建筑结构选型

目录。一、引言。二、桁架结构（南京国际展览中心）

三、拉索钢结构（奥体网球中心半决赛场）

四、梁式结构和悬挑结构（奥体网球中心决赛场）

五、网壳结构（奥体中心游泳馆主馆＆天津于家堡综合交通枢纽）

六、膜结构(学校**台＆操场看台顶＆世博轴)

引言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，作为一名建筑学子，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建筑师。

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。

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。

根据桁架的外形分类：a.平行弦桁架（便于布置双层结构；利于标准化生产，但杆力分布不够均匀）；b.

折弦桁架（如抛物线形桁架梁，外形同均布荷载下简支梁的弯矩图，杆力分布均匀，材料使用经济，构造较复杂）；c.三角形桁架（杆力分布更不均匀，构造布置困难，但斜面符合屋顶排水需要）。

abc以桁架几何组成方式分类：a.简单桁架（由一个基本铰结三角形依次增加二元体组成）；b.

联合桁架（由几个简单桁架按几何不变体系的简单组成规则联合组成）；c.复杂桁架（不同于前两种的其它静定桁架）。

案例分析：南京国际展览中心。

南京国际展览中心以巨型钢桁架构成类似水滴的流线型断面特征的曲面形体。展馆的弧形屋面形成"大面"，插入其中的辅助建筑的屋顶形成"小面"，玻璃幕墙和网架形成"虚面"，各部分有机结合成完整而又变化的群体形象。它以一弧一方的体块对比，产生强烈的视觉效应，并削弱了大体量的空洞感，最终建构体量而形成层次框架。

南京国际展览中心采用了大量的最新材料，如高强度锰钢、硬质铝合金、硅酮化学制品、轻质混凝土构件、中空夹层钢化玻璃等来建造体量轻、用料少、能够工厂化制造并快速灵活按装的建筑。其中被称为第三代幕墙的软拉索点驳接玻璃幕墙是其最突出的构造手段和表现形式之一。点驳接玻璃幕墙是指玻璃幕墙的每一个分格用钢爪以点连接形式将幕墙各种荷载和作用传到中间结构，再由中间结构传到主体结构，因此玻璃表面没有任何金属框架，产生广阔的视野。

国展中心的二层展厅是一个长243m ,宽75m 的无柱大空间，屋面呈弧形，南北两端主入口各有15m悬挑，西侧又有14m 悬挑。为了实现建筑功能要求，经过多方案的比较，最终选定了采用钢管拱架、檩架的结构方案。27m ×75m 的柱网，纵向27m 跨的檩架承担檩条、压型钢板轻钢屋面荷载，南北两端檩架各向外悬挑15m。

横向跨度75m ,上弦半径125m 的弧形拱架支承檩架，拱架高端悬挑14m ,最终形成结构新颖、气势宏伟的展览大空间。

结构布置时，采取了多种措施来增加屋面的空间刚度，以保证结构稳定，传力可靠。拱架的横截面是宽415m、高5m 的倒三角形。弦杆最大为<480 ×25 ,最小为<402 ×15 ,腹杆最大为<194 ×20 ,最小为<133 ×5 。

檩架的横截面是宽4188m、高3m 的倒三角形。三角形的每个面又都由弦杆、腹杆组成的小三角形平面桁架构成，拱架、檩架本身既是几何不变的空间结构，刚度也很好，又便于设备管道、马道等在其中穿行。单元划分时，使拱架与檩架的划分相呼应。

檩架上弦藉助拱架腹杆是拉通的，下弦除两端悬挑部分是拉通的以外，均做成与拱架下弦节点连接，产生空间作用。

管桁架结构同时具有杆结构和拱结构的特征，杆件只要以弯曲形式承载的结构，其稳定性态对缺陷不敏感。

缺点：由于加工工艺、环境条件、人为因素等影响，钢材在冶制和轧制过程中会存在偏析、夹杂、裂纹、结疤、划痕、脱碳、麻点等缺陷，从而影响钢材的性能。

在国展中心中许多节点都出现了脱漆，生锈的问题，有部分焊接的节点在下雨天还会出现漏雨的现象。

拉索钢结构。

途径：将受弯构件的传力途径改为由索和塔柱承受拉、压的传力途径。

案例分析：奥体中心网球场半决赛场。

南京奥林匹克网球中心是奥体中心的场馆之一，由决赛场、半决赛场、室内馆、室外场地组成，总建筑面积月6万㎡，其刚结构主要分为三个部分：决赛场大悬挑桁架、训练馆三铰拱及半决赛场地的拉索钢框架。

拉索钢框架造型犹如两片巨大的树叶落于两个半决赛场地之间，成为主体育场至网球决赛场途中的一个亮点。钢框架由焊接变截面工字形梁柱组成，承重钢拉索两端分别固定在钢框架梁的两悬挑端，中间部位通过平衡索与钢框架梁相连。上铺设钢檩条和玻璃顶棚。

单榀拉索钢架示意图结构空间示意图

在竖向荷载作用下，该结构在固定主结构上下端之间受弯，檩条横跨于半悬索结构之间。屋顶东西向水平荷载通过钢结构门式框架平衡，南北向水平荷载通过屋顶平面内较长支撑传到垂直支架，再到基础。

拉索钢框架整体纵向长度68.045m，最大一榀的钢梁最大悬挑长度为14.454m（红色），最小一榀的悬挑长度为5.

