

目前我国从事大跨钢结构制作的企业技术装备、技术水平和人员技术素质良莠不齐，有些不具备设计、施工资质的企业，以不正当的手段、低廉的价格活跃在建筑市场，扰乱了正常的市场竞争秩序。

由他们承建的工程往往留下质量隐患，一遇突发情况常易酿成重大工程事故。

为此有关主管部门必须加强审查、审核，从事大跨钢结构设计、制作安装的企业必须具有国家技术监督部门资质论证机构发放的资质证书，建立健全企业的质量保证体系，对产品形成的每一道环节都能有效地进行质量控制；有关人员则必须进行相关考核并具有上岗证书。

2.大跨度结构的结构形式平面结构由一些强度不大的纵向构件将平面结构连接起来构成纵向构件层层重复传递荷载，并不分担荷载梁式，框架式和拱式结构空间结构加强连接平面结构的纵向构件以形成一个整体结构，共同承载克服荷载层层重复传递，经济性好，整体刚度大，抗震性能好主要包括悬索结构，网架和网壳结构等空间作用(diaphragm，蒙皮效应)1 梁式结构的特点和应用特点不产生水平推力(可支承于墙壁，砖石或混凝土柱上)制造和安装较简单应用可用于40m～60m左右的工业和民用建筑物中4050m 屋架檩条68m简单式屋架主檩条檩条5070m2 框架结构的特点和应用特点与梁式相比，框架结构可降低建筑物高度结构上比梁式结构经济结构布置横向框架布置(跨度大于60m时，应增大框架间距，常导致复杂布置)纵向框架布置(跨度较小时，特别有利，可向外悬伸，用于机库等) 结构型式跨度在5060m时，常用双铰实腹式框架(常用工字形截面)减轻基础负担；结构可外露；横梁高度可取跨度的1/201/12设置预应力拉杆减少跨中弯矩，横梁高度可取跨度的1/401/303 拱式结构的特点和应用特点拱式屋盖受力合理比梁式和框架式屋盖结构经济指标好(跨度超过80m时尤为显著) 结构布置跨度为4060m时，拱间距可取610m，无檩或型钢檩条结构型式双铰拱(最常见，制作安装方便，较经济，温度应力低)无铰拱(最经济，须设强支座，温度应力高)三铰拱(应用不广，拱顶铰使结构复杂化)4.网架结构特点空间结构体系，高次超静定能承受来自各个方向的荷载整体性好，空间刚度大，体系稳定抗震性能好可利用小规格的杆件建成大跨度的结构自重较轻，节约材料杆件规格划一，适于工业化生产适应性好应用广泛应用于公共建筑及工业厂房中选择网架型式考虑的因素：建筑物的平面形状和尺寸、支承情况、荷载大小、屋面构造、建筑要求、制造和安装的方法及材料供应情况等从平面形状和大小来看，当周边简支时：平面为方形或接近方形，且为中小跨度时，宜采用两向正交斜放交叉梁系网架，或正放和斜放四角锥网架。

平面为矩形时，宜采用两向正交斜放交叉梁系网架，或斜放四角锥网架。

平面为圆形、八角形、六角形、扇形，且平面尺寸较大时，可选用三向交叉梁系网架，或三角锥网架。

从屋面构造来看：正放网架的屋面板规格常一种，而斜放网架却有两三种。

倒锥体网架的上弦网格较小，因而屋面板规格也较小网架类别(以网架构成方式分类)１．交叉平面桁架体系（两组桁架交叉梁系、三组桁架交叉梁系）２．交叉空间桁架体系（四角锥体、三角锥体、六角锥体）4.网壳结构网壳结构是一种曲面形网格结构 。

有单层和双层网壳之分。

特点网壳结构兼有杆系结构和薄壳结构的主要特征，杆件比较单一，受力比较合理。

网壳结构的刚度大，跨越能力大。

网壳结构可以用小型构件组装成大型空间，综合技术经济指标较好。

网壳结构的分析计算已成熟。

网壳结构的造型丰富多彩。

网壳结构分类1：按曲面的曲率半径：正高斯曲率（K > 0）网壳零高斯曲率（K = 0）网壳负高斯曲率（K < 0）网壳2：按网壳的层数：单层网壳，双层网壳，局部双层（单层）网壳。

