结构体系分类及选型原则

建筑结构是解决坚固问题，处于服务地位，由注册结 构师完成；建筑设计是解决功能、适用和美观的问题，处 于先行与主导地位，由注册建筑师完成。建筑设计必须和 建筑结构有机结合起来，只有真正符合结构逻辑的建筑才 具有真实的表现力和实际的可行性，富有建筑的个性。
（1）一栋优秀的建筑是合作的产物 ： 建筑 师、结构工程师、设备工程师 （2）一个好的建筑设计，必须要有一个好的 结构型式 （3）结构选型是个综合性的科学问题：
（五）影响建筑结构形式的因素还包括建筑施工的生 产技术水平以及经济指标等。
衡量结构方案经济性的手段是进行综合经济 分析。所谓综合经济分析就是要从以下几个方面综合 考虑问题：
（1）不但要考虑某个结构方案付诸实施时的一次投 资费用，还要考虑其全寿命期费用。
（2）除了以货币指标核算结构的建造成本外，还要 从节省材料消耗和节约劳动力等各项指标来衡量。此 外从人类长远利益考虑，还要特别考虑资源的节约。
形式也不同。例如：砌体结构所用材料多 为就地取材，施工简单，适用于低层、多 层建筑。当钢材供应紧缺或钢材加工、施 工技术不完善时，不可大量采用钢结构。 （5）尽可能降低造价
当几种结构形式都有可能满足建筑设 计条件时，经济条件就是决定因素，尽量 采用能降低工程造价的结构形式。
四 影响结构选型的因素
建筑结构选型 Selection of Building
Structures
主要内容
1 建筑结构的定义和功能 2 建筑结构与建筑设计的关系
3 建筑结构选型的原理 43 影响建筑结构选型的因素
53 建筑结构的组成和分类
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建筑结构选型
一 建筑结构的定义和功能
建筑结构是形成一定空间及造型，并具 有承受人为和自然界施加于建筑物的各种荷 载作用，使建筑物得以安全使用的骨架。
从结构方面：
轴线
母 线
圆形平面与矩形平面相比风 荷载可减少约30%，塔身下部外 形与风荷载作用下的弯矩图相 似，逐渐加大的直径对塔身稳定 性十分有利，使自上而下逐渐增 大的结构自重均匀分布。
从施工方面：
双曲抛物面是一个旋转曲 面，可由一根倾斜母线绕纵轴旋 转而成，曲面上存在两个母线方 向。即曲面上任一点都存在两根 曲面上的直线，施工比较方便。
从工艺方面：
双汽曲轮抛机物的面效冷率却和塔进塔汽身温中 度
与 部出略汽细温，度加之速差了有空关气，上温升差越速
滴 度 大，形 效成 率上 越拔 高力 ，， 所加 以速 要空 用气 水流 来
水 动 冷。却到汽塔轮身机上。部冷，却上水升被的加空气热
板 后，用管道送到冷却塔顶部喷 被继续加热，体积更加膨胀。
（2）满足建筑造型的需要 对于建筑造型复杂、平面和立面特别不规
则的建筑结构选型，要按实际需要在适当部位 设置防震缝，形成较多有规则的结构单元。 （3）充分发挥结构自身的优势
每种结构形式都有各自的特点和不足，有 其各自的适用范围，所以要结合建筑设计的具 体情况进行结构选型。
（4）考虑材料和施工的条件 由于材料和施工技术的不同，其结构
洒下来，并通过滴水板尽量延 此时，上部塔身略为放宽，减
冷空气
长热水下落的路程，同时冷空 少了上升空气的阻力，有利于
气从冷却塔下部进入塔内，与 空气流动。可见，双曲抛物面
热水
热水进行热交换，被加热的冷
薄壳冷却塔在冷却工艺上是很
空气体积膨胀，容重减轻，缓
合理的。
缓上升。
例：双曲抛物面冷却塔(Cooling Tower with hyperbolic paraboloid Shell)
可靠、适用、耐久，以及在偶然事故中，当局部 结构遭到破环后，仍能保持结构的整体稳定性。
图例：风压特征
二 建筑结构与建筑设计的关系
建筑结构是建筑三大构成要素中建筑技术的组成内 容，是保证房屋安全的重要手段。建筑结构的形式是为了 满足建筑功能要求，为创造建筑的美而服务。建筑结构与 建筑设计是两个既相互独立又紧密联系的专业工种。
将建筑物比喻为人体
建筑――容貌、体型、气质 结构――骨骼、耐力、寿命 建筑设备――神经、脉络、器官
