建筑结构选型 梁、悬挑、桁架结构分析

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建筑结构选型小组成员：20#黄瑞，22#詹桢，23#何珍，24#蒲玥旻，25#李甜 建筑结构选型——悬挑结构、梁式结构和桁架结构分析一、悬挑结构悬挑结构是指不是两端都有支撑的，一端埋在或者浇筑在支撑物上，另一端伸出挑出支撑物的结构。通常的悬挑结构设计中多采用静定悬挑结构方案,以挑梁、厚板、高梁、箱形梁、壳体等悬臂构件来撑托上部数层乃至数十层的荷载及地震作用。要加大悬挑长度，可以采用加大悬挑梁截面、采用预应力或者使用钢结构等措施。而悬挑结构的平衡措施一般采取拉、压及拉压联合的方法或用副跨平衡的措施。悬挑结构可以使建筑体型独特、外观新颖、增大上部空间的容量，但是他的受力状态与其他结构相比有不利的一面，如进行强度和变形验算外，还要进行抗倾覆验算；其允许跨度仅为简支结构的一半。实例分析：1、中央电视台总部大楼该建筑由世界著名建筑设计师、荷兰人雷姆·库哈斯担任主建筑师，荷兰大都会建筑事务所负责设计。 中央电视台总部大楼主楼的两座塔楼双向内倾斜6度，在163米以上由“L”形。悬臂结构连为一体，建筑外表面的玻璃幕墙由强烈的不规则几何图案组成，造型独特、结构新颖、高新技术含量大，2、里斯本东方车站东方车站由西班牙建筑大师卡拉特拉瓦设计兴建，这个车站由于整合了各种交通工具，尤其是地铁与火车的结合，使得其机能组合相当复杂。为了让这些不同机能的构造体间有良好的整合，基于内在的逻辑，将各个不同的水泥结构连接成一个接着一个的拱形支撑起车站的月台，它们就筑在月台上，也同时延伸到顶部以便支撑玻璃，在这个建构的逻辑当中，每个部分都融入另一个部分。 里斯本东方车站采用了大量的悬挑结构，比如车站站台和月台的顶棚等，都采用了悬挑式设计，不但使得造型更加新颖独特，而且还加大了空间的使用率，并且周围的遮挡物减少了，所以视线更加的开阔，光线也更加的充足，这样的设计很适合在车站这样的公共场所使用，在这样的大开敞空间，悬挑结构能够给人们带来最好的使用效果。二、梁式结构在我国传统木结构建筑中，一般在柱间上部用梁和矮柱重叠装成，用以支承屋面檩条的一种骨架，就叫做梁架。梁在我们周围的建筑中是必不可少的一部分，它横跨于柱子的两端，撑起建筑的楼板或者顶棚，是建筑的重要部分。　实例分析：中国古建筑之梁式构架（以唐代佛光寺大殿为例）中国古代建筑惯用木构架作房屋的承重结构。木构梁柱系统约在西元前的春秋时期已初步完备并广泛采用，到了汉代发展得更为成熟。木构结构大体可分为抬梁式、穿斗式、井干式，以抬梁式采用最为普遍。抬梁式结构是沿房屋进深在柱础上立柱，柱上架梁，梁上重叠数层瓜柱和梁，再于最上层梁上立脊瓜柱，组成一组屋架。平行的两组构架之间用横向的枋联结于柱的上端，在各层梁头与脊瓜柱上安置檩，以联系构架与承载屋面。檩间架椽子，构成屋顶的骨架。这样，由两组构架可以构成一间，一座房子可以是一间，也可以是多间。 佛光寺是1000多年前唐代建筑实物，为五台山十大青庙之一，位于山西省五台县的佛光新村。寺内正殿即东大殿，建于唐朝大中十一年，其建筑规模宏大，殿宇巍峨，是我国唐代佛教艺术的精华，在国内外享有很高的声誉。一九六一年，国务院定位全国重点文物保护单位，是我国古建筑和历史文物中的“瑰宝”。外层檐柱共有22根，每根直径54cm，粗壮结实壮观；柱头一律微微向内倾斜，建筑学称这种做法为“侧脚”；大殿四角的檐柱略略升高，使檐口的标高从明间分别向稍间逐渐抬升，形成了一条柔和、平缓的檐口曲线，建筑学上称之为“生起”。