3：按网壳的用材：钢网壳，木网壳，钢筋混凝土网壳，组合网壳。

4：按曲面外形：柱面网壳，球面网壳，椭圆抛物面网壳，双曲抛物面网壳。

5.悬索结构特点轴向拉伸抵抗外荷作用，充分利用钢材强度施工方便，费用低便于建筑造型单层悬索结构平行布置形式(跨度可达80m)双层悬索结构一般形式由下凹的承重索，上凸的稳定索及它们之间的连系杆组成承重索垂跨比一般取1/201/15 ，稳定索拱跨比一般取1/201/25幅射式及网状布置形式 鞍形索网布置形式 鞍形索网布置形式a)建筑案例实际分析1.黑龙江滑冰馆,L=86m双层悬索结构主体结构采用由中央圆柱面与两端半圆球面组成的双层网壳，其轮廓尺寸为86.2m×191.2m，支承在下部三角形框架上，覆盖了200m速滑跑道。

2.悉尼超级穹顶体育馆是被作为2000年奥林匹克运动会的多功能体育馆进行设计的。

菲利普·考克斯与其合作者们把大穹顶体育馆想象成一座庞大、水平且半透明的建筑。

建筑外形呈鼓状，由24根钢柱支撑着的放射状网架结构形成了遮盖赛场的轻型屋盖体系。

为使其尺度不至于过大，他们在两侧设置了环抱体育场的轻质廊道，这就给这个大尺度的表皮添上了一些人性化的细部。

但是要欣赏大穹顶还是需要一定的角度和高度，所以他们在设计时运用了一种类似桅杆的结构，就像是一个花冠围绕在体育馆的周围。

他们以其纤细但不失强度的悬索和自由排列的柱廊强调大穹顶的整体外观。

支撑柱廊的是树状的柱子，屋顶采用了有拉索支撑的桁架结构，大尺度出挑的屋檐为场馆提供了阴凉的空间。

3.日本东京代代木体育馆鞍形索网悬挂在两个塔柱上的两条中央悬索及分列两侧的两片鞍形索网是屋盖结构的主要组成部分。

高耸的塔柱、下垂的主悬索和流畅的两片鞍形曲面组成了雄伟别致的建筑物4.老山自行车馆采用双层球面网壳结构2008 奥运会老山自行车赛馆位于北京石景山区老山街，结构跨度149.536m，净高14.69m，矢跨比约为1/10．网壳支承于倾斜人字形钢柱及柱顶环形桁架之上，柱顶支承跨度为133.06m．网格尺寸约4m，网壳厚度2.8m，为跨度的1/47.5，屋盖以金属屋面板为主，中部设玻璃采光带．该网壳为目前我国跨度最大的双层球面网壳结构。

5.威海体育中心造型独特新颖，象一只待飞的飞行器。

体育场看台主体结构采用钢筋混凝土斜向框架。

看台上空设一大型轻质罩蓬，采用膜结构设计。

其外缘水平投影呈近似椭圆形，轮廓尺寸236m ×209m，内环尺寸205m×143m，罩蓬覆盖面积约25000m2。

罩蓬由44座伞型膜结构单元连接而成，各伞形膜结构单元由膜、桅杆、前脊索、后脊索及谷索组成。

膜面采用聚氯乙烯涂层的聚酯纤维膜材，外加PVDF面层，其特点为白色、自重轻、经济性好、自洁性好、耐久性好、有一定透明度。

6.日本名古屋单层网壳圆形建筑的直径为229.6m，支承在看台框架柱顶的屋盖直径则有187.2m,采用边长约10m 的钢管构成的三向网格，每个节点上都有六根杆件相交，采用直径为1.45m的加肋圆环，钢管杆件与圆环焊接,成为能承受轴向力与弯矩的刚性节点。

