建筑新的结构形式（共8篇）
建筑新的结构形式 篇1
前言
建筑从产生之日起就是技术与艺术的统一体。建筑的造型应该也必须是结构形态的真实反映。传统的建筑模式, 无论从西方古典建筑, 还是中国的古典建筑, 其产生和演变都离不开结构技术的主线。在近现代建筑的形成和发展过程中, 结构的发展更起到了极大的促进作用。技术进步不仅直接作用于建筑本身, 而且对建筑审美观也起到了很大影响, 人们开始有意识地运用结构技术来构筑建筑形态, 将技术美学体现在设计构思中, 从而形成全新的建筑形式。
结构应该成为建筑形象表达的一种手段。但是, 对于如何较好地运用这一表现手段, 尚有许多规律性的东西值得我们去总结和反省, 在此基础上, 才能形成比较完整和可行的设计方法。
在建筑设计中, 选择结构形式不仅是结构工程师的工作, 也是建筑师的职责, 现代建筑的特点是建筑艺术与建筑技术的高度统一。建筑师只有对各种结构形式的基本力学特征和适用范围有深入的了解才能自由地进行创作, 把结构形式与建筑造型融为一体 (如图1) 。
1 拱结构及其
1.1 拱的受力特点、优缺点和适用范围
拱是古代大跨度建筑的主要结构形式。由于拱呈曲面形状, 在外力作用下, 拱内的弯矩值可以降低到最小限度, 主要内力变为铀向压力, 且应力分布均匀, 能充分利用材料的强度, 比同样跨度的梁结构断面小, 故拱能跨越较大的空间。但是拱结构在承受荷载后将产生横向推力, 为了保持结构的稳定性, 必须设置宽厚坚固的拱脚支座抵抗横推力。常见的方式是在拱的两侧作两道厚墙来支承拱, 墙厚随拱跨增大而加厚。很明显, 这会使建筑的平面空间组合受到约束。拱的内力主要是轴向压力, 结构材料应选用抗压性能好的材料。古代建筑的拱主要采用砖石材料, 近代建筑中, 多采用钢筋混凝土拱, 有的采用钢衍架拱, 跨度可达百米以上。拱结构所形成的巨大空间, 常常用来建造商场、展览馆、体育馆、散装货仓等建筑。
1.2 拱结构的建筑造型
拱结构的造型主要取决于矢高大小和平横拱推力的方式。拱的矢高对建筑的外部轮廓形象影响最大。矢高小的拱, 外形起伏变化小, 呈扁平状, 结构占用的空间小, 但水平推力和拱身轴力都偏大。而矢高大的拱, 外形起伏变化强烈, 产生的水平推力和轴向力都较小, 但拱身材料耗费量多, 拱下形成的内部空间大, 拱曲面坡度很陡, 当采用油毡屋面时, 容易出现沥青流淌和油毡滑移现象。所以矢高大小应综合考虑建筑的外观造型要求、结构受力的合理性、材料消耗量、屋面防水构造等多种因素。通常拱屋顶的矢高为拱跨的1/7-1/5, 最小不小于1/10。采用油毡屋面时, 矢高不应大于1/8, 混凝土自防水屋面的矢高一般取1/6。
如前所述, 拱是一种有水平推力的结构, 解决水平推力的方式不同, 建筑的外形也显然不一样, 通常有以下几种处理方式。
1.2.1 由拉杆承受拱推力的建筑造型
在拱脚支座处设水平拉杆来抵消拱推力是最常见的方法, 其优点是支承拱的侧墙 (或柱) 不承受拱推力, 大大简化了支座的受力状况, 可使拱身和桩断面减小。根据使用功能和造型要求, 可以处理成单跨、多跨、高低跨, 平面布局灵活, 形式多样。
1.2.2 由框架结构承受拱推力的建筑造型
在拱的两侧设置框架来抵抗水平推力是又一种常见的处理方式。但框架应具有足够的刚度, 拱脚与框架连接要防止发生水平位移或倾斜。根据建筑使用功能和造型要求, 框架之间可以布置单跨或多跨。
2 刚架结构及其建筑造型
2.1 受力特点、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。由于梁和柱是刚性结点, 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。刚架结构比屋架和柱组成的排架结构轻巧, 可以节省钢材和水泥。由于大多数刚架的横梁是向上倾斜的, 不但受力合理, 且结构下部的空间增大, 对某些要求高大空间的建筑特别有利。同时, 倾斜的横梁使建筑的屋顶形成折线形, 建筑外轮廓富有变化。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、礼党、食堂、菜市场等大空间的民用建筑, 也可用于工业建筑, 但刚架结构的刚度较差, 当吊车起重量超过100k N时不宜采用。
2.2 刚架结构的形式
刚架按结构组成和构造方式的不同, 分为三铰刚架、两铰刚架, 无铰刚架, 无铰刚架和两铰刚架是超静定结构, 结构刚度较大, 但当地基条件较差, 发生不均匀沉降时, 结构将产生附加内力。三铰刚架则属于静定结构, 在地基产生不均匀沉降时, 结构不会引起附加内力。但其刚度不如前两种好。一般来说, 三铰刚架多用于跨度较小的建筑, 两铰和无铰刚架可用于跨度较大的建筑。
2.3 钢架结构的建筑造型
刚架结构常用钢筋混凝土建造, 为了节约材料和减轻结构自重, 通常将刚架做成变断面形式, 柱梁相交处弯别最大, 断面增大, 铰接点处弯矩为零, 断面最小, 所以刚架的支柱断面呈上大下小。根据建筑造型需要, 立柱可作成里直外斜, 或外直里斜。刚架多采用预制装配, 构件呈Y形和r形, 用这些构件可组成单跨、多跨、高低跨、悬挑跨等各式各样的建筑外形。
3 桁架结构及其建筑造型
桁架是由杆件组成的一种格构式结构体系。杆件与杆件的结合假定为铰结, 所以在外力作用下, 杆件内力为轴向力 (拉力或压力) , 而且分布均匀, 故桁架结构比梁结构受力合理。桁架的杆件内力是轴向力, 而梁的内力主要是弯矩, 且分布不均匀, 梁的断面大小常以最大弯短处的断面尺寸为整个梁的断面大小, 因此梁的材料强度未得到充分利用。桁架内力分布均匀。材料强度能充分利用, 减少材料耗虽和结构自重, 使结构跨度增大。所以桁架结构是大跨度建筑常用的一种结构形式, 主要用于体育馆、影剧院、展览馆、食堂、菜市场、商场等公共建筑。为了使桁架的规格统一, 有利于工业化施工, 建筑的平面形式宜采用矩形或方形。
4 结论
通过对大跨度建筑造型与结构形态的关系进行简要分析, 我们得出以下结论:
4.1 从近年来发达国家大跨度建筑的结构形式来看, 以平面结构进行组合的方式占有较大比重。因为平面结构受力关系清楚, 通过适当的变形和组合, 很容易与建筑造型相吻合, 便于操作。还有, 平面结构本身又多采用空间桁架形式。即结构的空间作用是集中体现在局部而不是整天。
4.2 由于新型材料和新型结构的更新速度较以往明显加快, 一种结构技术可能尚未达到完全成熟, 就可能趋于淘汰。人们对结构形式的新颖性要比结构的其它方面更感兴趣, 造型的独特和多变是对建筑的必然要求, 这样, 结构形态设计对于结构创新具有更加积极的作用。
参考文献
[1]代富红, 杜佳.大跨度建筑方案创作中的结构表现手法研究[J].山西建筑, 2011年24期.[1]代富红, 杜佳.大跨度建筑方案创作中的结构表现手法研究[J].山西建筑, 2011年24期.