873m（黄色），承重索连接在钢框架悬挑梁的两端部。平衡索一端连接在钢梁，一段连接在承重索上，间距2.5m，各榀拉索框架为平面受力体系，不考虑其平面外刚度，所以必须设置可靠的侧向支撑来约束各榀的平面外自由度。

南京奥体网球中心采用拉索钢框架结构体系，通过计算与分析确定了合理的构件截面及拉索预应力，使改结构体系在满足建筑造型要求的基础上，具有较好的整体工作性能，且经济指标较合理，平均用钢量为62kg/㎡。

特点：1 本工程在结构体系布置上，采用一端的刚性部位形成稳固的侧向支撑嵌固点以保证各榀拉索钢框架的侧向稳定。

2 与一般悬挑结构受力机理不同，本工程钢框架结构在向上风荷载作用下达到极限状态。

3 预应力钢结构的设计与施工联系十分密切，设计时必须预先考虑施工的步骤。尤其必须预先规定好张拉预应力、安装刚性支撑和铺设屋面板的步骤。

4 本工程的美中不足之处为点驳式玻璃支承结构与拉索支承点未与平衡索夹点合二为一考虑，协调一致，而是分别考虑和设计，致使结构不够明快。

梁式结构与悬挑结构。

梁(beam)主要承受垂直于梁轴线方向的荷载作用。钢梁强度高，施工方便。钢梁自重比相同跨度混凝土梁轻。维护费用较高，房屋建筑较少使用，但在厂房、桥梁中应用较广泛。

梁可分为简支梁、悬臂梁、连续梁。

悬挑结构无端部支撑构件、视野开阔、空间布置灵活，故常在体育场看台雨棚中应用。

悬挑结构的固定端有较大的倾覆力矩。一般认为，悬挑结构的抗倾覆安全系数应大于1.5。

抗倾覆平衡：抗倾覆力矩/倾覆力矩 > 1.5

案例分析：奥体中心网球场决赛场。

主比赛场地屋盖为单项悬挑27m管桁架。建筑屋面为荷花瓣形，每个柱顶为二榀一高一低两榀平面桁架组成。决赛场基础为高强预应力管桩承台基础，上部结构为框架剪力墙体系，屋顶由钢筋混凝土看台背部悬挑出的钢结构桁架构成，屋顶上下两面覆盖有面板，并由钢檩条连接这些桁架。

水平荷载要不直接由屋顶桁架传递到混凝土结构上，要不通过屋顶平面内支撑系统传递到混凝土结构上。

网球中心比赛场屋盖钢结构。

主决赛场周边看台分为标高4.75m以下和以上两个部分，4.75m以上部分看台由23榀钢筋混凝土悬挑托梁承担全部荷重，23榀托梁的悬挑长度、截面尺寸、梁顶标高等各不相同。

托梁截面形状原设计为变截面矩形，最大截面尺寸为：宽1200mm，高度由2900mm逐渐缩减至571mm。

决赛场看台挑篷为悬挑结构，端部固定分厂重要，12个区的挑篷为单独稳定结构，如现场采用高空散装，拼装平台的施工难度很大，同时施工工期也不允许。因此，决定采用桁架组装好后，在看台搭设较低的拼装平台，在此平台上将很难讲桁架安装成整体。

网壳结构。定义：网壳结构，即为网状的壳体结构，或者说是曲面状的网架结构。其外形为壳，其构成为网格状，是格构化的壳体，也是壳形的网架。

网壳结构又包括单层网壳结构、预应力网壳结构、板锥网壳结构、肋环型索承网壳结构、单层叉筒网壳结构等。

案例分析：奥体中心游泳馆主馆＆天津于家堡综合交通枢纽。

奥体中心游泳馆主馆。

主馆整体建筑外形是由一个半径60m的半球面和圆柱面所组成的空间曲面沿水平方向剖切，所得到的上半部分曲面而形成主馆结构形式为空间三角预应力拱桁架和单层网壳结构组合的结构体系。

单层球壳部分主要由纵向杆件、横向杆件和斜支撑组成。其中部分纵向杆件支承于标高为7.100 m 的混凝土平台，部分支承于地坪。

天津于家堡综合交通枢纽。

天津于家堡综合交通枢纽是目前国内最大的全地下综合**通枢纽，其站房屋盖为贝壳形单层网壳结构，焊接箱形杆件呈空间双螺旋交织布置，为非规则的空间曲面造型，是目前国内跨度最大的单层网壳结构。

于家堡综合交通枢纽站房屋盖采用单层网壳结构，为非规则空间曲面造型，网格为不规则的空间四边形，四个节点不在同一平面内，为非正交交叉梁结构体系，且各个网格的形状、大小无一相同。其外形为由正、反螺旋线编织而成的贝壳形双曲面，网壳杆件由36组顺时针和逆时针的空间螺旋线交叉编织而成，杆件之间刚接。其屋面采用etfe膜材。

网壳结构南北向跨度为144m，东西向跨度为81m，矢高为25m，内部无柱，其平面投影近似为半椭圆与半圆的组合，为单轴对称结构。

网壳南侧设主入口，东西两侧各设一个次入口，各入口门洞均为三角形样式，网壳顶部设较大的天窗。在屋盖顶部及底部设有环梁，以稳固整个空间网壳并有效地将屋盖荷载通过与底环梁相连的支座传递至地下。

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