建筑结构选型课程报告结构实例分析报告.docx

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建筑结构选型课程报告结构实例分析报告

建筑结构选型课程报告

——结构实例分析

一、引言………………………………………………3

二、框架结构…………………………………………4

三、剪力墙结构、框剪结构…………………………6

四、超高层建筑（筒结构）

抗风/抗震………………………………………7

五、桁架结构…………………………………………9

六、拱结构……………………………………………11

七、网架结构/大跨度屋盖…………………………13

八、悬索结构…………………………………………15

九、膜结构……………………………………………16

一、引言

著名的建筑师及结构师奈尔维在他的《结构在建筑中的地位》一书中这样说：

“现在建筑设计所要求的新的、宏伟的结构方案，使得建筑师必须要有理解结构构思，而且应达到这样一个深度和广度：

使其能把这种基于物理学、数学和经验资料之上而产生的观念转化为一种非同一般的综合能力，转化为一种直觉和与之同时产生的敏感能力。

”

结构概念是建筑物赖以生存的基础，建筑师只有掌握它，并在建筑设计的初期就自觉地运用它，才能设计出真正优秀的建筑。

对建筑师而言，从整体把握结构的概念掌握结构体系的选择以及布置，远比了解结构计算重要。

正是出于上述原因，作为一名新时代建筑学的学子，对建筑结构的学习才显得尤其重要。

而了解建筑结构很重要的一条就是对结构实例进行分析，只有对建筑的实例有深层的学习研究，打下坚实的基础，才能真正成为一名优秀的做建筑的人。

本文就是对著名建筑结构的实例进行分析，通过此分析来总结对《建筑结构选型》这门课程的学习成果。

而且在本文的中几个案例是自己去调研，还有自己的一些看法。

通过这门课的学习，确实让我增长了不少知识和见识；还要感老师，这几周的辛苦。

二、框架结构

框架结构是指由梁和柱以刚接或者铰接相连接而成构成承重体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗适用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。

采用结构的房屋墙体不承重，仅起到围护和分隔作用，一般用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、空心砖或多孔砖、浮石、蛭石、粒等轻质板材等材料砌筑或装配而成。

建筑实例

大剧院

工程概况

大剧院项目已列入市“十一五”发展规划和《市城市总体规划（2005～2020年）》。

项目所在地市山南新区已预留规划建设用地。

市是拥有233.58万人口的省北部中心城市。

大剧院作为一座城市标志性文化设施，不仅是开展各种文艺演出活动的舞台，而且也是举办综合性文化艺术活动的场所，是发展文化产业的重要载体。

目前，在中国的大中城市，兴建现代化大剧院，兴办文艺演出业，已成为发展文化事业、壮大文化产业的首选项目。

为加快城市可持续发展，提高城市综合竞争力，市委、市政府提出了建设文化大市，打造现代化文明城市的战略目标。

在新一轮城市总体规划中，对文化设施建设，特别是对大剧院建设作了重点规划。

规划建设中的大剧院位于市中心区域的山南新区北部的文化艺术活动中心，它是地区唯一、省一流的专业性、多功能、综合性剧场和文化艺术服务中心、会议中心。

整个项目建成后，可接待国家、省、市举办的各种规格会议，接待各类艺术表演团体，举办各种规模文艺活动。

附属设施可用于开办文化艺术服务、艺术培训、娱乐休闲以及商贸、餐饮服务业。

大剧院建筑面积22800平方米，高为10层，拥有演出大厅、音乐厅、展览厅、会议中心、艺术培训中心、文化娱乐及美食商贸设施等，门前建设艺术广场，规划有音乐喷泉、雕塑、绿化带等。

项目总投资额3750万美元（约3亿元人民币），融资额由合作双方协商确定。

大剧院位于山南新区淮河大道东侧、南纬一路北侧、国投新集企业园区，已于2010年开工建设。

结构形式及特点

该建筑主体大部分采用框架结构，局部采用钢架和钢筋混泥土墙。

主附体建筑采用围合式分布，附属裙楼三面环绕，将主体建筑包住；在主体建筑正面采用钢筋混泥土墙外挂玻璃幕的方式，以营造时尚新颖的感觉；另外建筑的屋顶采用钢架，拼接成一个平面六边形，立面由多个三角形分割的样式；而且在建筑的最外层采用与地面成斜角的外挂玻璃幕墙，很有动感和时代感。