[2]周景辉.浅谈大空间、大跨度建筑火灾的灭火救援[J].中国西部科技, 2011年23期.[2]周景辉.浅谈大空间、大跨度建筑火灾的灭火救援[J].中国西部科技, 2011年23期.
建筑新的结构形式 篇2
本卷共分为2大题50小题，作答时间为180分钟，总分100分，60分及格。
一、单项选择题（共25题，每题2分，每题的备选项中，只有 1 个事最符合题意）
1、2、下列哪一种情况是属于复杂高层建筑
A．结构平面凹进一侧的尺寸大于相应投影方向总尺寸的30% B．混凝土简体结构
C．楼层的侧向刚度小于相邻上一层的70% D．多塔楼结构
3、裱糊工程施工的环境温度不应低于：(2001，44)A．0℃ B．5℃ C．-5℃ D．10℃
4、联合试运转费应计入下列哪项费用中(2003，3)A．设备安装费 B．建筑安装工程费 C．生产准备费
D．工程建设其他费用
5、有耐磨性要求的混凝土，应优先选用下列何种水泥？（）A.硅酸盐水泥 B.火山灰水泥 C.粉煤灰水泥 D.硫铝酸盐水泥
6、建筑物外堵外侧有保温隔热层的，如何计算建筑面积(2007，19)A．按建筑物外墙结构面外边线计算 B．按建筑物外墙结构的中线计算 C．按建筑物保温隔热层外边线计算 D．按建筑物外墙装饰面外边线计算
7、各类隔墙安装应满足有关建筑技术要求，下列哪一项不属于满足范围之内（）A.稳定、抗震 B.保温
C.防空气渗透 D.防火、防潮
8、施工缝一般应留在构件，______部位。A．受压最小 B．受剪最小 C．受弯最小 D．受扭最小 9、1/500丘陵地(2°～6°)地形图上，等高线所采用的基本等高距是__m。A．2 B．1 C．0.5 D．5
10、下列传热体，哪个是以导热为主 A．钢筋混凝土的墙体 B．加气混凝土的墙体 C．有空气间层的墙体 D．空心砌块砌筑的墙体
11、普通砖砌筑前,一定要进行浇水湿润,其目的是____ A：把砖冲洗干净
B：保证砌砖时,砌筑砂浆的稠度 C：增加砂浆对砖的胶结力 D：减小砌筑砂浆的用水量
12、混凝土保护层的作用哪一项是不对的__ A．防火 B．防锈
C．增加粘结力 D．便于装修
13、以下论述中，哪项完全符合《荷载规范》Ⅰ．人防所受的爆炸力是可变荷载Ⅱ．土压力是永久荷载Ⅲ．楼梯均布活荷载是永久荷载Ⅳ．直升机停机坪上直升机的等效荷载是可变荷载 A．Ⅰ、Ⅱ B．Ⅱ、Ⅲ C．Ⅰ、Ⅳ D．Ⅱ、Ⅳ
14、对地板进行保温处理时，下面哪一种处理比较合理__ A．整个地板的保温层应该厚度相同 B．沿地板的周边做局部保温
C．地板中心部分的保温层应该比其他地方加厚 D．更换地板的面层材料
15、下列内场面装饰材料每平方米综合单价最低的是：(2005，12)A．装饰壁布
B．弹性丙烯酸涂料 C．绒面软包 D．防霉涂料
16、由唐至清斗拱的尺度、疏密程度的变化是__。A．由大到小到密 B．由大到小到疏 C．由小到大到疏 D．由小到大到密
17、工程造价计价具有哪些特点______。①单件性②大额性③组合性④兼容性⑤多次性 A．①②③ B．②③④ C．②③⑤ D．①②⑤
18、雅典卫城中采用了女像柱廊的是哪座建筑__ A．帕提农神庙 B．伊瑞克提翁神庙 C．卫城山门 D．胜利神庙
19、铝合金门窗与墙体的连接应为弹性连接，下面理由正确的是（）①建筑物在一般振动、沉降变形时不致损坏门窗②建筑物受热胀冷缩变形时，不致损坏门窗③让门窗框不直接与混凝土、水泥砂浆接触，以免碱腐蚀④便于施工与维修 A.①②③ B.②③ C.②④ D.① 20、建设工程竣工验收后，应在多长时间内向城乡规划主管部门报送有关竣工验收资料[2011，79)A．1个月 B．3个月 C．半年 D．1年
21、下列混凝土构件的轴线位置允许偏差，哪个是不符合规范规定的(2003，32)A．独立基础20mm B．柱8mm C．剪力墙5mm D．梁8mm
22、预应力后张法的灌浆中，下列哪条是不正确的(2000，35)A．预应力筋张拉后，孔道应及时灌浆，在灌浆中应快速进行 B．灌浆所用普通硅酸盐水泥的强度等级不应低于32．5级 C．对孔隙大的孔道亦可用水泥砂浆
D．灌浆所用的水泥浆或水泥砂浆强度均不应小于30N／mm2
23、下列费用中__项应计入设备购置费。A．采购及运输费 B．调试费 C．安装费
D．设备安装、保险费
24、超过出让合同约定的动工开发日期满一年而未动工开发的，可以征收相当于土地使用权出让金的百分之多少以下的土地闲置费(2010，82)A．10％ B．20％ C．25％ D．30％
25、给水管出口高出用水设备溢流水位的最小空气间隙，不得小于配水出口处给水管管径的__倍。A．2 B．2．5 C．3 D．3．5
二、多项选择题（共25 题，每题2分，每题的备选项中，有 2 个或 2 个以上符合题意，至少有1 个错项。错选，本题不得分；少选，所选的每个选项得 0.5 分）
1、有抗渗要求的混凝土养护时间不得少于__。A．7d B．14d C．10d D．28d
2、下面的材料中，哪些是均匀扩散反射材料__ A．粉刷 B．油漆表面 C．玻璃镜
D．粗糙金属表面
3、山坡地分全阳坡、半阳坡及背阳坡（见题1图），半阳坡是指（）。A．西化、东北 B．东、西
C．西南、东南 D．南、北
4、建设项目总概算包括单项工程综合概算、工程建设其他费用概算，还有下列哪些费用组成(2001，4)A．预备费、投资方向调节税、建设期贷款利息 B．现场经费、财务费；保险费
C．预备费、投资方向调节税、生产期贷款利息 D．人工费、材料费、施工机械费
5、冬季墙交角处内表面温度比主体表面温度低，其原因为____ A：交角处材料的导热系数较大 B：交角处的总热阻较小
C：交角处外表面的散热面积大于内表面的吸热面积 D：交角处外表面的散热面积小于内表面的吸热面积
6、根据《抗震规范》，进行结构构件截面抗震验算时，计算地震作用应采用下列哪一种地震的地面水平运动加速度 A．设防烈度
B．高于设防烈度的预估的罕遇地震 C．低于设防烈度的多遇地震 D．比设防烈度高一度的地震
7、施工合同的组成文件中，结合项目特点针对通用条款内容进行补充或修正，使之与通用条款共同构成对某一方面问题内容完备约定的文件是（）。A．协议书 B．专用条款 C．标准条款 D．质量保修书
8、关于铝合金门窗的横向和竖向组合，下列措施中哪一项是错误的（）A.应采用套插，搭接形成曲面组合 B.搭接长度宜为10mm C.搭接处用密封膏密封
D.在保证质量的前提下，可采用平面同平面组合
9、在罗马大斗兽场的立面处理中，下部三层采用了不同的柱式构图，由下向上依次为__ A．多立克、塔司干、爱奥尼 B．塔司干、爱奥尼、科林斯 C．爱奥尼、科林斯、塔司干 D．科林斯、爱奥尼、塔司于
