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1、目 錄第一章 一般平板結構第二章 桁架與屋架第三章 剛架結構與排架結構第四章 網架結構第五章 高層建筑結構第六章 拱結構第七章 懸索結構第八章 薄壁空間結構附篇 膜建筑結構第一章 一般平板結構舉例 中央電視臺新址 結構形式中央電視臺總部大樓主樓的兩座塔樓雙向內傾斜6度，在163米以上由“L”形懸臂結構連為一體，建筑外表面的玻璃幕墻由強烈的不規則幾何圖案組成，央視大樓的結構是由許多個不規則的菱形漁網狀金屬腳手架構成的。這些腳手架構成的菱形看似大小不一，沒有規律，但實際上卻經過精密計算。作為大樓主體架構，這些鋼網格暴露在建筑最外面，而不是像大多數建筑那樣深藏其中。奧雷舍人說，這樣壓力基本都能沿著系2、統傳遞下去，并找到導入地面的最佳路徑。從外觀上看，大樓有一部分鋼網結構（包括拐角等壓力較大部位）比較密集，它們也是整體設計思想的一部分。由于大樓的不規則設計造成樓體各部分的受力有很大差異，這些菱形塊就成為了調節受力的工具。受力大的部位，將用較多的網紋構成很多小塊菱形以分解受力；受力小的部位就剛好相反，用較少的網紋構成大塊的菱形。 施工情況1、 壓力不平衡可致地陷，就像蹺蹺板兩邊分別放坦克和書桌。“好看難建”。北京市勘察設計研究院的國家級勘察大師張在明用了這四個字簡單概括了央視新址的工程特點。具體負責央視新址勘察的耿一然工程師介紹說，央視新樓的怪異形狀導致了對地基壓力的極端不平衡。“兩座巨型塔樓3、和旁邊的低矮建筑位于同一個地基之上，這就像把一輛坦克和一張書桌放在蹺蹺板的兩邊”。據測算，央視新樓的地基將承受三種截然不同的壓力：兩座塔樓的地上層數分別為51層和45層，高約230米。由于塔樓主體并不是垂直于地面的，而是呈84度斜角向天空延伸，其壓力相當于約300米高樓的壓力，超200噸平方米；地上建筑為9層的裙樓，下壓力較為正常，大約是40噸平方米；而主塔樓的旁邊是地上1層、地下3層的低矮建筑，這部分地基的壓力僅有15噸平方米，甚至還沒有挖掉的土的壓力大。耿一然介紹，在同一個地基上的三種壓力竟然相差十多倍，這在北京的建筑史上是非常罕見的。塔樓的壓力足以使地基下陷超過一米，如解決不好，可致使建4、筑物出現結構變形、管線爆裂、玻璃幕墻脫落等問題。2、 反彈力可致地基上浮，地基就像漂起來的空盒子。危險性不止在于土，地基壓力極小的低矮建筑部分還要受到地下水的嚴重影響。耿一然介紹說，由于低矮建筑部分壓力過小，在地下水反彈力的影響下，地基肯定要上浮；另一方面，目前央視工程的地下水位在地下15米左右，但其歷史最高水位曾達到地下3米。“如果地下水位上升，低矮建筑就會像空盒子在水里漂起來。”三難懸梁百米空中建樓罕見就像半空出現海市蜃樓塔樓在百米左右的空中將通過一折成直角的懸挑部分相連接，而這一懸挑部分實際就是一座約10層樓的建筑體。這個建筑體下方沒有任何依托，就好像半空中出現的海市蜃樓，其空間難題可想5、而知。解決方案一：底板就像雪地上放木板，人站上面不下陷，針對塔樓壓力，專家們的解決米的鋼筋混凝土底板，這樣就可以將壓力減小到110噸平方米。耿一然說：“這就好像在雪地里放一塊大木板，人站上去就不會陷進去。”解決方案二：樁柱就像釘子釘入木頭，既防下陷又防外拔。在加鋪底板的同時，專家們研究出另一個方案打樁，將若干混凝土柱子插入地基下面一定深度。它一方面可將地下土層“擠”得更密實，增強抗壓能力；另一方面可與周圍土層產生強大的摩擦力，就像釘子釘入木頭一樣，再往下壓就會很困難。耿一然介紹說：“普通樁柱已經不能滿足要求，將采用一種直徑達1米、長達50米的樁柱，這么深的樁柱在北京的建筑中將是首次使用。”在地6、基壓力小的地方，也將采用打樁的辦法。與前者不同的是，樁柱在這里的作用是“抗浮”，耿一然同樣用了“釘子”來打比方：“當把釘子釘進木板后，要想把它往外拔也不是件容易的事情。”第二章 桁架與屋架舉例 鳥巢 結構形式國家體育場是鋼結構形成整體的巨型空間馬鞍形鋼桁架編織式“鳥巢”結構。