三、剪力墙结构、框剪结构

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力，并能有效控制结构的水平力。

钢筋混凝土墙板能承受竖向和水平力，它的刚度很大，空间整体性好，房间不外露梁、柱楞角，便于室布置，方便使用。

剪力墙结构形式是高层住宅采用最为广泛的一种结构形式。

建筑实例

美国芝加哥西尔斯大厦

工程概况

美国芝加哥的一幢办公楼,SOM建筑设计事务所设计，1974年建成,高443米，是当今世界最高建筑物之一。

总建筑面积418000平方米，地上110层，地下3层。

底部平面68.7×68.7米,由9个22.9米见方的正方形组成。

在这些正方形的围都不另设支柱，租用者可按需要分隔。

整个大厦平面随层数增加而分段收缩。

在51层以上切去两个对角正方形，67层以上切去另外两个对角正方形，91层以上又切去三个正方形，只剩下两个正方形到顶。

结构形式及特点

大厦结构工程师是1929年出生于达卡的美籍建筑师F.卡恩。

他为解决像西尔斯大厦这样的高层建筑的关键性抗风结构问题，提出了束筒结构体系的概念并付诸实践。

整幢大厦被当作一个悬挑的束筒空间结构，离地面越远剪力越小，大厦顶部由风压引起的振动也明显减轻。

顶部设计风压为305千克力／米2，设计允许位移（振动时允许产生的振幅）为建筑总高度的1/500，即900毫米，建成后最大风速时实测位移为460毫米。

大厦的造型有如9个高低不一的方形空心筒子集束在一起，挺拔利索,简洁稳定。

不同方向的立面,形态各不相同，突破了一般高层建筑呆板对称的造型手法。

这种束筒结构体系是建筑设计与结构创新相结合的成果。

西尔斯大厦用钢材76000吨,每平方米用钢量比采用框架剪力墙结构体系的帝国州大厦降低20％，仅相当于采用5跨框架结构的50％。

这种束筒结构体系概念的提出和应用是高层建筑抗风结构设计的明显进展。

大厦采用了当时最先进的在房间和各种管井、管道普遍装设烟感器、报警器和电子控制的消防中心的消防系统。

楼的自动喷水装置在火警发生时可将水自动喷洒于任何地点。

位于大厦不同高度上的屋顶平台在火警时可用于安全疏散。

大厦中安装了102部电梯。

一组电梯分区段停靠,从底层有高速电梯分别直达第33层和66层，再换乘区段电梯至各层；另一组从底层至顶层每层都可停靠。

四、超高层建筑（筒结构）

核心筒就是在建筑的中央部分，由电梯井道、楼梯、通风井、电缆井、公共卫生间、部分设备间围护形成中央核心筒，与外围框架形成一个外框筒结构，以钢筋混凝土浇筑。

此种结构十分有利于结构受力，并具有极优的抗震性。

是国际上超高层建筑广泛采用的主流结构形式。

同时，这种结构的优越性还在于可争取尽量宽敞的使用空间，使各种辅助服务性空间向平面的中央集中，使主功能空间占据最佳的采光位置，并达到视线良好、部交通便捷的效果。

建筑实例

环球金融中心

工程概况

环球金融中心是位于中国陆家嘴的一栋摩天大楼，2008年8月29日竣工。

是中国目前第二高楼、世界第三高楼、世界最高的平顶式大楼，楼高492米，地上101层，开发商为“环球金融中心公司”，由日本森大楼公司（森ビル）主导兴建

环球金融中心是位于中国陆家嘴的一栋摩天大楼，2008年8月29日竣工。

是中国目前第二高楼、世界第三高楼、世界最高的平顶式大楼，楼高492米，地上101层，开发商为“环球金融中心公司”，由日本森大楼公司（森ビル）主导兴建。

结构形式及特点

（抗风/抗震）

环球金融中心新建工程的主体结构为钢骨及钢筋混凝土混合结构。

位于周边的巨型结构和中部核心筒是塔楼受力体系的核心部分。

周边的巨型结构由巨型柱，带状桁架和巨型斜撑共同组成。

周边巨型柱从地下室B3层开始设置，从第6层起，巨型柱之间每隔12层设有一道1层高的带状桁架，带状桁架之间通过巨型斜撑连接。