10、__不是后现代主义作品。A．波特兰市政中心大楼 B．西格拉姆大厦 C．西点办公大楼
D．美国电报与电话公司大楼
11、有关材料表面对太阳辐射吸收系数，下列哪一种最大__ A．青灰色水泥墙面 B．白色大理石墙面 C．红砖墒面
D．灰色水刷石墙面
12、设计单位必须严格按国家有关环境保护规定做好各项工作，以下哪项是错误的______。
A．承担或参与建设项目的环境影响评价
B．接受设计任务书后，按环境影响报告书(表)及其审批意见所确定的各种措施开展初步设计，认真编制环境保护篇(章)C．严格执行“三同时”制度，做倒防治污染及其他公害的设施与主体工程同，时设计 D．未经有关部门批准环境影响报告书(表)的建设项目，必须经市(县)长特批后才可进行设计
13、土建工程概、预算的编制方法一般是______。A．套用技术经济指标 B．套用投资估算指标
C．计算人工、材料用量，配上工料单价，计算各项费用 D．计算工程量、套用定额单价，计算各项费用
14、在正常环境下，人身电击安全交流电压限值为多少伏? A：50V B：36V C：24V D：75V
15、有冻胀环境和条件的地区，地面以下或防潮层以下的砌体，不宜采用的材料为：(2005，25)A．标准砖 B．多孔砖 C．石材
D．实心混凝土砌块
16、建筑工程基础埋置深度为15m时,防水混凝土的抗渗等级应采用下____ A：P6 B：P8 C：P10 D：P12
17、项目敏感性分析中选择敏感性因素的主要条件是______。A．变化幅度最小 B．风险系数最大
C．敏感度系数(变化率)最大 D．敏感度系数(变化率)最小
18、下列烟囱中哪一种造价(元／座)最低(2006，14)A．砖混结构30m高 B．砖混结构50m高
C．钢筋混凝土结构30m高 D．钢筋混凝土结构50m高
19、经一级注册建筑师考试合格，取得考试资格证书者，不得有下列何种行为(2000，68)A．可执行注册建筑师业务 B．可从事建筑装修设计 C．可从事规划设计 D．可从事古建筑设计 20、《招投标法》规定，投标文件（）的投标人应确定为中标人。A．满足招标文件中规定的各项综合评价标准的最低要求 B．最大限度地满足招标文件中规定的各项综合评价标准 C．满足招标文件各项要求，并且报价最低
D．满足招标文件各项要求，并且经评审的价格最低 E．满足招标文件各项要求，并且经评审价格最高
21、下列__垫层不应小于60mm。A．砂垫层 B．砂石垫层 C．混凝土垫层 D．矿渣垫层22、23、相同规格的铸铁散热器，下列哪种组合最有利于每片散热器的散热能力 A．每组片数＜6片 B．每组片数：6～10片 C．每组片数：11～20片 D．每组片数＞20片
24、建筑物高度与建筑物后面的漩涡区深度的关系为____ A：漩涡区深度不随建筑物高度变化 B：呈相同变化 C：呈相反变化 D：无规则变化
浅析大跨度建筑结构形式与设计 篇3
关键词：大跨度建筑结构;形式;设计
一、引言
大跨度建筑结构在设计时，主要是注重安全性的设计，因为这种类型的建筑物，对安全性要求比较高，因此要选择适宜的大跨度建筑结构形式，设计人员首先要掌握建筑结构要求，其次要了解各个大跨度形式的优势与劣势，最后，在考虑建筑物的外部环境，这样才能保证设计合理，大跨度结构安全可靠。
二、大跨度建筑结构形式与设计
建筑结构多样，大跨度结构就是其中之一，实际上大跨度结构形式比较多，其应用范围也比较广，比较常见的有三种，第一种是网架结构;第二种是网壳结构;第三种是膜结构，这三种大跨度建筑结构形式以及特点都不相同，其制作工艺与设计方法也有比较大的差别，因此在具体选择时，需要全面考虑，根据建筑工程特点及其周围的环境来选择合理的结构。
1、网架结构形式与设计
大跨度建筑结构有很多形式，但是无论哪一种形式都要满足大跨度的要求，网架结构作为其中的结构形式，其设计要点有很多，优势也比较明显，首先我们来了解一下网架结构的形式。如果按形状来划分，网架结构可以分为四种，第一种是平面桁架系网架，第二种是四角椎体形式的网架;第三种是三角锥形式网架;第四种是六角椎体网架。这几种网架也有不同的形式，根据设计要求来选择即可，从整体上讲，网架主要有以下几点优势：
首先，网架结构在设计时，注重的是空间设计原则，这种设计方式传力非常简便，这对大跨度建筑结构形式来说意义重大，因为如果建筑结构属于大跨度形式，对传力的要求非常高，而网架结构的方式正好能够满足其要求;其次，网架结构重量比较轻，而且刚度非常大，具有非常好的抗震性能，不必因为是网架而影响其抗震效果;再次，便于施工，因为网架结构主要的施工步骤就是安装，只要在设计时注重要点，安装很少出现差错;第四，网架生产成本比较低，而且原材易得，因此可以进行大批量的生产，商品化的程度比较高;第五，后期装饰比较方便，因为网架形式的建筑结构，外表美观大方，利用建筑装饰方法的选择，其整体效果比较好。
2、网壳结构的形式与设计
网壳结构形式多样，我们也可以将其称作是曲面形网格结构，一般情况下有单层与双层之分，该结构所使用的重要的材料有三种，一是钢材;二是木材;三是钢筋混凝土。如果按形状来划分其形式可以分为以下几种：首先是球面网壳，也是形状类似于或者是接近于球面的网壳形式;其次是双曲面网壳，这种网壳是双层网壳的一种;再次是圆柱面网壳，形状是圆柱体的网壳;最后是双曲抛物面形式的网壳，这种形式的网壳也是比较常用的网壳形式。网壳结构设计注意要点如下：
首先，在设计时，可以根据强度来对其进行计算，尽管网壳通常都是由轻质高强材料制作而成，一般情况下，这种材料制作而成的建筑结构都不能使用强度计算的方法，因为其劣势比较明显，就是剖面尺寸与原来相比会减少的程度比较明显，剖面尺寸越小，承载力就会出现问题，这样造成的最严重的后果就是建筑会失去稳定性，进而发生事故。但是网壳结构却不必担心这个问题，因为网壳结构拥有不同的外形，而每种外形都能够将建筑结构内部产生的应力非常均匀的分配，这样建筑结构就能够一直保持在稳定安全的状态中，因此尽管网壳结构一般情况下，厚度都是非常小的，但是因为其空间承载力却非常大。
其次，注重外形的设计，因为网壳结构最重要的功能都在外形上，因此要注重对外形的设计，外形设计的越合理，其功能发挥的越大，而且注重外形设计，就不需要加大断面，这样就不需要使用过多的材料就能够取得很好的效果，进而节省了设计成本。