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大跨建筑构造设计

大跨建筑构造设计


篮球馆的主张拉构件从单根主塔柱顶 端开始盘旋而下至地面，钢管主张拉 构件与钢筋混凝土塔柱之间形成格构 式结构，保证整体结构的稳定性。在 主张拉钢管和看台钢筋混凝土构架结 构后端之间布置工字钢悬吊构件组成 半刚性曲面悬吊结构
5.轻钢结构
截面为H型、C型、Z型、U型 钢构件（一般构件的厚度小于 16mm,其中C型、Z型、U型钢属冷 弯薄壁型钢) 连接起来，组成主 体承重体系；以各种板材(板材厚 度一般小于4mm）作为屋面和墙面， 再配以构件、门窗等形成完整的 建筑体系。 轻--自重轻、围护结构轻、构 件轻、用钢少等。
钢结构示意图 1.单跨双坡排架(CSl) 等截面柱，柱底固接、梁端铰接的节点设 计，抗变形能力强，适合于软土地基上的 建筑物
2.单跨双坡刚架(CS3) 具有类型CS2的特点。等截面柱，底端固 接的节点设计，承受更大的支座弯矩， 适合有吊车荷载的建筑物。
3.单跨双坡刚架(MSl) 内柱的设计，使结构达到更大的屋面跨 度，通常36—72M，更经济的设计。
然而大跨度建筑真正得到迅速发展还是在19世纪后半 叶以后，特别是第二次世界大战后的几十年中。例如1889年 为巴黎世界博览会建造的机械馆，跨度达到115m，采用三 铰拱钢结构；又如1912-1913年在波兰布雷斯劳建成的百年 大厅直径为65m，采用钢筋混凝土肋穹顶结构。目前世界上 跨度最大的建筑是美国底特律的韦恩县体育馆，圆形平面， 直径达266m，为钢网壳结构。我国大跨度建筑是在解放后 才迅速发展起来的，20世纪70年代建成的上海体育馆，圆形 平面，直径110m，钢平板网架结构。我国目前以钢索及膜 材做成的结构最大跨度已达到320m。
7桁架结构
桁架结构（Truss structure）中 的桁架指的是桁架梁，是格构化的一种 梁式结构。桁架结构常用于大跨度的厂 房、展览馆、体育馆和桥梁等公共建筑 中。由于大多用于建筑的屋盖结构，桁 架通常也被称作屋架。
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国家大剧院壳体结构呈半 椭球型。
由顶环梁，梁架，斜撑和 环向连系杆件组成。其中顶 环梁呈椭圆形，长轴长约60 米，短轴长约38米，由环形 钢架，箱形梁，以及H型钢焊 接而成。梁架呈中心对称辐 射状布置。
连杆沿水平环向布置，上 下里外共82道，并采用铸钢 连接件或套筒连接件连接。
2013年12月2日，国家大剧院壳体钢结构安装完成
大跨度建筑分析
Analysis of Long Span Construction
这是一颗璀璨的明珠，蕴含着激昂旋律，流淌着曼妙乐章。 这里是表演艺术的殿堂，承载民族文化复兴的使命，汇聚世界艺术交流的碰撞。
——中国国家大剧院 National Centre for the Performing Arts
·建筑概况
主体建筑由外部围护钢结构
壳体和内部2091个坐席的歌 剧院(含站席2398)、1859个 坐席的音乐厅(含站席2017)、 957个坐席的戏剧院(含站席 1040)、公共大厅及配套用房 组成。外部围护钢结构壳体呈 半椭球形，平面投影东西方向 长轴长度为212.20米，南北方 向短轴长度为143.64米，建筑 物高度为46.285米，基础埋深 的最深部分达到-32.5米。椭 球形屋面主要采用钛金属板饰 面，中部为渐开式玻璃幕墙。 椭球壳体外环绕人工湖，湖面 面积达35500平方米，各种通 道和入口都设在水面下。 国 家大剧院高46.68米，比人民 大会堂略低3.32米。
国家大剧院几何形式
国家大剧院主体建筑为独特的超椭 球形钢结构壳体。
壳体表面由钛金属板和超白透明玻 璃共同组成，两种材质的巧妙拼接呈 现出唯美的曲线，营造了舞台帷幕徐 徐拉开的视觉效果。
·主体结构
国国家家大大剧剧院院主主体体建建筑筑钢钢结结构构超椭 超椭球球体体壳壳为为一一个个超超大大空空间间壳壳体，壳 体，体壳是体经是过经精过确精数确字数计字算计得算出的系 得出数的为系的数超为级2椭.2球4的，超它级集椭建球筑、材 ，它料集、建设筑备、等材高料科、技设于备一等身高，其外 科技围于护一装身饰，板其面外积围约护3装60饰00板m2。
第三章大跨度建筑构造(中国建筑工业出版社第四版《建筑构造》下册_重庆大学_刘建荣_翁季主编)(DOC)

第三章大跨度建筑构造(中国建筑工业出版社第四版《建筑构造》下册_重庆大学_刘建荣_翁季主编)(DOC)

第三章大跨度建筑构造一、拱结构（一）特点适用1．优点:变内力为轴向压力，应力分布均匀，充分利用材料强度，断面小。

2．缺点:横向推力使其必须设置拱脚支座，两端墙厚随跨度增大而加厚，使得平面空间组合受到约束。

3．适用:钢结构拱跨度可达百米以上，适合商场，展览馆，体育馆，散装货仓。

（二）形式1．三铰拱2．两铰拱3．无铰拱（三）建筑造型1．拉杆——承受拱推力2．框架结构——承受拱推力3．基础——承受拱推力二、钢架结构（一）特点适用1．优点:门形结构，梁和柱刚性节点，相互约束，减少各自弯矩。