中部核心筒79层以下主要为钢筋混凝土结构，在有伸臂桁架的部位，核心筒剪力墙的钢骨架为型钢组成的桁架。

中部核心筒与周边巨型结构之间通过伸臂桁架连接，伸臂桁架高3层，分别布置在28~31层、52~55层、88~91层之间。

周边巨型结构和中部核心筒—起共同承受大楼的水平荷载。

塔楼91~101层，有—个三维的框架结构，既起到支撑观光缆车的作用，又连接周边巨型结构，起到顶压桁架的作用。

大楼在90楼（约395米）设置了两台风阻尼器，各重150公吨，使用感应器测出建筑物遇风的摇晃程度，及通过电脑计算以控制阻尼器移动的方向，减少大楼由于强风

而引起的摇晃，而预计这两台阻尼器也将成为世界最高的自动控制阻尼器。

慈溪风阻尼器将装上世界最高大楼。

最近玺玛克智能科技与环球金融中心就智能通道控制系统项目签约，该系统将涵盖大楼3000多个通道控制点的进出自动识别管理，这也是国单体建筑智能化通道控制技术要求最严、科技含量最高、合同金额最大的智能安防项目。

五、桁架结构

桁架结构（Trussstructure）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。

建筑实例

大剧院

建筑简介：

大剧院整个工期自1994年9月开始，至1998年8月。

总建筑面积为62803平方米，总高度为40米，分地下2层，地面6层，顶部2层，共计10层。

其建筑风格新颖别致，融汇了东西方的文化韵味。

白色弧形拱顶和具有光感的玻璃幕墙有机结合，在灯光的烘托下，宛如一个水晶般的宫殿。

设计理念：

整个建筑的构思为"天地之间"，被设计师定位为"开放的宫殿"：

大剧院透过一座水、土相溶的坚实台基，奠定在中国的土地上，它置身于政治、文化中心；向展开其屋顶，象征中华民族的聚宝盆，承接着来自宇宙、人类的恩泽与智慧，象征着对世界文化艺术的热情追求，也象征着有有始以来就与天地相通的博大胸怀。

　　大剧院的外观由透明的水平墙面，有韵律的垂直线条，有乐感的弯曲面屋顶来体现，以水、玻璃、光线，通过透明、流畅的线条，朴实有力的造型，多功能形体和技术空间的组合来突出都市理想，贯彻其设计构思。

建筑结构：

此方案最引人注目的是呈反拱的月牙形屋盖，纵长100.4m，横宽94m，纵向悬挑26m，横向悬挑30.9m，反拱圆弧半径R=93m，拱高11.5m。

由于其独特的建筑造型和特殊的功能及工艺要求，大剧院的屋盖体系采用交叉刚接桁架结构。

屋盖结构平面布置纵向为两榀主桁架，在每榀主桁架下各设三个由电梯井筒壁形成的薄壁柱，作为整个屋架结构的支座，次桁架仅起到保证屋盖整体性的作用。

横向为12榀半月牙形无斜腹杆屋架，但其中位于主舞台上方的三榀月牙形桁架由于工艺布置的要求被主舞台周围的薄壁筒体截断。

此外，屋盖结构还布置有一定的联系梁和支撑。

由于较高隔声要求，钢结构与下部观众厅等钢筋混凝土结构完全脱开。

反拱的月牙形屋盖有两层，局部为三层，作为设备层及观光餐厅等。

因此，它既是覆盖整个大剧院下部结构的屋顶，又是上部屋顶结构的承重结构，独具一格地发挥着双重功能。

为什么采用刚接桁架？

1。

建筑造型的制约和使用功能上的要求。

2.屋盖四周悬挑较大，屋盖结构受力复杂，力较大。

3.使用钢接桁架能保证屋盖结构的整体刚度和承载能力。

主桁架高度10m，上下均采用箱形截面，为了加强主桁架的刚度，减小悬臂端的挠度，以及抵抗竖向荷载在支座处的剪力，每榀主桁架在支座处的桁架节间设两块抗剪钢板，主桁架杆件节点都设计为刚性节点。

横向月牙形屋架采用箱形面空腹钢架结构，即无斜腹杆屋架。

这样就既可以满足建筑对钢屋盖部纵向交通的要求，又使杆件总数减少，节点构造简便。

同好似，采用箱形截面，使得杆件力能够通过节点板传到与桁架面平行的杆件腹板，再扩展到整个杆件截面，受力性能好，具有很大的抗扭刚度和双向抗弯刚度，整体稳定性强，可省去大量支撑。