最后，壳体结构按其受力情况不同可以分为折板、单曲面壳和双曲面壳等多种类型。在实际应用中，壳体结构的形式更是丰富多彩的。例如悉尼歌剧院，其外观为三组巨大的壳片，耸立在一南北长186米、东西最宽处为 97米的现浇钢筋混凝土结构的基座上。而壳体结构既可以单独使用又可以组合起来使用;既可以用来覆盖大面积空间，又可以用来覆盖中等面积的空间;既适合方形、矩形平面要求，又可以适应圆形平面、三角形平面，及至其他特殊形状平面的要求。因为壳体结构属于高效能空间薄壁结构范畴，可以适应于力学要求的各种曲线形状，所以其承受弯曲及扭转的能力远比平面结构系统大。另外，因结构受力均匀，因而可充分发挥材料的材耗，所以壳体结构体系非常适用于大跨度的各类建筑。
3、膜结构的形式与设计
3.1膜结构特点
膜结构性能优势比较明显，首先，质量比较轻，而跨度与前两种相比更大，因此适合于大跨度建筑结构;其次，膜结构建筑造型并没有严格的限制，设计人员可以自由发挥，不受约束，因此使用膜结构形式也能够为建筑增添情趣性，使其更富有张力;再次，施工比较方便简单，其施工工艺比较简单，没有复杂的工艺，这在无形中就增加了施工的安全性，施工人员经过培训都能够掌握施工要点;第四，造价比较低，因为膜结构制作材料易得，成本比较低，所以降低了膜结构整体的成本造价，一般情况下，膜结构主要是由柔软织物构成，这种材料性能优良，安全叙述也比较高，再加之，利用钢索作为支承结构，其预张力非常大，进而使得膜结构无论是刚度，还是空间都满足建筑工程要求;第五，上述四点主要阐释了其优势，但是膜结构有一个非常严重的劣势，即耐久性能不强，这是大多数设计人员没有选择此种大跨度建筑结构的主要原因。
3.2形式与设计
膜结构形式多样，每种形式设计要点都有所不同，其主要可以分为以下几种：
3.2.1空气膜结构
这种膜结构形式，主要是利用空气将建筑物内部空间充满，但是这种形式对屋面拱度有一定要求，一般都要求屋面拱度不宜过高，避免气压过大，影响其使用性能，如果建筑工程要求的跨度非常大，也可以选择气承式。为了满足跨度要求，通常都会在建筑物对角位置安装钢索，其钢索成交叉形式，进而提高膜面加劲能力。如果选择的是气胀式空气膜结构，则需要双层膜材料，最终形状有些类似于飞碟。空气膜结构因为一定条件的限制，所以只能应用在临时性建筑中，这主要是因为这类建筑跨度相对来说比较小。
3.2.2悬挂模结构
这种结构通常是利用桅杆或者其他能够起到支承作用的结构，将钢索以及膜材以悬挂的模式进行设计，因为钢索有一定的张力，而将这种张力施加到膜面中，这样就能够有效的提高膜面的绷紧度，进而提高屋盖的刚度，以便延长期使用时间。
4、结语
综上所述，可知对大跨度建筑结构形式与设计进行浅析非常有必要，因为随着大跨度建筑结构形式越来越多，其形式的选择也越来越多样，对其形式进行浅析，能够保证设计人员做出做好的选择，而对设计进行选择，能够帮助设计人员了解注意事项，这对提高大跨度设计质量有着非常重要的作用。这种建筑结构形式，虽然对各方面要求都比较严格，但是因其优势，其推广价值非常高。
参考文献：
[1]潘海军，吴远翔. 大跨度建筑结构形态的审美表现[J].低温建筑技术.2009（10）
[2]胡世德. 北京大跨度建筑的发展与展望[J].建筑技术.2000（10）
浅谈房屋建筑的结构形式 篇4
房屋建筑是我们生活居住的场所,林立的高楼大厦也是城市的象征,然而,众多的人为因素或者自然灾害导致的房屋倒塌事故不能不让我们讨论其内在的因素,究竟是什么决定着房屋的坚实度、耐久性和它抵抗地震灾害的能力,影响它们的因素很多,除人为造成的质量因素以外,更为主要的是房屋本身的结构形式起着决定性的作用。
我们居住的房屋从外形高度上看有低层、多层、中高层、高层、超高层建筑,形式多种多样,而不同的房屋建筑采用的结构形式也不尽相同,不同的结构形式又有着不同的特点和功能,那房屋建筑有哪些结构形式,不同的结构形式又有着什么样的特性。
我们的房屋建筑如果从使用的材料上分可分为:砖混结构、钢筋混凝土结构(以下简称“钢筋混凝土”结构)和钢结构;如果从结构形式上分又可分为:砖混结构、框架结构、框架—剪力墙结构、剪力墙结构、筒体结构;在不同的房屋建筑上它们得到了不同的应用。
1砖混结构
砖混结构就是由粘土砖做承重墙,并配有钢筋混凝土楼板、圈梁、构造柱等共同组成房屋结构的一种形式。它一般适用于低层和多层建筑,在我国,高层建筑出现以前,这种建筑是民用建筑的主要形式。这种结构的特点是:由粘土实心砖墙做承重构件,而圈梁和构造柱不承重,只起抗震作用,在强震来袭的时候,它们可以起到骨架的作用支撑房屋的主架不倒,给人以逃生的余地。由于建筑高度不大,一般在20 m内,这种结构在设计时主要考虑的是竖向荷载,而水平风荷载可基本忽略不计。
砖混结构又有两种形式:预制装配式和现浇整体式。
预制装配式是我国在20世纪90年代以前民用建筑多采用的结构形式,它的楼板主要是用一块块预应力多孔板(通常说的预制板)拼装在一起的,这种结构最大的缺点是抗震性差,在大震来袭时,楼板的整体稳定性差,拼装在一起的预制板极易脱落,从我国多次大地震现场可以看出大部分倒塌的房屋都是这种预制板式的旧式楼房,造成的伤亡率也最大。
现浇整体式,它与预制装配式相比所不同的就是它的每层楼板是整体浇筑在一起的,地震时楼板不会像预制板那样一块块掉下来,整体稳定性提高了,因而抗震性也得到了极大的提高,地震时人们逃生的可能性也就大得多了。20世纪90年代中后期所建造的多层民用建筑就全部改用现浇整体式了。
2钢筋混凝土结构
1)框架结构与框架—剪力墙结构。
这两种结构都是钢筋混凝土结构中的两种形式,主要用于多层与中高层,一般高度20层以下的建筑,它主要由钢筋混凝土框架梁、板、柱来承担竖向重力荷载,除剪力墙以外的墙体采用重量轻的空心砖或砌块,只起填充与分隔的作用,而不像砖混结构主要靠墙体承重。随着建筑层数的增加,高度的增大,其所受的水平风荷载会逐渐加大,这时有必要在设计时考虑水平荷载的效应,因此将某些墙体变为剪力墙用来抵抗水平风荷载就是框架—剪力墙结构,它是在框架结构的基础上增加剪力墙的综合形式,剪力墙就是钢筋混凝土浇筑成的整体墙,其强度、刚度都足以抵抗外来的水平推力,同时也提高了房屋的整体稳定性。
2)剪力墙结构。
有了前面所说的框架—剪力墙结构就不难理解剪力墙结构的特性了,剪力墙结构可以说是一种比框架—剪力墙结构更为强大的一种结构形式,随着楼层的增多,建筑高度的增加使建筑物的长细比效应显著,其所受的水平荷载可能超过了自重荷载,因此推出全剪力墙结构用来抵抗建筑所承受的水平风荷载,我们居住的高层建筑,从20层～50层以上,高度100米～200多米多采用这种结构形式,其结构的强度、刚度、稳定性也是比较高的。剪力墙结构同样也是钢筋混凝土结构的一种形式,组成建筑主体的依然是钢筋混凝土材料,说到这里我们就可以看出框架结构、框架—剪力墙结构、剪力墙结构它们都属于钢筋混凝土结构的形式,建筑业发展至今,钢筋混凝土材料的结构也有了巨大的发展与更新,理论上钢筋混凝土结构的建筑可以建造100层,400 m以上的高度,但由于本身材质的限制,钢筋混凝土材料毕竟有自重大等缺点,事实上世界上最高的钢筋混凝土结构建筑只盖到了70层,再高的建筑就采用我们下面将要说的钢结构了。