看臺地下1層為混凝土結構，地上7層為鋼筋混凝土框架，體育館的外部為鋼結構，體育館屋頂鋼結構上覆蓋了雙層膜結構。體育館混凝土看臺為剪力墻結構。（是用鋼筋混凝土墻板來代替框架結構中的梁柱，能承擔各類荷載引起的內力，并能有效控制結構的水平力，這種用鋼筋混凝土墻板來承受豎向和水平力的結構成為剪力墻結構） 施工情況1、構件體型大，單7、體重量重作為屋蓋結構的主要承重構件，桁架柱最大斷面達25m20m，高度達67m，單榀最重達500噸。而主桁架高度12m，雙榀貫通最大跨度145.577+112.788m，不貫通桁架最大跨度102.391m，桁架柱與主桁架體型大、單體重量重。2、節點復雜由于該工程中的構件均為箱型斷面桿件，所以，無論是主結構之間，還是主次結構之間，都存在多根桿件空間匯交現象。加之次結構復雜多變、規律性少，造成主結構的節點構造相當復雜，節點類型多樣，制作、安裝精度要求高。3、工期緊該工程量大，但安裝工期相當短，工程于2003年12月24日開工，于2007年底前完工，2008年3月底竣工。工期緊，與土建施工交叉作業，8、平面場地緊張。4、單純從結構角度看，將格構式鋼架用于如此大的跨度并不十分理想，其梁柱連接部位及跨中部位受力均較大，導致結構用鋼量過大，也使結構永久荷載所占比例過高。因此在2004年曾對設計方案進行過一次調整，即取消原有的可開啟屋蓋，并相應擴大了屋頂開口，這樣調整仍然保持了“鳥巢”的設計理念，但用鋼量減少了22.3%，相應也提高了結構的安全性。第三章 剛架結構與排架結構舉例 某廠房結構形式第四章 網架結構舉例 水立方 結構形式國家游泳中心工程地上鋼結構墻體和屋蓋為新型多面體的空間鋼架結構體系，多面體的空間鋼架結構幾何構成的理論基礎是“氣泡理論”，即用兩種不同的單元體，一種是14面體，另外一個為19、2面體，將三維空間細分為若干小部分，每個部分的體積相等但保證接觸表面積均最小”這種多面體組合被稱為wp多面體。“水立方”結構幾何體的基本模型是基于優化改良的多面體組合建立起來的。其幾何體是這樣形成的：首先生成一個比水立方建筑的的更大的多面體陣列，再把這個陣列圍繞（0,0,0）(1,1,1)矢量軸旋轉60，在多面體陣列中切出176.5389m176.5389m29.3789m立方體的建筑外形。然后在立方體的內部挖去內部使用空間，這樣便切出了屋蓋和墻體結構。多面體單元在兩個切割平面上切出的屋蓋結構的上弦、下弦桿件和墻體結構內外表面弦桿，兩個切割平面之間的多面體棱邊便為結構的腹桿。新型多面體空間剛架10、結構最基本的特點是其幾何構成不同于傳統的空間。傳統網格結構都是由簡單基本單元(例如三角錐，四角錐等)組合而成,而這種新結構則由復雜的類WP多面體單元填充的實體減去不需要的空間而得到，基本類WP多面體單元一個角點(即結構中的節點)上只有四條邊(即結構中的桿件)與之相連,而傳統網架一個節點上至少有6根桿件與之相連,角點形式只有三種,一共只有四種邊長，類WP多面體陣列經旋轉、切割形成結構的屋面和墻面后,與表面上節點相連的桿件數最多為6根。施工情況對整個施工現場的軸線網進行測量，桿件的定位采用全站儀三維投點法。確定桿件一端三維坐標點，將三維坐標輸入全站儀，運用三臺全站儀實測坐標取平差值，以同樣方法確定11、桿件另一端三維坐標，調整框架安裝精度，達到規范允許偏差范圍內。第五章 高層建筑結構舉例 香港匯豐銀行大廈 結構形式 懸掛結構結構設計的重點是“衣架計劃”的設計方案。整個地上建筑用四個構架支撐，每個構架包含兩根桅桿，分別在五個樓層支撐懸吊式桁架。桁架所形成的雙高度空間，成為每一群樓層的焦點，同時還包含了流通和社交的空間。每根桅桿是由四根鋼管組合而成，在每層樓使用矩形托梁相互連接。這種布局使桅桿違到最大承載力，同時把桅桿的平面面積降到最小。另外，將建筑的鋼結構特點裸露在外立面上，使得整個建筑具有現代的以及強有力的氣息。 主體結構的主要承重構件為自基礎延伸至不同高度處的兩列巨型鋼立柱(每列4個共8個12、)，用它們承受全樓的重力荷載和水平荷載。