节点设计是整个屋盖设计的关键，本工程采用了全焊连接的方式，具有较好的刚度和延性，节点承载力大于杆件本身承载力1.2倍以上。

六、拱结构

拱结构比桁架结构具有更大的力学优点。

在外荷作用下，拱主要产生压力，使构件摆脱了弯曲变形。

如用抗压性能较好的材料（如砖石或钢筋混凝土）去做拱，正好发挥材料的性能。

不过拱结构支座（拱脚）会产生水平推力，跨度大时这个推力也大，要对付这个推力仍是一桩麻烦而又耗费材料之事。

由于拱结构的这个缺点，在实际工程应用上，桁架还是比拱用得普遍。

建筑实例

俄罗斯风景桥

工程概况

风景桥（ZhivopisnyBridge）是俄罗斯首都莫斯科克雷拉茨科耶区横跨莫斯科河

（MoskvaRiver）的一座公路斜拉桥，全长1460m，其中主桥长409.50m，宽37m；跨河钢拱桥塔高105m，拱跨182m，斜拉索78根，拱顶下部建有圆形观景台和餐厅；桥面至水面高30m。

风景桥于2007年12月建成通车。

结构形式及特点

为了避免

道路与附近的地铁、公园、抽水站等公共设施的干扰，在地形地物受限的

情况下，充分利用了河道上的空间，将桥梁架设在河道中心线上，在平面上桥梁与河流重叠。

利用刚架拱横向布置巧妙地将桥墩基础设置在两岸岸边，这样既能保证桥墩的生根，又能使桥下河流畅通无阻，真是巧夺天工的设计。

风景桥还有一个特点就是它的斜拉索体系。

桥梁主跨为等截面的钢箱梁，钢箱梁被由刚架拱上的斜拉索牵引支撑，梁塔（刚架拱）完全分离，形成全浮悬状态，在78根拉索下组成了空间曲线索面的对称性斜拉桥。

这种体系如果单就主梁的全浮悬状态来说，其抗震能力是很高的，当然，全桥的抗震水平还依赖于作为斜拉桥的主塔-刚架拱的稳定能力。

看似两个毫无搭界的单一结构，一个是拱结构，一个是梁结构，它们通过斜拉索的连接使风景桥形成了一座独特的斜拉桥，这种由简单结构构件组成的复合结构形式的桥梁很值得我们桥梁工程师学习与借鉴。

考虑观光的需要，桥梁主跨正上方利用刚架拱的支撑设置了类似于太空舱的圆形旋转餐厅。

这成为风景桥一个建筑特点。

七、网架结构/大跨度屋盖

由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连结而成的空间结构。

具有空间受力、重量轻、刚度大、抗震性能好等优点；可用作体育馆、影剧院、展览厅、候车厅、体育场看台雨篷、飞机库、双向大柱

网架结构

距车间等建筑的屋盖。

缺点是汇交于节点上的杆件数量较多，制作安装较平面结构复杂。

建筑实例

市体育文化中心

工程概况

市体育文化中心2004年经省发改委批准立项，为市重点工程项目。

工程总建筑面积22400平方米，批准的概算投资1.56亿元，包括三馆一场，即比赛馆、训练馆、会议中心和市民休闲文化广场。

该工程于2005年3月正式开工建设

结构形式及特点

　　比赛馆屋面为钢网壳复合保暖铝锰板自防水屋面，外墙是石材干挂、玻璃幕墙、银灰色穿孔铝板，墙乳胶漆，门窗为铝合金门窗，地面为木地板、花岗岩地面，基础为人工挖孔灌注桩。

建筑功能分布：

地下一层为设备用房，地上一层为室运动场及附属用房，地上二层为观众厅及附属用房。

　市体育文化中心训练馆建筑面积为3400M2，主体建筑为框架两层，建筑总高度18.70M，建筑结构安全等级为二级，建筑抗震设防等级为七级、类别为乙类建筑，框架抗震等级为一级，耐火等级为二级。