3钢结构
钢结构是全部由型钢梁、柱构成主架的一种结构形式,相比钢筋混凝土结构而言,它的优点不言而喻——轻质而高强,因此为大多数超高层建筑所采用的结构形式,也是世界上70层以上的建筑所采用的结构形式,它的优点除了轻质高强以外还有杆栏特有的韧性,使其结构的塑性即变形能力增加,这在长细比很大的建筑中能更好的抵抗水平风荷载效应,同时其抗震性也得到了提高,能在地震当中有效的吸收地震荷载,这些是自重大、刚度大的钢筋混凝土结构所达不到的,因此钢结构在一些有特殊抗震要求的建筑中也得到了应用。比如日本是一个多地震国家,他们国家的房屋很多都建成了钢结构的建筑。但是,钢结构也有其最大的缺点——不耐高温,这也是钢材本身的特性——高温软化所决定的,所以,钢结构房屋的防火要求大大增加,这必然导致投资的增加。
我们可以回忆2001年发生的9·11事件,那两座矗立于纽约的世贸中西大楼倒塌的那一幕,飞机撞向的是大楼上不到1/3的地方,但为什么大楼最终却一节一节全部倒塌了。世贸大楼共110层,高度400多米,是当时世界上最高的建筑之一,它的主体采用的正是钢结构,当飞机撞过大楼以后,飞机燃油和大楼内部线路爆炸引起楼内大火,时间一长,主架的钢结构因不耐高温而变软,所以最终一节节的连根倒掉了。如果世贸大楼是钢筋混凝土结构的话或许不会这么快倒塌,也不会塌的这么彻底了。但这并不能否认钢结构在建筑体中的优越性,它应该说是比钢筋混凝土结构更加优越的一种结构形式,它的轻质高强和韧性以及整体稳定性在抗水平风荷载和抗震效应中发挥的淋漓尽致,虽然有不耐高温的缺点,但火灾是可以通过有效措施来防止的。总而言之,钢结构还是一种很优越的结构形式。
值得说明的是钢结构建筑往往采用筒体结构作为它的结构形式,通常用于超高层建筑中,一般是以电梯井道作内筒,外围墙体作外筒的一种结构形式,是有利于超高层建筑强度、刚度、整体稳定性的一种结构形式。另外筒中筒与成束筒结构是筒体结构的一种延伸。
总之,砖混结构、钢筋混凝土结构(包括:框架结构、框架—剪力墙结构、剪力墙结构)、钢结构(筒体结构)构成我们房屋建筑的主要形式,它们在不同的建筑中发挥着不同的特性。应该说钢筋混凝土结构是比砖混结构更为强大而坚固的一种结构形式,只是出于经济的考虑,低层与多层建筑采用砖混结构形式,而钢结构是比钢筋混凝土结构更为优越的结构形式,同样出于费用和经济的考虑,钢结构往往被用于超高层或更具抗震要求的建筑。
在我们的平时生活中人们关注的往往只是一座楼房的外表与造型,除了专业人士以外很少有人提及房屋内在的结构形式,而房屋建筑的结构形式却决定着房屋本身的坚实与抗震能力,这对我们的人身安全同样有着重大而深远的意义。
参考文献
浅析大跨度建筑结构形式与设计 篇5
1 网架结构的设计特点
网架结构是一种使用比较普遍的建筑结构, 这种结构通过较高强度的建筑材料, 以及较为合理的网格结构形式, 便于进行工业化生产。
1.1 网架结构的主要组成形式
1.1.1 平面桁架系组成的网架结构。
主要有:两向正交正放网架、两向斜交斜放网架、两向正交斜放网架、三向网架等型式。
1.1.2 四角锥体组成的网架结构。
主要有:正放四角锥网架、斜放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、棋盘形四角锥网架、星型四角锥网架、单向折线型网架等型式。
1.2 网架结构的主要特点
网架结构的使用比较普遍, 其结构因为设计的合理性具有诸多优点。网架结构的杆件和节点结构比较简单, 便于进行生产, 因此生产成本较低, 具有较高的性价比。还由于网状结构的传力方式简单直接, 在新型材料的支持下具有较好的抗震性。在具体安装时网架结构因为其结构的简单性, 在布置时比较灵活, 因此适用于吊顶、安装管道和设备的操作。网架结构的建筑造型简洁、美观、流畅, 具有很高的审美价值。
2 网壳结构的形式与特点
曲面形网格结构称为网壳结构, 有单层网壳和双层网壳之分。网壳的用材主要有钢网壳、木网壳、钢筋混凝土网壳等。
2.1 网壳结构的形式
主要有球面网壳、双曲面网壳、圆柱面网壳、双曲抛物面网壳等。
2.2 网壳结构主要特点
网壳结构具有十分符合受力原理的外形设计, 使其在厚度不高的情况下依然会有很强的承受能力, 所以不会发生由于承受能力不高导致的建筑变形现象, 具有很高的建筑稳定性。因此在网壳结构里往往使用质量较轻, 但强度较高的建筑材料。网壳结构用较少的建筑材料可以覆盖较大的建筑面积, 在建筑空间的的利用上比较充分, 同时较为充足的释放了对材料的使用潜力, 对材料的消耗量很低, 因此具有较高的性价比。而壳体结构的造型设计因为其结构特点往往比较具有未来的科技感, 整体显得舒展流畅。
3 膜结构的形式与特点
薄膜结构也被称作织物结构, 这是因为其结构材料的特性比较独特所致。薄膜结构的材料轻巧柔软, 质地优良, 对材料的要求量较低, 建造速度比较快, 某些情况下应用为应急建筑。在上世纪中期开始使用并逐渐发展起来。薄膜结构利用膜内的气压对建筑产生支撑性效果, 使得整个建筑具有较强张力, 增加了建筑的稳定性, 和网壳结构一样可以覆盖较大的建筑空间, 可分篷帐薄膜建筑和充气薄膜建筑两类。
3.1 膜结构按其支承方式的不同, 一般包括:
在跨度较大的情况下, 可以采取气承式结构, 也就是直接在建筑物的内部空间中, 注入相应的空气, 一般情况下, 屋面所表现出的拱度都较低, 这是为了能够使得气压减少。而在大跨度的情况下, 白呢可以直接在建筑的对角位置上, 布置上相应的交叉钢索, 如此一来, 便能够起到良好的膜面加劲效果。但是对于气胀式的空间膜结构来说, 则是直接制造成周围完全密封形式的圆形双层结构, 在充气之后, 能够形成相应的飞碟状;或将膜材作成半圆形圆筒, 充气后如同半个轮胎, 以此为单元组合成各种屋盖。该膜结构主要用在跨度较小的临时性建筑上。
悬挂膜结构-一般采用独立的桅杆或拱作为支承结构将钢索与膜材悬挂起来, 然后利用钢索向膜面施加张力将其绷紧, 这样就形成了具有一定刚度的屋盖。
骨架支撑膜结构-这是以钢骨架代替了空气膜结构中的空气作为膜的支撑结构, 骨架可按建筑要求选用拱、网壳之类的结构, 然后在骨架上敷设膜材并绷紧, 适用于平面为方形、圆形或矩形的建筑物。
3.2