一幢现代建筑中的其他设施系统主要有
水(Water and
暖
Waste water) (Energy)
电(Electrical and Information works )
上水系
能源系统包
统、排水系 括煤气、燃油、
什麽是结构
建筑结构(Building structure)是 房屋建筑的空间受力骨架体系，是 建筑物得以存在的基础 构件：是结构的组成部分，如梁、 板、柱、基础等 结构的作用：承担荷载
建筑结构的功能
首先是骨架所形成的空间能良好地为人类生活与 生产服务，并满足人类对美观的需求，为此须选择 合理的结构型式。
五 建筑结构的组成与分类
1 建筑结构的组成
11..11承承受受竖竖向向荷荷载载的的水水平平构构件件
（1）板的长、宽两个方向的尺寸远远大于其厚度尺寸。板有平板、曲面 板和斜板。 （2）梁的截面宽度和高度尺寸远远小于其跨度尺寸。梁有直梁、曲梁和 斜梁。 （3）桁架、网架由杆件组成，且杆件截面尺寸远远小于其长度尺寸。
例：双曲抛物面冷却塔（Cooling Tower with hyperbolic paraboloid Shell）
人们在世界各地的火电厂附近常见到钢筋混凝土双曲抛物面 冷却塔（Reinforced Concrete Cooling Tower with hyperbolic paraboloid Shell），其功能是要冷却汽轮机中被加热了的冷却水。
建筑上的使用功能，结构上的安全合理，施 工上的可能条件，造价上的经济价值，艺术 上的造型美观
优秀的建筑结构应具有以下特点：
（1）在应用上，要满足空间和功能的需求； （2）在安全上，要符合承载和耐久的需要； （3）在技术上，要体现科技和工程的新发展； （4）在造型上，要与建筑艺术融为一体； （5）在建造上，要合理用材并与施工实际相结合。
建筑结构是由许多结构构件组成的一个系统，其中主要的受力 系统称为结构总体系。结构总体系虽然千变万化，但总是由水 平结构体系、竖向结构体系以及基础结构体系三部分组成（图 1-3）。
水平结构体系一般由板、梁、桁（网）架组成，如板一梁结构 体系和桁（网）架体系。水平结构体系也称楼（屋）盖体系， 其作用为：① 在竖直方向，它通过构件的弯曲变形承受楼面 或屋面的竖向荷载，并把它传递给竖向承重体系；② 在水平 方向，它起隔板作用，并保持竖向结构的稳定。
统、消防水 蒸汽、热水、采
系统等
暖或空调系统等
动力电和照明电系统、应急 照明系统、电报、电传、电 话、电视、信息网络系统、信 息传感系统、安全监控系统等
这些系统都有其各自的特殊要求，又必须统一安置在房 屋内部。既要保证这些设施正常有效地运行，又要满足房屋的 使用功能，有时会发生一些矛盾，这就要求设计人员在建筑设 计的最初阶段协调好各个系统的基本要求。
其次是应合理选择结构的材料和受力体系，充分 发挥所用材料的作用，使结构具有抵御自然界各种 作用的能力，如结构自重、使用荷载、风荷载和地 震作用等。
荷载：自重、外部荷载作用（活荷载、风荷 载、雪荷载、和地震作用等）、变形作用（温 度变化引起的变形、地基沉降等）、环境作用 （大气污染作用等）
结构的基本功能要求：
三 建筑结构选型的原则
在建筑设计中，空间组合和建筑造型的主要环 节是选择最佳结构方案，即结构选型。结构选型应 遵循以下原则： （1）适应建筑功能的要求
对于有些公共建筑，其功能有视听要求，如： 体育馆为保证较好的观看视觉效果，比赛大厅内不 能设柱，必须采用大跨度结构；大型超市为满足购 物的需要，室内空间具有流动性和灵活性，所以应 采用框架结构。
声音聚焦 Sonic Focussing
(a)
(b)
(a)
拱形天棚的声聚焦现象
(b)
球形或抛物面形的屋盖结构(壳体或拱结构)，若曲面 的焦点位置处理不当，会形成声音聚焦。在焦点附近，强大 的躁音会使人难以忍受，严重影响使用功能。
改变曲率或加设吊顶，可以减少或消除这种声聚焦的现 象。可见，在设计的方案阶段，应注意基本的建筑功能、空 间形式与结构体系的协调一致。