正是“侧脚”和“生起”的设计，大大增加了佛殿的稳固性，同时又将大殿转角的屋檐高高挑起，形成了视觉上“斯翼如飞”的效果，使庄重、伟岸的殿身增加了灵动之感，这便是唐代建筑特有的轮廓线。檐柱与檐柱之间是依赖横材———阑额相连接的，阑额横向地插入柱中，但并不出头；柱头之上没有后代相当普遍的普拍枋，而是直接承托斗拱。所有这些细节都是唐代建筑特有的标志和符号。在阑额之上、补间铺作之下的各朵斗拱之间，有六段形状接近长方形的白墙，与土红色的檐柱、门板形成了唐代特有的“丹柱素壁”之美。殿内梁上装有平(即天花板)，将梁架隔为明和暗两部分。明部分制作得十分华美，六道加工成弯月状的月梁沿阑额方向一字儿排开，每道月梁下端均有左右两组自上而下逐级缩进的斗拱加以支撑，那种层层叠叠整齐一律又变化多端的视觉形象如同在你头顶上方拉开了一道道帷幕。 在暗部分密而不露的是大殿力学结构的核心。唐朝人的做法是在距房脊最近的第一道梁即平梁处安装大叉手，以此来承托殿顶的重力。后人的做法则是叉手、侏儒柱并用直至不用叉手只用侏儒柱。经专家测定，佛光寺东大殿梁架的各部分之间有明显的比例关系，比如面阔为进深的两倍，明间的间广等于平柱的柱高，斗拱的总高度等于立柱高度的二分之一，等等，这些数据透露出的信息是：大殿的总体比例是有预先控制的，大殿的设计是遵循了一套既定的程式和手法的。三、桁架结构各杆件受力均以单向拉、压为主，通过对上下弦杆和腹杆的合理布置，可适应结构内部的弯矩和剪力分布。由于水平方向的拉、压内力实现了自身平衡，整个结构不对支座产生水平推力。结构布置灵活，应用范围非常广。而且桁架结构将横弯作用下的实腹梁内部复杂的应力状态转化为桁架杆件内简单的拉压应力状态，使我们能够直观地了解力的分布和传递，便于结构的变化和组合。实例分析：1、国家大剧院国家大剧院壳体外形是半个超级椭球体，其长轴长度为212.20m，短轴长度为143.64m，高度为46.285m 。其内部主要布置有一个容纳2416人的戏剧厅、一个容纳2017人的音乐厅、一个容纳1040人的剧场。国家大剧院壳体钢结构主要由148榀沿椭球面均匀垂直布置的平面桁架、11840根水平布置的环向系杆、对称布置的四块平面斜撑及顶部结构组成，也就是说国家大剧院是以众多桁架组成的壳体结构。壳体总用钢量约6760t。平面桁架按照是否外露分为长轴桁架和短轴桁架，短轴桁架区域的屋面采用玻璃形式，为外露构件，采用厚度为60mm钢板条作为桁架的弦杆和腹杆，共46榀，总重量约为2050t；长轴桁架区域的屋面采用钛合金板形式，为隐蔽构件，其弦杆和腹杆均为H型钢截面，共102榀，总重量约为2100t。水平布置的为环向系杆，通过两端的半球与平面桁架连接。平面斜撑布置在长轴区域，截面均采用H型钢截面。顶部结构由钢管环梁、箱形梁、顶部短轴桁架、顶部长轴桁架、连系杆组成，顶部短轴桁架、顶部长轴桁架、连系杆与下部结构近似，总重量约为1050t。2、九江长江大桥九江长江大桥，为钢桁架桥，铁路桥长7675m，公路桥长4460m，江中有桥墩10个，共架设11孔钢梁，最大跨度216m，最小跨度126m。整个大桥设计新颖，造型优美，工艺独特，雄伟壮观。大桥铁路引桥采用的无碴无枕预应力箱形梁，在我国建桥史上还是第一次。主河槽216m 宽的大跨度，居全国桥梁之首。我国第一次试验的15锰钡氮新钢种在这座桥上首先使用。这座桥使用的钢材、水泥、木材等建筑材料，均创造了我国建桥史上的最高纪录。九江大桥墩顶到基础最低底面，相距64米，相当于一座22层高的楼房。从钢梁拱顶到基础最低底面，高达132m，相当于一座45层的高楼。