膜结构主要特点自重轻、跨度大;建筑造型自由丰富;施工方便;具有良好的经济性和较高的安全性;透光性和自结性好;耐久性较差。
4 悬索结构的形式与特点
4.1 悬索结构形式
悬索结构按索的布置方向和层数分为:单向单层悬索结构;辐射式单层悬索结构;双向单层悬索结构;单向双层预应力悬索结构;辐射式预应力悬索结构;双向双层预应力悬索结构;预应力索网结构等。
4.2 悬索结构的特点
悬索结构的受力特点是仅通过索的轴向拉伸来抵抗外荷载的作用, 结构中不出现弯距和剪力效应, 可充分利用钢材的强度;悬索结构形式多样, 布置灵活, 并能适应多种建筑平面;由于钢索的自重很小, 屋盖结构较轻, 安装不需要大型起重设备, 但悬索结构的分析设计理论与常规结构相比, 比较复杂, 限制了它的广泛应用。
5 薄壳结构的结构设计特点
建筑工程中的壳体结构多属薄壳结构 (学术上把满足t/R≤1/20的壳体定义为薄壳) 。
5.1 薄壳建筑的建造形式
薄壳结构按曲面形成可分为旋转壳与移动壳;按建造材料分为钢筋混凝土薄壳、砖薄壳、钢薄壳和复合材料薄壳等。
5.2 薄壳建筑的建造特点
薄壳结构是目前较为流行的结构之一。壳体结构往往能以较小的厚度经受较大的负荷。而且由于壳体结构本身较为合理的形状, 用较少的材料就能实现建筑对于强度的要求, 因此最大限度的使用了材料的潜能, 具有良好的经济性。而壳体结构最终的造型往往前卫而又流畅, 具有较高的审美价值, 因此是目前较为流行的建筑结构之一, 也是前卫潮流的象征。
6 结论
综上所述, 大跨度建筑是现代建筑最高水平的标志, 大跨度建筑的设计在复杂中包涵着简单合理的科学原则, 与其他建筑相比具有超前性和科学性。同时在大跨度建筑中充分蕴含了现代审美内涵, 表现了现代社会人们在建筑上对于美的追求。此了解大跨度建筑, 并让我国的大跨度建筑跻身世界前列是非常必要的。本文对大跨度建筑的各种设计结构一一作了解释, 以供同行借鉴。
参考文献
[1]蓝天.空间钢结构的应用与发展[J].建筑结构学报, 2012 (4) .
[2]沈世钊.大跨空间结构的发展——回顾与展望[J].土木工程学报, 2013 (3) .
建筑新的结构形式 篇6
《规划》在总结、回顾“十一五”期间, 我国建筑业的主要发展成就中提到:“超高层、大跨度房屋建筑, 钢结构施工等领域的技术达到国际领先或先进水平”。而在建筑业“十二五”发展目标中, 在建筑节能的内容里, 提出了“十二五”期间“钢结构工程比例增加”的目标, 把发展钢结构作为建筑业推进“资源节约型社会”建设贡献率的一项指标。在建筑业“加强技术进步和创新”、组织重点领域和关键技术的研究中, 把推动“超高层钢结构工程和住宅工程关键技术”列为基础研究课题, 为开展钢结构住宅产业化课题研究提供了依据, 将对钢结构住宅推广、运用产生积极的影响。
《规划》重点提到未来五年, 国家将重点鼓励采用先进的节能减排技术和材料, 降低碳排放量大的建材产品的使用, 逐步提高“高强度、高性能”建材使用比例, 推动建筑垃圾的有效处理和再利用等, 对建筑钢结构行业提出新的课题, 如何开发、推广绿色环保、节能减排的建材产品, 钢结构领域大有文章可做。
值得一提的是, “十一五”期间我国建筑业完成的一系列设计理念超前、结构造型复杂、科技含量高、施工难度大、令世界瞩目的重大工程, 很多都是当今钢结构建筑的典范之作, 如奥运会“鸟巢”体育馆、首都机场3号航站楼、上海世博会的“中国鼎”、杭州湾跨海大桥及“世界第三高楼”的上海环球金融中心等, 涵盖了建设领域最新技术成果和先进施工工艺、工法的运用, 标志着我国钢结构建筑已经达到世界领先水平。
“十二五”期间, 国家落实科学发展观, 以加快建筑业发展方式转变和产业结构调整为主线, 以节能减排为重点的发展思路, 将为钢结构发展创造更有利的环境。钢结构由于其自身的特性, 具备实现建筑节能减排的条件, 钢结构工程强度高、抗震性能好、建设周期短, 技术含量高, 能够为社会提供结构安全工程。更因钢结构建筑垃圾可回收再利用的特点, 被世界发达国家在房屋建筑领域广泛运用, 一些国家还从战略物质储备的角度, 制定一些产业扶持政策, 大力推广、发展建筑钢结构。
当前, 我国作为一个产钢大国, 但还不是钢结构发展强国。建筑钢结构在城市公共建筑、体育场馆、交通基础设施等方面发展迅速, 但在住宅建设领域一直处于低水平、低层次的发展阶段, 钢结构住宅可以减少土地污染, 有利于标准化、整体装配式的生产性能尚未被社会充分认识和接受。在钢结构领域的技术人员素质、设计水平、产业政策以及发展质量还落后于世界发达国家。由于我国钢结构发展时间不长, 行业的技术标准规范制定、企业的发展环境、生产管理水平等还存在不少亟待解决的问题。
建筑新的结构形式 篇7
这种变化对小城市的影响尤为突出, 对于体量较小的城市而言, 它的人口密度相对较低, 城市的体量不大, 城市的发展是相对集中的, 没有那么多的区域划分和相对复杂的功能区划, 由于这些一系列的自身条件, 使得这种小城市的发展会有一定的局限性和单一性, 公共资源的分配是相对简单的, 这就造成在基础设施的建设上会显得比较薄弱。 而由于人口的数量和规模上的劣势, 人们在住房上的需求量也相对较少。
这就要求在一些建筑的设计阶段就要充分结合这类城市的基本特征和发挥这类城市的本身特点来进行顶层设计。 而要把握住这类城市的特性, 就要对设计作品的整体宏观性上进行把握:
1要对建筑的使用功能进行充分了解, 以便选择更为合理的结构形式
当建筑专业处在进行项目方案设计阶段的时候, 结构专业就要主动介入, 因为建筑的每一个使用功能都会决定着结构工程师所要选择的结构形式, 而结构形式的选择就是一个项目具体化的关键一步。 以我所居住的六度区城市为例, 住宅类建筑主要以多层和80米以下的高层为主, 多层结构中多采用多层砖砌体房屋和底部框架- 抗震墙砌体房屋两种形式, 而高层结构中多会采用框架结构, 剪力墙结构和部分框支抗震墙结构。
多层结构多以构造措施来实现其结构的抗震性能要求, 而多层结构在六度区的小城市的应用又是非常的普遍, 所以在这些地区, 多层结构的成本控制的方法就相对单一些, 地上部分主要以构造柱的多少来影响其整个经济因素。 而地下部分由于地质条件的不同就会有所区别。
底部框架- 抗震墙砌体房屋这种多层结构型式, 虽然解决了多层建筑底层大开间的实际使用问题, 但是单从它的受力性能上考虑个人认为并不适合在地震区使用, 材料性能和抗震理论对这类结构的解释和理解都不是很明确, 理论依据上也很少能从资料上查到。 对于十到十一层的小高层住宅, 短肢剪力墙是不错的选择, 既能满足住宅的使用功能要求, 又能适度的减少剪力墙墙肢的长度, 节省混凝土和钢筋的用量, 如果在布置上再规则一些, 优化的初步结果就会很明显。