例：双曲抛物面冷却塔（ Cooling Tower with hyperbolic paraboloid Shell）
双曲抛物面冷却塔优美的结构形 式，加上冉冉升起的水气形成地平线上 一道美丽的风景线，十分壮观。采用双 曲抛物面壳这种薄壁空间结构，受力合 理，自重轻，不但安全可靠，也经济合 理。
双曲抛物面冷却塔可谓建筑造型、结构形式和使 用功能的完美结合，世界各地到处都可看到双曲抛物 面冷却塔。可见，即使设计象冷却塔这样一种工程构 筑物也要求设计者具有渊博的知识。
（一）结合建筑物的使用功能要求做好结构选型 任何建筑物都具有对客观空间环境的要
求，根据这些要求可以大体确定建筑物的尺度、规 模与相互关系。首先，结构选型时应注意尽可能降 低结构构件的高度，选择与建筑物使用空间相适应 的结构形式。
（二）建筑结构型式对建筑风格和建筑艺术的影响 建筑结构、体型 与人的活动有关的空间组织 建筑技术问题 建筑艺术和室内布置
结构设计要解决
结构型式 结构材料 结构的承载力、变形、倾覆、稳定等问题 结构连接构造和施工方法
建筑设计和结构设计的对应关系
建筑平面和体型是所采用结构型式的反应；结构 型式的选择受着建筑平面和体型设计效果的影 响。 结构的正确是建筑美观的必要条件，结构的正确 不能代替建筑的美，却能增添建筑的美。 一栋优秀的建筑必然是建筑、结构、设备等各专 业工种的密切配合的成果。
艾菲尔铁塔
从建筑方面:
现在，艾菲 尔铁塔已成为巴黎 和法国的象征。可 见一栋优秀的建筑 在社会、政治、经 济和文化中所起的 重大作用。每年 600 多 万 旅 游 者 登 塔观光，旅游收入 也十分可观。
艾菲尔铁塔
从结构方面： 底部斜框架轻易地跨越了大街，车流人流
在塔下畅通无阻，更显铁塔的雄伟壮观。艾菲尔铁塔可谓建 筑、结构完美统一的代表。
艾菲尔铁塔
以巴黎艾菲尔铁塔（Eiffel Tower）为例，原是1889年为纪念 法国大革命胜利一百周年及巴黎世博会而建的标志性建筑，高320 m，为当时世界第一高度，用钢9000t。它不仅满足了标志性建筑 及展览功能，并且由于其精美设计，一直保留至今。
风 荷 下 的 弯 矩 图
M
从力学方面:
铁塔可看成是嵌固 在地上的悬臂梁，对于 高耸入云的铁塔来说， 风荷载是其主要荷载， 由于铁塔的总体外形与 风荷引起的弯矩图相 似，因此充分利用了塔 身材料的强度和刚度， 受力非常合理；
响极为明显。
（三）结构选型时还应注意结构的几何体型对声学效果的影 响、对采光照明的影响以及对屋面排水的影响
（四）建筑结构材料及其它因素对结构选型的影响
比较梁式结构和轴心受力结构的受力状态，不难看出， 梁的截面应力分布极不均匀，除边缘纤维达到最大许用应力 外，大部分材料的应力远远低于许用应力，即材料强度并未 充分利用，而轴心受力状态因截面应力分布均匀更能充分利 用材料强度。为节约材料可把梁截面中和轴附近的材料减少 到最低程度，从而形成了工字形截面构件，它比矩形截面构 件获得了更大的抗弯惯性矩。设想再进一步把梁腹部的材料 挖去，就由梁式结构转化为了平面桁架结构。由于桁架的各 杆件均为轴向受力，可以认为桁架结构比梁式结构更能充分 利用材料强度。若将桁架的外形与简支梁的弯矩图图形相吻 合，则桁架内各弦杆内力将保持一致而腹杆内力接近零，这 样就最大限度地节约了材料。下图为结构形式由简支梁到桁 架的变化过程。
（3）在结构方案比较时还应综合考虑一次性初始投 资和建设速度的关系，以便较快地回收投资资金，获 得较好的经济效益。
结构选型时应注意尽可能降低结构构件的高度，选择与建筑物 使用空间相适应的结构形式。
建筑物的使用要求应与结构的合理几何体型相结合。
罗马小体育宫：钢筋混凝土网状扁球壳结构。球壳直径为59m。结构与建筑型式高 度统一。
11..22 支支撑撑水水平平构构件件或或承承担担水水平平荷荷载载的的构构件件
（1）柱柱截面尺寸远小于其高度，承受梁传来的荷载。 （2）墙体墙体的长、宽两个方向的尺寸远大于其厚度尺寸，承受 梁、 板传来的荷载。 （3）基础基础是建筑物与地基相联系的部分，承受建筑物的全部荷
载并传至地基。
2. 结构体系的分类