训练馆屋面，外墙、墙门窗、基础同比比赛馆，地面为木地板地面。

多功能会议厅屋面、外墙、门窗、地面、基础同比比赛馆。

建筑功能分布：

地上一层为会议大厅及附属用房，地上二层为观众厅和休息厅。

八、悬索结构

由柔性受拉索及其边缘构件所形成的承重结构。

索的材料可以采用钢丝束、钢丝绳、钢铰线、链条、圆钢，以及其他受拉性能良好的线材。

建筑实例

国家体育馆

工程概况

国家体育馆位于奥林匹克公园中心区（B区），是2008年奥运会三大主场馆之一。

它主要由比赛馆和热身馆组成，其中比赛馆可容纳观众约1.8万人，总建筑面积约为80890m2。

地下1层，地上4层。

体育馆屋盖平面投影为两个矩形，纵向长195.5m，横向宽114m，屋盖分别覆盖比赛馆和热身馆，其中比赛馆尺寸为114m×144.5m，热身馆尺寸为51m×63m。

体育馆屋面呈南高北低的波浪形曲线，结构最高点标高为42.454m。

结构形式及特点

国家体育馆钢屋盖采用新型的“双向弦大跨度空间结构”，是国最大的双向弦超大跨空间结构。

钢屋盖上层为正交正放的平面桁架（横向18榀，纵向14榀），网格

间距为8.5m，结构高度为1.518～3.973m。

其中上弦、腹杆采用无缝圆钢管，节点为焊接球，下弦采用矩形管，铸钢节点连接，桁架材质为Q345C钢。

钢屋盖下层为钢撑杆及双向预应力空间拉索网，横向14榀，纵向8榀带索，横向为双索，纵向为单索，钢索采用挤包双护层大节距扭绞型缆索，强度等级1670MPa，Φ109×5~Φ367×5；撑杆为Φ219×12的钢管。

九、膜结构

膜结构（Membrane）是20世纪中期发展起来的一种新型建筑结构形式,是由多种高强薄膜材料（PVC或Teflon）及加强构件（钢架、钢柱或钢索）通过一定方式使其部产生一定的预应力以形成某种空间形状,作为覆盖结构,并能承受一定的外荷载作用的一种空间结构形式.膜结构可分为充气膜结构和拉膜结构两大类.充气膜结构是靠室不断充气,使室外产生一定压力差（一般在10㎜～30㎜水柱之间）,室外的压力差使屋盖膜布受到一定的向上的浮力,从而实现较大的跨度.拉摸结构则通过柱及钢架支承或钢索拉成型,其造型非常优美灵活

建筑实例

颐中体育场

工程概况

颐中体育场的罩篷采用索膜结构体系，是国第一个主要依靠自己的技术力量设计、建造的大型体育场膜结构，也是国第一个采用拉整体式膜结构的体育场，于2000年7月建成。

该体育场是由60个锥形膜单元组成的脊谷式拉整体式膜结构。

长轴266m，由86m长的直线段和两端半径为90m的半圆弧组成，短轴180m。

立柱标高42.5m，环索标高36.5m。

篷盖悬挑沿周边均约40m，具有较好的排水坡度及建筑美感；膜覆盖面积（投影面积）约30000m2，可容纳6万名观众。

结构形式及特点

整个篷盖是由钢结构支撑系统、钢索、膜组成的一个典型索膜拉体系。

每个单元由一个立柱支撑，通过谷索、脊索、外边索的拉作用成形。

上、下吊索则作为活（雪）荷载和风荷载必需的稳定索。

罩篷圈由4根Φ109×7的钢索组成索束，形成受拉环，外圈钢结构由上、下环梁、立柱、斜腹杆共同组成，形成受压外环。

这种环受拉、外环受压的空间体系，有着良好的白平衡性及整体稳定性，大大减小了对已有混凝上结构的影响。

但是由于本工程受压环存在着直线段，环向受力很不均匀，且环索（挑篷前端）位移较大，经过方案的反复调整，最后决定把直线段的上、下吊索改换成三角形钢桁架以增加体系的整体刚度，同时在直线段的后挑出端加下拉杆至混凝土看台柱以改善篷盖的受力状况。

计算后发现，钢环梁的轴压力大大降低而且分布均匀，环索的最大位移也不大于200mm，效果令人满意。

罩棚所用的膜材料为法国FERRARIPRECONTRIANT1302FLUOTOPT，最小抗拉强度为140kN/m，厚度约为1mm，每平方米重1.35kg。

拉机构的位移量为0.6m，以此达到向整个索膜结构体系施加预应力。

参考文献

[1]王国周.钢结构原理与设计[M].：

清华大学，2007.

[2]荣.高层与超高层建筑结构[M].：

科学，2007.

[3]王湛.建筑结构选型[M].：

华南理工，2009.