2充分了解本地区的地震设防类别及对规范的熟知程度, 以便在规范的允许范围内对结构进行优化设计
对于这类小城市而言, 投资者的投资规模相对来说不是很大, 一个单体超过10万平方米的更是少见, 这是基于城市的消费主体和经济状况来决定的。 所以在结构设计阶段就需要设计人员对本地区的消费人群和经济情况有一个初步的了解, 因为这类地区的消费人群对价格因素是最敏感的。 而结构设计时的优化设计就是一个前期控制成本的最有效的因素。
结构类型的选择决定了主体结构的主要成本来源, 而正确的结构类型的选择会使成本降低大概6%左右。 对于一般结构工程师来说, 在做结构建模设计时, 第一想到的应该是安全性和适用性, 很少会把经济因素直接引入到整个结构设计的全过程中, 他们会直接在建筑图上进行结构布置, 以满足建筑的使用性和舒适性, 而在这个阶段中, 会有一部分结构工程师会遵从如何布置简单如何做的行为方式。
从事结构设计的人员可能都知道, 结构布置越简单、受力方式越明确, 对结构的安全性上越会有保障, 这样也是对设计者的自我保护。 然而当我们把侧重点都放在了这些地方的时候, 我们也就忽略了整个结构优化的经济性, 而正是这个经济性的因素会将部分成本传导到销售终端。 这就会出现我们时常听到购买者抱怨“ 房子挺好就是太贵了”。
3着重理解规范中的表述及用词
结构设计规范是结构设计者的设计依据, 它约束着结构设计师对建筑物或者构筑物在设计时的技术要求。 但是设计规范却并不是束缚设计师的作品表现力的紧箍咒。 尤其是对处于抗震设防烈度是六度的小城市而言, 规范对各个结构类型所表述的文字和语句都有很大的个人理解空间, 而这个理解空间也正是需要设计师自己去充分的发掘和总结, 在总结和理解的过程中适时调整着结构模型, 从而达到结构优化设计的目的。
即使同为六度设防也要结合城市的实际地理位置和地震加速度来正确判断各结构形式所需要的构造措施。 构造措施对于一个建筑物的结构来说至关重要, 它是一种对结构受力的概念理解, 因为在很多时候, 计算机模拟的地震状态往往和实际是有一定差距的, 这就要求设计师在对自己的作品进行设计的时候要时刻把握着概念设计的要领。 而各个部位的构造措施也是影响经济指标的一个因素。 符合规范的最低要求却又不过多的增加不必要的构造, 这也是一种设计手段。
4正确的荷载输入方式和材料强度的恰当选择
荷载的输入是对结构承载力的直接影响, 抗震概念的引入对荷载的要求也并不单单表现在承载力方面, 所以在进行荷载输入时, 精确的计算荷载数值是必不可少的, 但是在线荷和面荷的等效转换时, 就会无形中放大或缩小荷载对结构某个部位的影响, 这就需要设计者通过自己的判断和以往的经验来进行调整。
材料对于整个结构而言, 并不是强度越高其结构安全性和承载力就越强。 一味的追求高强材料也是在无形的增加经济成本, 性能越高, 经济代价越大, 但是却不一定能在实践中发挥出它的全部性能甚至少部分性能。 含钢量是我们判断经济成本就简单的计算方法, 也是最直观的数据, 所以设计者需要从多个方面的选择和计算中调整出一个较优的方案。
综上所述, 设计并不单纯的是将建筑的意图变为现实, 而是要在实现目的的基础上把握外在环境和内在环境的影响, 从何实现一个相对较平衡的“ 结合体”。 不同的设计人员对结构概念、规范等都有着个人的不同理解, 相互之间的沟通交流学习, 也是保证建筑结构在安全的基础下获得良好经济效益的基础。 优化设计后的成本节约已经成为设计行业里的一项重要的竞争手段, 也是对设计者技术水平的一种更高要求。
摘要：本文是作者结合多年设计经验以及目前市场对住宅建筑结构设计的成本优化设计要求, 从而阐述的一些个人的想法和处理方法。
关键词：结构设计,优化设计,成本控制,概念设计
参考文献
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[3]朱炳寅.建筑结构设计问答及分析[M].北京:中国建筑工业出版社2013.
建筑新的结构形式 篇8
本文从结构形式角度出发, 通过对大学校门各种建筑结构形式优缺点分析及它的校门文化艺术表达研究, 说明什么风格及种类的校门应选择何种结构形式, 其表达的校门文化艺术效果和局限性在哪里, 以供设计者能更好地选择造型表达其文化艺术内涵。
一、钢筋混凝土结构
(一) 框架结构
框架是由梁和柱连接组成框架共同抵抗荷载的承重体系结构 (图1) 。由于混凝土在半流质状态下浇筑而成, 因此混凝土可以浇筑成任意形状和造型, 对于设计师设计的各种优美造型及文化内涵, 利用框架结构都能完美传达。同时这种结构适用于较大跨度的建筑物。因此, 框架结构被广泛运用于校门设计与建造中。采用现浇混凝土框架时, 结构的整体性和刚度较好, 设计处理好也能达到较好的抗震效果。但框架结构也存在一些缺点, 由于钢筋混凝土施工属于湿作业, 工序多, 浪费人力, 施工受季节、环境影响较大。
(二) 剪力墙结构
剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来承担各类荷载引起内力的承重体系结构, 抗震性能优于钢筋混凝土结构 (图2) 。
剪力墙结构利用间隔墙位置来布置竖向构件, 基本上不与建筑使用功能发生矛盾, 墙的数量能灵活布置, 可选择的方案较多并简单, 因此其造型多样, 文化艺术效果可通过多种不同的方案加以表达。然而剪力墙间距有一定限制, 建筑平面布置不灵活, 不适合要求大空间的公共建筑, 加上结构自重较大, 灵活性差, 故适用于跨度比较小的校门。一般老校区的校门由于过去设计的跨度不大, 而往往采取剪力墙结构, 而现代新建造的校门跨度规划很大, 仅仅利用剪力墙结构并不能满足大跨度校门的设计要求, 因此对于现代大跨度校门, 很少纯粹采用这种形式的结构。
(三) 框架-剪力墙结构
框架-剪力墙结构是框架和剪力墙两种结构体系的结合, 是在框架中布置一定数量的剪力墙, 构成灵活自由的使用空间, 形成新的受力形式以满足不同建筑功能要求的承重体系 (图3) 。由于吸取了框架和剪力墙两种结构的长处, 它不仅具有良好的抗震和抗侧力性能, 而且此种结构形式能够为建筑平面布置提供较大的使用空间, 形成各种校门的造型, 完美表达其设计意图及文化意境。因此, 现代高校大门广泛采用这种结构。
二、钢结构
(一) 型钢结构
由型钢和钢板通过焊接、螺栓连接或铆接而制成的工程结构。“钢结构工程是以钢材制作为主的结构, 是主要的建筑结构类型之一”[2]。钢结构是现代大学校门中较普通的结构形式之一 (图4) 。