组成的排架结构轻巧，节省钢材水泥，受力合理，下部空间增大，屋顶折线，外轮廓富于变化。

2．缺点:刚度较差，不宜用于厂房建筑。

3．适用:体育馆，礼堂，食堂，菜市场等民用建筑。

（二）形式1．无铰钢架（超静定结构，地基条件差时，不均匀沉降，会产生附加内力适用于跨度较大的建筑）2．两铰钢架（超静定结构，同上）3．三铰钢架（静定结构，刚度不如前两者好，适用于跨度较小的建筑）（三）建筑造型通常用钢筋混凝土建造，变断面，柱梁相交处断面最大，1． Y和L形2．柱子外直里斜，里直外斜3．对称式钢架，不对称式4．边侧带有挑跨，作为休息辅助空间三、桁架结构（一）特点适用1．优点:格构式，杆件与杆件铰接，内力为轴向力，分布均匀，2．缺点:3．适用:体育馆，影剧院，展览馆，食堂，菜场，商场；平面采用矩形或者方形（二）形式1．材料分（1）木材（2）钢材（3）钢筋混凝土2．桁架形式（1）三角形：适用于18M以内跨度（2）梯形：适用于18~36M，失高与跨度之比一般为f/L=1/8~1/6。

端部增大，降低了稳定性，增加了材料用量。

（3）拱形：适用于18~36M，失高与跨度之比一般为f/L=1/8~1/6，预应力到60M,呈抛物线，杆件内力均匀，材料少，一般刚货钢筋混凝土，（4）无斜腹杆式:适用于15~30M，上弦抛物线，受压；竖杆和下弦。

受拉力；用料经济，造型简介，便于制作，桁架之间铺设管道和检修方便。

大跨度建筑结构形式与建筑造型

大跨度建筑结构形式与建筑造型

第三章大跨度建筑构造1龙江（Loongle）浙江林学院园林学院2009年秋概述大跨度建筑——大百科全书中关于大跨度建筑的定时是：跨度在30米以上的建筑，主要有民用建筑影剧院、体育场馆、展览馆、大会堂、航空港等。

最早的大跨度建筑可以追溯到古罗马的万神庙，公元120~124年建成‘圆形平面，穹顶直径达到43.3米，用天然混凝土浇筑而成。

大跨度建筑常用结构形式☐大跨度常用建筑结构根据结构形式，受力构件排列组合不同可分平面平面机构体系和空间结构体系两大类，共八种。

它们是：☐平面结构体系有拱、刚架以及桁（héng）架。

☐空间结构体系有网架、折板（薄壳）、悬索、膜结构以及混合结构。

☐拱是一种推力结构：在竖向荷载下产生水平推力；☐拱是一种无矩结构：通过合理拱轴可使杆件无弯矩；☐拱可充分利用材料抗压强度，断面小、跨度大。

1 拱及拱券结构特点早期罗马人在建筑中使用的拱券拱券在早期建筑中的应用拱券美国蒙哥马里体育馆用平行拱支承屋面覆盖圆形平面墨西哥马达莱纳体育中心体育宫用四道相交的拱支承屋面覆盖接近正方形的平面两片刚性拱支撑屋面索网两片交叉拱作为索网边缘构件在体育建筑中的拱2 刚架结构刚架结构特征、优缺点和适用范围:☐刚架是横梁和柱以整体连接方式构成的一种门形结构。

由于梁和柱是刚性节点，在竖向荷载作用下柱对梁有约束作用，因而能减少梁的跨中弯矩；同样，在水平荷载作用下，梁对柱也有约束作用，能减少柱内的弯矩。

☐由于刚架结构受力合理，轻巧美观，能跨越较大的跨度，制作又很方便，因而应用非常广泛。

一般用于体育馆、礼堂、食堂、菜场等大空间的民用建筑，也可用于工业建筑。

刚架结构跨度尺寸☐跨度①实腹式：50～60米②格构式两铰刚架：60～120米③格构式无铰刚架：120～150米④折线弓形刚架：40～50米高15～20米☐断面①实腹式梁高h=(1/12～1/20)L设预应力拉杆h=(1/30～1/40)L②折线弓形刚架梁高、柱宽(1/15～1/25)L钢制刚架结构的玻璃暖房钢制刚架结构的飞机库某室内体育馆的木构刚架及天窗某刚架结构车站桁架结构3☐桁架是由杆件组成的一种格构式结构体系。