每個立柱的平面尺寸為4.8mX5.1m，由4個圓鋼管柱組成。鋼管柱間每隔39m(層高)均連以矩形截面加肋鋼梁，形成空腹桁架式的豎向構件。各樓層的重力荷載由5個在不同高程上設置的“兩層高伸臂桁架”分別承受。具體做法是在次桁架的中部和兩端部共懸吊3根吊桿分別承受47層樓蓋的荷載，并將它們傳遞給巨型立柱。3.全樓東西向的穩定由上述5個兩層高的桁架來保證，而南北向的穩定則靠設置在巨型立柱中間的5排雙層交叉支撐提供。舉例 約翰漢考克大廈結構形式 框架結構漢考克大廈建筑結構屬于巨型框架結構。整幢結構用巨柱、巨梁和巨型支撐等巨型桿件組成空間桁架，相鄰立面的支撐交匯在角13、柱，形成巨型空間桁架結構。其受力體系為巨型桁架結構以及巨型框架結構。這種結構是由大型構件(巨型梁、巨型柱和巨型支撐)組成的，主結構與常規結構構件組成的次結構共同工作的一種結構體系。巨型結構的結構特點：從平面整體上看。巨型結構的材料使用正好滿足了盡量開展的原則，可以充分發揮材料性能；從結構角度看，巨型結構是一種超常規的具有巨大抗側剛度及整體工作性能的大型結構，是一種非常合理的超高層結構形式；從建筑角度看。巨型結構可以滿足許多具有特殊形態和使用功能的建筑平立面要求。因此這種結構更加適合漢考克大廈嚴肅、剛強的外形。第六章 拱結構舉例 悉尼歌劇院 結構形式 澳大利亞悉尼歌劇院采用預制的預應力混凝土落地14、三鉸拱結構。其拱身是尺度特別大的箱形拱。悉尼歌劇院在外觀整體上看，有由十對殼體組成的3組白色殼狀屋頂，兩個劇院占用兩組大的殼體，另外一組小殼體為餐廳，其中歌劇廳、音樂廳與休息廳并排而立，各由四塊巨大的殼狀屋頂覆蓋，這些殼狀屋頂依次排列，前三個一個蓋著一個，面向海灣依抱，最后一個則背向海灣侍立。可以認為，單個殼體之間的組合是其屋頂的基本組成成分。與巨大的殼形屋頂相協調的是底部高達19rn的基座，這為屋頂結構提供了一個有效地抗側推力的手段(圖1)。在扇形肋拱間形成的空的部位的結構組合上，采用梁板式結構體系，以拱肋的主體結構為基礎，于拱肋上搭梁，并且因交接處應力的集中，在結構交接處的部位梁截面較厚，15、從而形成了這樣的一個傳力體系，來自屋面板的壓力傳遞給梁，再傳遞給作為主體結構的拱肋，最后傳至大石座基礎。施工情況第七章 懸索結構舉例 東京代代木國立綜合體育館 結構形式首先是一個類似懸索橋的系統，它是吊起整個巨大屋面的主要構件，它決定了結構的尺度，它的安全也決定了整個結構的安全。然后，兩邊各有一個半圓形的鋼筋混凝土剛性環被從主纜上伸出的眾多鋼纜吊離地面，與地面形成一個傾角，整個體育館的基本形態就是這樣。當然實際的樣子要復雜一些，主要的變化在于，丹下先生沒有把主纜的錨錠放在中軸線了，而是順時針轉了一個角度，并且兩邊吊起的也不是半圓，而是各在端部伸出一個尖角直通主纜的錨錠，這樣才形成了最終的像是兩16、個錯開的半圓的樣子。另外，在眾多吊索的中央可能增加了一道圈梁，以制造出現在這樣的屋面曲線。旁邊的小體育館的結構構成更加簡單，總的來講它就像是一個人在用力的拽起一個圓環。但與下面的圖中表現的樣子不同的是。背索沒有直接連到主塔上，而是從后面繞出來，在主塔身前繞了一圈之后連到了塔尖上。第八章 薄壁空間結構舉例 巴黎戴高樂機場第二空港樓E廳結構形式 混凝土筒殼登機樓為一預制系統，4m寬的基本單元依次就位并裝配到一起。40cm厚的混凝土殼承受壓力。而鋼制的弧形肋受拉。兩種結構之間的距離取決于角動量。雙層透明玻璃組成的玻璃表面可以保證水密性，以兩層結構之間的鋼制弧形肋條為支撐。窗格很窄，僅有1m高，拼成的折面非常接近曲面的效果。坍塌原因1、 混凝土頂棚鋼筋承載力不足2、 缺少補充支撐體系，也就是缺少在主體結構超出承受力時能夠將力傳遞到其他結構部位的可能性。3、 大梁承載力不足，為了通過通風管道，大梁每隔四米被通風管道穿過，從而削弱了大梁的承載力4、 連接混凝土頂棚和玻璃屋面的金屬桿過于嵌入混凝土，而使頂棚承受力削弱。附篇 膜建筑結構舉例 上海世博軸結構形式施工情況