钢结构在使用、设计、施工及综合经济方面由于造价低, 可随时移动而具有优势。钢结构建筑比传统建筑能更好地满足建筑上大开间灵活分隔的要求, 节能效果好, 具有优良的抗震抗风性能, 大大提高了建筑物的安全可靠性。型钢结构建筑重量轻、强度高、整体刚性好、变形能力强, 环保效果好, 真正做到绿色无污染, 符合可持续发展的要求。其缺点是耐火性和耐腐性较差。
钢结构与混凝土结构相比, 钢结构可利用的建筑材料更丰富, 不但有常规的角钢、槽钢、钢管可运用, 还有梯形的工字钢等可用作特殊的构造, 使校门造型更加灵活多变。同时由于钢结构截面强度高于混凝土截面强度, 钢结构能塑造出更加纤细精细、出奇的造型, 因此, 钢结构的校门施工更加简便且造型更优美。
(二) 网架结构
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。网架结构具有空间受力、重量轻、刚度大、工业化程度高、抗震性和稳定性好、外形美观的特点。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。网架结构根据外形不同, 可分板型网架结构、壳型网架结构。
网架结构适用于建造跨度更大的校门, 并且能制造出混凝土结构无法塑造出来的超大壳型结构。网架结构的校门具有金属质感和曲线美, 不但显得宏伟壮观, 而且具有强烈的现代美 (图5) 。在校门建设资金相对宽裕的前提下, 利用网架结构能塑造出相对于混凝土结构功能更齐全且造型更加宏伟美观的校门。
三、幕墙结构
(一) 玻璃幕墙
是指由支承结构体系与玻璃组成的、可相对主体结构有一定位移能力、不分担主体结构所受作用的建筑外围护结构或装饰结构。
玻璃幕墙是当代的一种新型墙体, 它赋予建筑的最大优点是将建筑美学、建筑功能、建筑节能和建筑结构等因素有机地统一起来, 建筑物从不同角度呈现出不同的色调, 随阳光、月色、灯光的变化给人以动态的美。但玻璃幕墙也存在着一些局限性, 例如光污染、能耗较大等问题。此外, 玻璃幕墙光洁透明的天生丽质并不耐污染, 且清洗费用昂贵。由于玻璃幕墙外形美观且极具现代感, 现在也被各大院校广泛运用于高校大门的设计之中。玻璃幕墙分为以下几种类型:
1. 明框幕墙
明框玻璃幕墙是金属框架构件显露在外表面的玻璃幕墙 (图6) 。
2. 隐框幕墙
隐框玻璃幕墙的金属框隐蔽在玻璃的背面, 室外看不见金属框 (图7) 。隐框玻璃幕墙又可分为全隐框玻璃幕墙和半隐框玻璃幕墙两种, 半隐框玻璃幕墙可以是横明竖隐, 也可以是竖明横隐。
3. 点式玻璃幕墙
点式玻璃幕墙是指采用不锈钢爪件穿过玻璃上预钻的孔得以可靠固定玻璃幕墙 (图8) , 其特点是施工比较方便, 而且很美观, 比玻璃幕墙的造价要稍微低一些, 不需要用结构作为承载基础进行连接。
(二) 铝塑板幕墙
铝塑板幕墙是指使用到铝塑板材料作为主装饰材料的幕墙 (图9) 。
因为铝板单块面积大, 可塑性强, 制造工艺精良, 表面金属质感的观感较有特点, 极具现代感, 颜色品种选择也比较多, 铝塑复合板幕墙较易清理, 故能较好地体现设计者的设计意念, 这是设计人员愿意采用铝塑复合板幕墙的第二个原因。但铝塑板幕墙也存在一些缺点, 铝塑板结构由于不具备良好的导电性能, 避雷性能差, 而且复合板强度不高, 防火、耐候、耐久、抗老化等性能较差, 在燃烧时或高温、甚至在阳光暴晒下会释放出对人体健康有害的毒气。
铝塑板幕墙相对玻璃幕墙的透明通透而言, 色彩更加鲜艳且丰富多彩, 在需要设计色彩鲜艳的校门时, 铝塑板幕墙是最佳选择。
(三) 石材幕墙
是指板材为建筑石板的建筑幕墙 (图10) 。
当前所谓的石材幕墙, 真正意义上属于干挂石材饰面, 也可以称之为利用连接件将饰面石材安装在建筑物表面的一种新型施工工艺。它既可以不受施工环境控制, 减少湿作业, 提高施工效率, 又具有装饰效果好、减轻建筑物自重, 克服了水泥砂浆粘结剂对石材渗透的弊病等优点, 而且石材幕墙坚硬永久、高贵典雅, 耐冻性好, 抗压强度高。缺点是石材幕墙防火性能很差, 挂石板的不锈钢板和金属结构温度升高, 使钢材软化, 失去强度。石材幕墙中挂件在整个石材幕墙的质量与安全问题中挂件是最关键的配件之一, 这种结构对配件的质量和要求很高, 容易成为石材幕墙安全的隐患。
石材幕墙是天然材质, 色泽光亮晶莹, 气质高贵典雅, 用石材幕墙做校门外观, 也能产生质朴高贵的感觉, 但由于石材幕墙施工相对玻璃幕墙复杂, 因此用石材幕墙做校门比较少见。
四、膜结构
“膜结构是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及加强构件通过一定方式使其内部产生一定的预张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”[3,4]。其中用于校门的主要为张拉膜结构, 即通过柱及钢架支承或钢索张拉成型的结构, 其造型非常优美灵活。它用高强度柔性薄膜材料经受其它材料的拉压作用而形成的稳定曲面, 能承受一定外荷载的空间结构形式 (图11) 。
膜结构校门让人感觉新颖且富有想象力, 体现了结构构件清晰受力之美。膜结构根据材料不同又具有一定的透光率, 在阳光的照射下, 由膜覆盖的校门内部充满自然漫射光, 无强反差的着光面与阴影的区分, 校门内的空间视觉环境开阔和谐。夜晚, 灯光透过屋盖的膜照亮夜空, 校门的体型显现出梦幻般的效果。由于膜结构的轻巧, 在创造别致的造型外, 建造的校门可拥有较大的跨度和空间, 提供防风雨, 防日晒等人工环境, 成为现代化高校大门的标志。另外, 由于膜结构具有良好的自洁效果, 保证了校门的使用寿命。目前, 膜结构校门在国内还应用较少, 但根据膜结构的众多优点和发展趋势, 膜结构完全可以成为高校大门未来建设结构的主要形式。
“每个校门都有它特殊的表达方式, 而不同时间及空间的变化, 其文化也会不断充实更新, 文化的传承方式及其手法也要随之改变[5]。”如今的建筑结构和建筑技术迅速发展, 校门建筑设计只有与新的结构技术相适应, 同时选择适合自己的结构形式, 才能建造出具有文化艺术内涵、时代气息的现代高校大门。仅靠贵重的建筑装饰材料的堆砌, 而失去对结构美及赋予其中的文化内涵的追求, 生搬硬套, 只能创造出空洞的形式。因此, 校门设计选定合适的结构形式并弄清它要表达的文化艺术效果, 是设计者不可回避的问题, 也是能否创造出具有不同风格、不同文化艺术个性校门的关键。
参考文献
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